La première « intelligence biologique synthétique » au monde fonctionne à partir de cellules humaines vivantes
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Le premier « ordinateur biologique » au monde, qui fusionne des cellules cérébrales humaines avec du matériel en silicium pour former des réseaux neuronaux fluides, a été lancé commercialement, inaugurant une nouvelle ère de technologie de l'IA. Le CL1, de la société australienne Cortical Labs, offre un tout nouveau type d'intelligence informatique, plus dynamique, durable et économe en énergie que toute IA existante, et nous commencerons à voir son potentiel lorsqu'il sera entre les mains des utilisateurs dans les mois à venir.
Connu sous le nom d'intelligence biologique synthétique (SBI), le système CL1 de Cortical a été officiellement lancé à Barcelone le 2 mars 2025 et devrait changer la donne dans le domaine de la science et de la recherche médicale. Les réseaux neuronaux de cellules humaines qui se forment sur la « puce » en silicium sont essentiellement un ordinateur organique en constante évolution, et les ingénieurs qui en sont à l'origine affirment qu'il apprend si rapidement et de manière si flexible qu'il surpasse complètement les puces d'IA à base de silicium utilisées pour entraîner les grands modèles de langage (LLM) existants comme ChatGPT.
« Aujourd'hui, nous sommes au cœur d'une vision qui anime Cortical Labs depuis près de six ans », a déclaré le Dr Hon Weng Chong, fondateur et PDG de Cortical. « Nous avons connu une série de percées décisives ces dernières années, notamment nos recherches dans la revue Neuron , grâce auxquelles des cultures ont été intégrées dans un monde de jeu simulé et ont bénéficié d'une stimulation et d'un enregistrement électrophysiologiques pour imiter le jeu d'arcade Pong . Cependant, notre mission à long terme a été de démocratiser cette technologie, en la rendant accessible aux chercheurs sans matériel ni logiciel spécialisés. Le CL1 est la concrétisation de cette mission. »
Le CL-1 : un grand boîtier contient tous les systèmes de survie nécessaires à la survie des cellules cérébrales humaines qui alimentent la puce
Il a ajouté que même s'il s'agit d'une avancée révolutionnaire, l'étendue complète du système SBI ne sera pas visible tant qu'il ne sera pas entre les mains des utilisateurs.
« Nous proposons une offre de type « Wetware-as-a-Service » (WaaS) », a-t-il ajouté. Les clients pourront acheter directement le bio-ordinateur CL-1 ou simplement acheter du temps sur les puces, en y accédant à distance pour travailler avec la technologie des cellules cultivées via le cloud. « Cette plateforme permettra aux millions de chercheurs, d'innovateurs et de grands penseurs du monde entier de transformer le potentiel du CL1 en un impact tangible et réel. Nous leur fournirons la plateforme et le soutien nécessaires pour investir dans la R&D et favoriser de nouvelles avancées et recherches. »
Ces remarquables bio-ordinateurs à cellules cérébrales pourraient révolutionner tout, de la découverte de médicaments et des tests cliniques à la manière dont l'« intelligence » robotique est construite, permettant une personnalisation illimitée en fonction des besoins. Le CL1, qui sera largement disponible au cours du second semestre 2025, est une énorme réussite pour Cortical – et comme New Atlas l'a récemment constaté lors d'une visite au siège de l'entreprise à Melbourne – le potentiel ici est bien plus vaste que celui de Pong.
L'équipe a fait la une des journaux internationaux en 2022 après avoir développé un « cerveau » informatique auto-adaptatif en plaçant 800 000 neurones humains et de souris sur une puce et en entraînant ce réseau à jouer au jeu vidéo. Cortical Labs est déjà connu par ses étapes formatrices vers le SBI, Loz Blain couvrant les premières avancées de ce réseau neuronal auto-ajustable capable de s'ajuster et de s'adapter pour forger de nouvelles voies de traitement de l'information réactives aux stimuli.
« Nous le considérons presque comme une forme de vie différente de celle de l’animal ou de l’humain », a déclaré Brett Kagan, directeur scientifique de l’entreprise, à Loz Blain en 2023. « Nous le considérons comme une approche mécanique et technique de l’intelligence. Nous utilisons le substrat de l’intelligence, qui est constitué de neurones biologiques, mais nous les assemblons d’une nouvelle manière. »
Depuis cette première étape importante mais désormais obsolète, le DishBrain a fait beaucoup de chemin à Cortical Labs, tant sur le plan technologique que sur celui du nom. Aujourd'hui, grâce à la commercialisation du CL1, les chercheurs peuvent se familiariser avec cette technologie et commencer à explorer une vaste gamme d'applications concrètes.
