Cellules cérébrales humaines sur puce à vendre : La première plateforme de bioinformatique au monde arrive sur le marché
infohightech ·
Dans un développement tout droit sorti de la science-fiction , la start-up australienne Cortical Labs a lancé ce qu'elle appelle le premier ordinateur biologique déployable par code au monde. Le CL1, lancé en mars , fusionne des cellules cérébrales humaines sur une puce de silicium pour traiter l'information via des boucles de rétroaction électrique inférieures à la milliseconde.
Conçu comme un outil pour la recherche en neurosciences et en biotechnologie, le CL1 offre une nouvelle façon d'étudier la façon dont les cellules cérébrales traitent et réagissent aux stimuli. Contrairement aux systèmes conventionnels à base de silicium, cette plateforme hybride utilise des neurones humains vivants capables de s'adapter, d'apprendre et de réagir aux données externes en temps réel.
« D'un certain point de vue, [le CL1] pourrait être considéré comme le premier ordinateur biomimétique commercialisé, le nec plus ultra en matière d'informatique neuromorphique utilisant de vrais neurones », explique Karl Friston, neuroscientifique théoricien de l'University College London. « Cependant, le véritable atout de cette technologie ne réside pas dans l'informatique. Il s'agit plutôt d'une technologie habilitante permettant aux scientifiques de réaliser des expériences sur un petit cerveau synthétique. »
Les 115 premières unités seront expédiées dès cet été au prix de 35 000 $ l'unité, ou 20 000 $ pour un achat en rack de 30 unités. Cortical Labs propose également un service cloud « wetware-as-a-service » à 300 $ par semaine et par unité, permettant un accès à distance à ses cultures cellulaires internes.
Chaque CL1 contient 800 000 neurones humains cultivés en laboratoire , reprogrammés à partir d'échantillons de peau ou de sang de véritables donneurs adultes. Les cellules restent viables jusqu'à six mois , alimentées par un système de survie qui fournit les nutriments, régule la température, filtre les déchets et maintient l'équilibre hydrique. Pendant ce temps, les neurones s'activent et interprètent les signaux, s'adaptant à chaque interaction.
La compacité énergétique et l'encombrement matériel du CL1 pourraient le rendre attractif pour des expériences prolongées. Un rack d'unités CL1 consomme entre 850 et 1 000 watts, soit nettement moins que les dizaines de kilowatts requis par une configuration de centre de données exécutant des charges de travail d'IA.
« Les cellules cérébrales génèrent de petites impulsions électriques pour communiquer avec un réseau plus vaste », explique Brett Kagan, directeur scientifique de Cortical Labs . « Nous pouvons faire la même chose en saisissant de petites impulsions électriques représentant des bits d'information, puis en lisant leurs réponses. Le CL1 réalise cette opération en temps réel grâce à un code simple, abstrait par de multiples couches interactives de micrologiciel et de matériel. Des boucles inférieures à la milliseconde lisent l'information, agissent en conséquence et écrivent de nouvelles informations dans la culture cellulaire. »
Le bio-ordinateur CL1 est alimenté par des cellules cérébrales humaines sur une puce de silicium. Cortical Labs
Un cerveau sur puce pour la découverte de médicaments et plus encore
Selon Kagan, Cortical Labs a suscité un vif intérêt de la part d'universités, de startups et de groupes gouvernementaux explorant des applications dans la découverte de médicaments, la neuroinformatique, l'accélération de l'IA et le minage de Bitcoin . Plusieurs prospects des industries de la musique et du divertissement ont également contacté Cortical Labs, et l'entreprise explore des collaborations alliant informatique biologique et art expérimental, comme un projet récent qui envisageait initialement d'utiliser le CL1 pour interagir avec les cellules cérébrales d'un compositeur décédé, mais qui a finalement opté pour un système différent.
Cortical Labs considère le CL1 comme une plateforme technologique fondamentale pour la découverte de médicaments et la modélisation de maladies telles que l'épilepsie et la maladie d'Alzheimer. « Comme nous utilisons des cellules cérébrales humaines comme outil de traitement de l'information, nous pouvons utiliser différents donneurs ou lignées cellulaires pour identifier des liens génétiques susceptibles de refléter une maladie ou simplement des différences individuelles », explique Kagan.
Kagan note que les médicaments neuropsychiatriques présentent des taux d'échec parmi les plus élevés lors des essais cliniques, en partie parce que les modèles précliniques existants ne parviennent pas à saisir le fonctionnement réel des cellules cérébrales, c'est-à-dire la façon dont elles traitent l'information en temps réel. « Il faut un appareil comme le nôtre avant de pouvoir tester ce modèle », explique-t-il. « On peut tester le calcul, mais le calcul permet de tester le fonctionnement réel des cellules, et ainsi de déterminer s'il est possible de restaurer une fonction dans une maladie. »
Dans une étude récemment acceptée utilisant un modèle d'épilepsie in vitro, le gène CL1 a restauré la fonction dans des cultures neuronales altérées. « Les cellules épileptiques ont du mal à apprendre à jouer, mais si l'on applique des antiépileptiques à la culture cellulaire, elles peuvent soudainement apprendre mieux, ainsi que d'autres paramètres auparavant inaccessibles », explique Kagan.
