1 Mar, 2023

Les futurs ordinateurs pourraient-ils fonctionner sur des cellules cérébrales humaines et dépasser l’IA?

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Légende: Thomas Hartung avec des organoïdes cérébraux dans son laboratoire de la Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health.

Des chercheurs de Johns Hopkins vantent la promesse d’une « intelligence organoïde », qui pourrait un jour produire des ordinateurs plus rapides, plus efficaces et plus puissants que l’informatique et l’IA basées sur le silicium

Un « bio-ordinateur » alimenté par des cellules cérébrales humaines pourrait être développé au cours de notre vie, selon des chercheurs de l’Université Johns Hopkins qui s’attendent à ce que cette technologie élargisse de manière exponentielle les capacités de l’informatique moderne et crée de nouveaux domaines d’étude.

L’équipe présente aujourd’hui son plan pour « l’intelligence organoïde » dans la revue Frontiers in Science.

https://www.frontiersin.org/journals/science/articles/10.3389/fsci.2023.1017235

« L’informatique et l’intelligence artificielle ont été le moteur de la révolution technologique, mais elles atteignent un plafond », a déclaré Thomas Hartung , professeur de sciences de la santé environnementale à la Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health et à la Whiting School of Engineering, qui dirige les travaux. « La bioinformatique est un énorme effort de compactage de la puissance de calcul et d’augmentation de son efficacité pour repousser nos limites technologiques actuelles. »

Légende: Image agrandie d’un organoïde cérébral produit dans le laboratoire de Thomas Hartung, teinté pour montrer les neurones en magenta, les noyaux cellulaires en bleu et d’autres cellules de soutien en rouge et vert.

Pendant près de deux décennies, les scientifiques ont utilisé de minuscules organoïdes, des tissus cultivés en laboratoire ressemblant à des organes adultes, pour expérimenter sur les reins, les poumons et d’autres organes sans recourir à des tests humains ou animaux. Plus récemment, Hartung et ses collègues de Johns Hopkins ont travaillé avec des organoïdes cérébraux, des orbes de la taille d’un stylo avec des neurones et d’autres caractéristiques qui promettent de maintenir des fonctions de base comme l’apprentissage et la mémorisation.

« Cela ouvre la recherche sur le fonctionnement du cerveau humain », a déclaré Thomas Hartung. « Parce que vous pouvez commencer à manipuler le système, à faire des choses que vous ne pouvez pas faire éthiquement avec des cerveaux humains. »

Thomas Hartung a commencé à se développer et à assembler des cellules cérébrales en organoïdes fonctionnels en 2012 en utilisant des cellules d’échantillons de peau humaine reprogrammées dans un état de type cellule souche embryonnaire. Chaque organoïde contient environ 50 000 cellules, soit environ la taille du système nerveux d’une drosophile. Il envisage maintenant de construire un ordinateur futuriste avec de tels organoïdes cérébraux.

Les ordinateurs qui fonctionnent sur ce « matériel biologique » pourraient au cours de la prochaine décennie commencer à atténuer les demandes de consommation d’énergie du supercalcul qui deviennent de plus en plus insoutenables, a déclaré Hartung. Même si les ordinateurs traitent les calculs impliquant des nombres et des données plus rapidement que les humains, les cerveaux sont beaucoup plus intelligents pour prendre des décisions logiques complexes, comme distinguer un chien d’un chat.

« Le cerveau est encore inégalé par les ordinateurs modernes », a déclaré Thomas Hartung. « Frontier, le dernier supercalculateur du Kentucky, est une installation de 600 millions de dollars et de 630 m2. Ce n’est qu’en juin de l’année dernière qu’il a dépassé pour la première fois la capacité de calcul d’un seul cerveau humain, mais en utilisant un million de fois plus d’énergie. »

« La bioinformatique est un énorme effort de compactage de la puissance de calcul et d’augmentation de son efficacité pour repousser nos limites technologiques actuelles. » Thomas Hartung, Professeur, sciences de la santé environnementale

Cela pourrait prendre des décennies avant que l’intelligence organoïde puisse alimenter un système aussi intelligent qu’une souris, a déclaré Thomas Hartung. Mais en augmentant la production d’organoïdes cérébraux et en les entraînant avec l’intelligence artificielle, il prévoit un avenir où les bio-ordinateurs prendront en charge une vitesse de calcul, une puissance de traitement, une efficacité des données et des capacités de stockage supérieures.

« Il faudra des décennies avant d’atteindre l’objectif de quelque chose de comparable à n’importe quel type d’ordinateur », ajoute Thomas Hartung. « Mais si nous ne commençons pas à créer des programmes de financement pour cela, ce sera beaucoup plus difficile. »

L’intelligence organoïde pourrait également révolutionner la recherche sur les tests de dépistage de drogues pour les troubles neurodéveloppementaux et la neurodégénérescence, a déclaré Lena Smirnova , professeure adjointe de santé environnementale et d’ingénierie à Johns Hopkins qui codirige les enquêtes.

« Nous voulons comparer les organoïdes cérébraux de donneurs typiquement développés par rapport aux organoïdes cérébraux de donneurs autistes », souligne Lena Smirnova. « Les outils que nous développons vers l’informatique biologique sont les mêmes outils qui nous permettront de comprendre les changements dans les réseaux neuronaux spécifiques à l’autisme, sans avoir à utiliser d’animaux ou à accéder aux patients, afin que nous puissions comprendre les mécanismes sous-jacents de la raison pour laquelle les patients ont ces problèmes et déficiences cognitives. »

Pour évaluer les implications éthiques du travail avec l’intelligence organoïde, un consortium diversifié de scientifiques, de bioéthiciens et de membres du public a été intégré à l’équipe.

Les auteurs de Johns Hopkins comprenaient : Brian S. Caffo, David H. Gracias, Qi Huang, Itzy E. Morales Pantoja, Bohao Tang, Donald J. Zack, Cynthia A. Berlinicke, J. Lomax Boyd, Timothy DHarris, Erik C. Johnson, Jeffrey Kahn, Barton L. Paulhamus, Jesse Plotkin, Alexander S. Szalay, Joshua T. Vogelstein et Paul F. Worley.