Le CL1 est doté d'un matériel relativement simple et stable, de nouvelles façons d'optimiser le « wetware » (les cellules cérébrales humaines) et de progrès significatifs vers la capacité de développer un réseau neuronal qui fonctionne comme un cerveau pleinement fonctionnel. Ou, comme Kagan l'a expliqué à propos d'un travail en cours, le « cerveau minimal viable ».
En 2022, l’équipe a démontré comment des cellules souches pluripotentes induites par des rongeurs et des humains (hiPSC) intégrées dans des réseaux multiélectrodes haute densité (HD-MEA) basés sur la technologie complémentaire métal-oxyde-semiconducteur (CMOS) pouvaient être stimulées électrophysiologiquement pour forger des voies d’échange d’informations autonomes et hautement efficaces.
Pour y parvenir, ils avaient besoin d’un moyen de récompenser les cellules cérébrales lorsqu’elles adoptaient les comportements souhaités et de les punir lorsqu’elles échouaient à une tâche. Dans les expériences DishBrain, ils ont prouvé que la prévisibilité était la clé ; les neurones recherchent des connexions qui produisent des résultats prévisibles et économes en énergie et adaptent leurs réseaux à la recherche de cette récompense, tout en évitant les comportements qui produisent un signal électrique aléatoire et chaotique.
Mais, comme Kagan l’a expliqué, ce n’était que le début.
« La version actuelle est une technologie totalement différente », a expliqué Kagan à Blain et moi. « La précédente utilisait ce qu'on appelait une puce CMOS, qui permettait une lecture à très haute densité, mais elle était opaque, on ne pouvait pas voir les cellules. Et il y avait aussi d'autres problèmes : par exemple, lorsque vous stimulez avec une puce CMOS, vous ne pouvez pas extraire la charge ; vous ne pouvez pas non plus équilibrer la charge. Vous vous retrouvez avec une accumulation de charge à l'endroit où vous stimulez sur de longues périodes de temps, ce qui est assez mauvais pour les cellules. »
« Avec ces versions, la technologie est beaucoup plus simple, mais cela signifie qu'elles sont beaucoup plus stables et qu'il est beaucoup plus facile d'équilibrer activement cette charge », a-t-il ajouté. « Lorsque vous introduisez deux microampères de courant, vous pouvez extraire 2 microampères de courant. Et vous pouvez le maintenir plus stable plus longtemps. »
Le directeur scientifique Brett Kagan évalue certaines cellules souches cultivées en laboratoire
À l’intérieur du système CL1, des neurones cultivés en laboratoire sont placés sur un réseau d’électrodes planaires – ou, comme l’explique Kagan, « essentiellement composé uniquement de métal et de verre ». Ici, 59 électrodes forment la base d’un réseau plus stable, offrant à l’utilisateur un degré élevé de contrôle dans l’activation du réseau neuronal. Ce « cerveau » SBI est ensuite placé dans une unité de survie rectangulaire, qui est ensuite connectée à un système basé sur un logiciel pour être exploitée en temps réel.
« Une façon simple de le décrire serait comme un corps dans une boîte, mais il dispose d'un système de filtration pour les ondes, d'un endroit où les médias sont stockés, de pompes pour maintenir le tout en circulation, d'un mélange de gaz et bien sûr d'un contrôle de la température », a expliqué Kagan.
En laboratoire, Cortical assemble ces unités pour construire une pile de serveurs de réseau neuronal biologique unique en son genre, abritant 30 unités individuelles contenant chacune les cellules de leur réseau d'électrodes, qui devrait être mise en ligne dans les mois à venir.
L'équipe souhaite disposer de quatre piles de ce type opérationnelles et disponibles pour une utilisation commerciale via un système cloud avant la fin de l'année. Les unités elles-mêmes devraient coûter environ 35 000 dollars américains pour commencer (tout ce qui se rapproche de ce type de technologie coûte actuellement 80 000 euros.
Un rack complet d'unités CL1 ne consomme qu'environ 850 à 1 000 W d'énergie, est entièrement programmable et offre une « stimulation bidirectionnelle et une interface de lecture, conçues pour permettre la communication neuronale et l'apprentissage en réseau », a indiqué l'équipe dans son communiqué de lancement. Étonnamment, l'unité CL1 ne nécessite pas non plus d'ordinateur externe pour fonctionner.
Les réseaux neuronaux SBI complexes et en constante évolution – qui, au microscope, peuvent être observés en train de former des branches d’une électrode à l’autre – ont, pour commencer, le potentiel de révolutionner la manière dont la découverte de médicaments et la modélisation des maladies sont étudiées.