Les neurones cultivés en laboratoire par Cortical Labs vivent sur un réseau d'électrodes .
Le CL1 s'appuie sur le prototype original DishBrain de Cortical Labs , qui a entraîné des cultures cellulaires à jouer au jeu d'arcade classique Pong dans un environnement simulé. Elles ont appris à suivre la balle et à contrôler une raquette, démontrant ainsi un comportement orienté vers un objectif in vitro.
Un article de Neuron paru en 2022 a fait état d'un apprentissage en quelques minutes de jeu, les neurones s'auto-organisant et s'adaptant aux retours sensoriels. Dans d'autres expériences , Cortical Labs a constaté que ces réseaux biologiques surpassaient souvent les algorithmes d'apprentissage par renforcement profond en termes d'efficacité d'échantillonnage et d'amélioration de l'apprentissage.
La preuve de concept DishBrain a appliqué le principe d'énergie libre de Karl Friston pour tester si l'inférence active – le mécanisme cérébral permettant de minimiser l'effet de surprise par la rétroaction – pouvait émerger dans les systèmes neuronaux biologiques. Friston, qui a développé ce cadre au milieu des années 2000 , qualifie aujourd'hui la technologie CL1 de Cortical Labs de « réalisation remarquable » et de « conclusion d'années d'innovation théorique et biophysique ».
« Cela permet d'étudier les effets de la stimulation, des médicaments et des lésions synthétiques sur la façon dont les circuits neuronaux apprennent et réagissent en boucle fermée, lorsque le réseau neuronal est en échange réciproque avec un monde simulé », ajoute Friston. « En bref, les expérimentateurs disposent désormais d'un petit "cerveau dans une cuve", dont les philosophes rêvent depuis des décennies. »
Cortical Labs sur YouTube Vidéo : Cortical Labs
Bio-informatique à grande échelle
Le CL1 marque une extension significative de DishBrain, ajoutant un système de survie embarqué, augmentant les entrées de 8 à 59 et réduisant la latence de 5 millisecondes à des niveaux inférieurs à la milliseconde.
Cortical Labs prévoit d'améliorer progressivement les performances du CL1 au fil du temps, grâce à l'évolutivité naturelle de la biologie. « Si produire 100 000 neurones nous a coûté cher, produire un million coûte à peine plus cher, et à peine plus pour 100 millions, car la biologie connaît une croissance exponentielle », explique Kagan. « Le seul problème est de passer à l'échelle d'un milliard ou d'un billion de cellules, comme pour la viande cultivée en laboratoire ; il faudrait alors recourir à une technologie différente. Mais des centaines de millions, c'est tout à fait gérable. »
Le CL1 intègre un système de survie conçu pour maintenir les neurones en vie pendant six mois. Cortical Labs
Bien que Cortical Labs ne cherche pas à bloquer les applications de CL1, il exige de ses clients qu'ils obtiennent une autorisation éthique pour générer des lignées cellulaires. Les acheteurs d'unités physiques doivent également disposer d'un laboratoire de culture cellulaire adapté. « Nous ne voulons pas de personnes sans compétences, capacités ou sécurité », déclare Kagan. « Ce n'est pas quelque chose qu'on devrait faire dans son garage. »
La startup de 22 employés a levé plus de 11 millions de dollars auprès d'investisseurs mondiaux, dont Horizons Ventures de Hong Kong , Blackbird Ventures basé en Australie et le fonds de capital-risque In-Q-Tel de la Central Intelligence Agency américaine (qui compte Cortical Labs parmi quelques dizaines de startups des sciences de la vie dans son portefeuille).
L'objectif à long terme de Cortical Labs est de libérer l'intelligence humaine grâce aux cellules cérébrales. Kagan définit l'« intelligence bio-ingénierisée » comme une avancée au-delà des modèles de cerveaux in vitro, visant à concevoir des cultures neuronales capables d'exécuter des fonctions susceptibles de transcender les capacités humaines conventionnelles.
« Toute machine suffisamment avancée devient indissociable de la biologie, car nous voulons des machines adaptatives, auto-régénératrices, économes en énergie et durables – autant de qualités que la biologie accomplit », explique Kagan. « Avec une collection de cellules suffisamment avancée, on pourrait réaliser quelque chose qui pourrait même surpasser la biologie actuelle. Et cela sans les risques inhérents à une machine à base de silicium, car ces éléments sont contrôlables. »