« Nous souhaitons être beaucoup plus abordables et nous souhaitons réduire ces prix à long terme, mais c'est à plus long terme », a déclaré Kagan. « En attendant, nous offrons un accès aux personnes de n'importe où, de n'importe qui, de n'importe quelle maison, grâce au système basé sur le cloud.
« Même si vous n’avez pas l’une de ces [unités] », a-t-il ajouté, « vous pouvez accéder à l’une d’entre elles depuis votre domicile. »
En nous faisant visiter le laboratoire de niveau de confinement physique, ou PC2, un mélange de matériel informatique et d’échantillons et d’équipements biologiques plus traditionnels, Kagan nous a montré certaines des cellules souches pluripotentes induites (IPSC) les plus importantes au microscope. Les IPSC, cultivées en laboratoire à partir d’échantillons de sang, sont essentiellement des ardoises vierges qui peuvent se développer en différents types de cellules.
« Nous les prenons et nous utilisons deux méthodes différentes pour les différencier », explique-t-il. « La première consiste à utiliser de petites molécules, ce que l’on appelle un protocole de différenciation ontogénétique, où nous essayons essentiellement d’imiter les molécules qui se produisent in utero ou, plutôt, dans le cerveau en développement du fœtus. L’autre méthode consiste à les différencier directement, où nous choisissons de réguler à la hausse des gènes spécifiques impliqués dans les neurones. »
L’une des méthodes de l’équipe est rapide et produit un niveau élevé de pureté cellulaire, mais l’inconvénient est qu’elle n’est pas exactement représentative du cerveau humain.
« Le cerveau n’est pas un organe de haute pureté ; il possède de nombreux types de cellules différents, de nombreuses connexions différentes », a déclaré Kagan. « Donc, si vous n’avez qu’un seul type de cellule, vous pouvez avoir ce type de cellule, mais vous n’avez pas de cerveau. »
Une seule section de la pile CL1, chaque unité abritant des cellules vivantes
La deuxième méthode, « l’approche des petites molécules », produit diverses populations de cellules, mais on ne sait souvent pas exactement avec quoi elles travaillent. Et comprendre cela est essentiel pour la poursuite ambitieuse de Cortical en cours de construction du cerveau minimal viable. Si le lancement de CL1 est la première étape, l’équipe travaille également d’arrache-pied sur la prochaine étape du SBI.
« On peut classer les cellules principales, mais il existe toujours de nombreux types de sous-cellules – et c’est une très bonne chose, comme nous l’avons découvert, mais nous aimerions vraiment avoir une différenciation directe entièrement contrôlée », explique-t-il. « Nous n’avons tout simplement pas encore résolu ce problème : qu’est-ce que le « cerveau viable minimal » ? »
Le MVB est un concept fascinant : comment créer par bio-ingénierie un « cerveau » de type humain avec le moins de différenciation cellulaire superflue possible, mais qui aurait la complexité que n'a pas la croissance d'un réseau neuronal composé de types de cellules homogènes. Ce type d'outil serait un modèle puissant, permettant un contrôle encore plus poussé et des analyses nuancées que ce qui est actuellement possible dans les recherches menées sur un cerveau réel.
« Il s’agirait essentiellement des composants biologiques clés qui permettent à quelque chose de traiter l’information de manière dynamique et réactive, selon des principes sous-jacents », a expliqué Kagan. « Un seul neurone peut faire beaucoup de choses, et s’il peut répondre à un certain degré de comportement dynamique, il ne peut pas, par exemple, naviguer dans un environnement. Les plus petits cerveaux fonctionnels que nous connaissons ont 301 ou 302 neurones – selon à qui vous demandez – et c’est le cas chez C. elegens . Mais chacun de ces neurones est vraiment très spécifique. »
De véritables cellules cérébrales humaines, vivant sur une puce de silicium parmi un ensemble d'électrodes d'entrée/sortie
« Une autre question est la suivante : le cerveau de C. elegens est-il le cerveau minimal viable ? Avez-vous besoin de tous ces neurones ou pourriez-vous y parvenir avec, vous savez, 30 neurones qui sont tous connectés de manière unique ? » a-t-il poursuivi. (L'organisme est, bien sûr, le nématode préféré du monde scientifique, Caenorhabditis elegans. ) « Et si c'est le cas, pouvez-vous construire un réseau plus complexe de ceux-ci avec 100 000 de ces mêmes 30 neurones ? Nous ne connaissons pas encore la réponse à aucune de ces questions, mais grâce à cette technologie, nous pouvons la découvrir".
Cela est particulièrement important pour la recherche visant à améliorer les traitements, voire à guérir des maladies telles que l'épilepsie, la maladie d'Alzheimer et d'autres maladies liées au cerveau. En attendant, le système CL1 devrait faire progresser considérablement la recherche sur les maladies et les thérapies.
« La grande majorité des médicaments contre les maladies neurologiques et psychiatriques qui entrent dans les essais cliniques échouent, car il y a beaucoup plus de nuances en ce qui concerne le cerveau – mais vous pouvez réellement voir ces nuances lorsque vous testez avec ces outils », a-t-il expliqué. « Nous espérons pouvoir remplacer des domaines importants des tests sur les animaux par cela. Les tests sur les animaux sont malheureusement toujours nécessaires, mais je pense qu'il existe de nombreux cas où ils peuvent être remplacés et c'est une bonne chose sur le plan éthique. »
L'éthique de cette technologie a été au cœur des préoccupations de Cortical – cette publication révolutionnaire de 2022 a suscité de nombreux débats à son sujet, notamment dans le domaine de la « conscience » et de la « sensibilité » humaines. Cependant, des garde-fous sont en place, autant que possible, pour l'utilisation éthique des unités CL1 et de l'accès à distance WaaS.
« Nous commençons à ajouter de plus en plus de types de cellules à cette culture au fur et à mesure, mais un élément qui nous retient est le manque d’outils », a-t-il déclaré. « L’unité [CL1] n’existait pas avant que nous la construisions, et il faut un outil comme celui-ci pour répondre à des questions telles que « Quel est le cerveau minimal viable ? » Si vous avez 120 unités, vous pouvez mettre en place des expériences très bien contrôlées pour comprendre exactement ce qui détermine l’apparition de l’intelligence. Vous pouvez décomposer les choses au niveau transcriptomique et génétique pour comprendre quels gènes et quelles protéines poussent réellement l’un à apprendre et l’autre à ne pas apprendre. Et lorsque vous avez toutes ces unités, vous pouvez immédiatement commencer à adopter l’approche de la découverte de médicaments et de la modélisation des maladies. »
Les cellules forment un tout nouveau type d'intelligence artificielle
« De nombreuses autorisations réglementaires sont nécessaires, en fonction du lieu et des cas d'utilisation spécifiques », a indiqué l'équipe dans son communiqué de lancement. « Les organismes de réglementation peuvent inclure des agences de santé, des comités de bioéthique et des organisations gouvernementales supervisant la biotechnologie ou les dispositifs médicaux. Le respect de ces réglementations est essentiel pour garantir une utilisation responsable et éthique des technologies de calcul biologique. »
Mais en tant que pionnier mondial de cette technologie ambitieuse, Cortical sait que, tout comme l’évolution rapide de l’IA non biologique, il n’est pas facile de prédire les vastes applications de la SBI. L’entreprise doit également relever un autre défi : le financement, un défi que la concrétisation de CL1 en tant que technologie tangible et utilisable pourrait changer.
« La difficulté que je n’arrête pas d’entendre [de la part des investisseurs], c’est que nous ne rentrons pas dans une case », nous a expliqué Kagan, alors que nous retirions nos blouses de laboratoire, nos filets à cheveux et nos masques et que nous nous installions sur un canapé près de la salle informatique à l’étage. « Et ce n’est pas le cas – nous sommes une technologie qui traverse un certain nombre de frontières différentes. Si vous regardez les secteurs prioritaires, nous pouvons couvrir tout, des capacités habilitantes de la biotechnologie, de la robotique, de la science médicale et de toute une série d’autres domaines. Nous ne sommes pas tout à fait l’IA, nous ne sommes pas tout à fait la médecine – nous pouvons faire à la fois de l’IA et de la médecine, mais nous ne sommes ni l’un ni l’autre. Nous sommes donc souvent exclus. »
En tant que tel, le lancement du système physique CL1 et du Cortical Cloud pour l'utilisation à distance de WaaS est une énorme réussite, Kagan et son équipe étant impatients de voir où SBI peut aller une fois qu'il sera entre les mains des gens.
« Le CL1 est le premier ordinateur biologique commercialisé, conçu de manière unique pour optimiser la communication et le traitement de l'information avec des cultures neuronales in vitro », a noté l'équipe. « Le CL1, doté d'un système de survie intégré pour maintenir la santé des cellules, offre des possibilités importantes dans les domaines de la science médicale et de la technologie.
« L’intelligence artificielle est intrinsèquement plus naturelle que l’intelligence artificielle, car elle utilise le même matériel biologique – les neurones – qui sous-tend l’intelligence des organismes vivants », a ajouté Cortical. « En exploitant les neurones comme substrat informatique, l’intelligence artificielle a le potentiel de créer des systèmes qui présentent des formes d’intelligence plus organiques et plus naturelles que l’intelligence artificielle traditionnelle basée sur le silicium. »