La inteligencia organoide (OI) es un campo científico emergente que busca crear biocomputadoras utilizando organoides cerebrales cultivados en laboratorio como «hardware biológico».
Los investigadores de Johns Hopkins allanan el camino para un nuevo campo de «inteligencia organoide».
Según investigadores de la Universidad Johns Hopkins, se podría desarrollar una «biocomputadora» impulsada por células cerebrales humanas durante nuestra vida. Se espera que esta tecnología amplíe exponencialmente las capacidades de la informática moderna y abra nuevas áreas de investigación.
El plan del equipo para la «inteligencia organoide» se describió en un artículo reciente publicado en la revista Frontiers in Science.
«La computación y la inteligencia artificial han estado impulsando la revolución tecnológica, pero están tocando techo», dijo Thomas Hartung, profesor de ciencias de la salud ambiental en la Escuela de Salud Pública Johns Hopkins Bloomberg y la Escuela de Ingeniería Whiting, quien dirige el trabajo. . “La biocomputación es un gran esfuerzo para comprimir el poder computacional y aumentar su eficiencia para superar nuestros límites tecnológicos actuales”.
Imagen ampliada de un organoide cerebral producido en el laboratorio de Thomas Hartung, teñido para mostrar neuronas en magenta, núcleos celulares en azul y otras células de apoyo en rojo y verde. Crédito: Jesse Plotkin/Universidad Johns Hopkins
Durante casi dos décadas, los científicos han utilizado pequeños organoides, tejidos cultivados en laboratorio que se asemejan a órganos completamente desarrollados, para experimentar con riñones, pulmones y otros órganos sin recurrir a pruebas en humanos o animales. Más recientemente, Hartung y sus colegas en Johns Hopkins han trabajado en organoides cerebrales, orbes de neuronas del tamaño de la punta de un bolígrafo y otras características que prometen respaldar funciones básicas como aprender y recordar.
«Esto abre la investigación sobre cómo funciona el cerebro humano», dijo Hartung. «Porque puedes comenzar a manipular el sistema, haciendo cosas que éticamente no puedes hacer con cerebros humanos».
Hartung comenzó a cultivar y ensamblar células cerebrales en organoides funcionales en 2012, utilizando células de muestras de piel humana reprogramadas en un estado similar al de las células madre embrionarias. Cada organoide contiene unas 50.000 células, aproximadamente del tamaño del sistema nervioso de una mosca de la fruta. Ahora imagina construir una computadora futurista a partir de estos organoides cerebrales.
Las computadoras que se ejecutan en este «hardware biológico» podrían en la próxima década comenzar a aliviar las demandas de consumo de energía de la supercomputación que se están volviendo cada vez más insostenibles, dijo Hartung. Aunque las computadoras procesan cálculos que involucran números y datos más rápido que los humanos, los cerebros son mucho más inteligentes para tomar decisiones lógicas complejas, como distinguir un perro de un gato.
Thomas Hartung con organoides cerebrales en su laboratorio de la Escuela de Salud Pública Johns Hopkins Bloomberg. Crédito: Will Kirk/Universidad Johns Hopkins
«El cerebro sigue siendo incomparable con las computadoras modernas», dijo Hartung. “Frontier, la última supercomputadora en Kentucky, es una instalación de 6,800 pies cuadrados de $600 millones. Solo en junio del año pasado, superó la capacidad computacional de un solo cerebro humano por primera vez, pero usando un millón de veces más energía”.
Podrían pasar décadas antes de que la inteligencia organoide pueda impulsar un sistema tan inteligente como un ratón, dijo Hartung. Pero al aumentar la producción de organoides cerebrales y entrenarlos con inteligencia artificial, visualiza un futuro en el que las biocomputadoras admitirán velocidades de computación, potencia de procesamiento, eficiencia de datos y capacidades de almacenamiento superiores.
“Tomará décadas antes de que alcancemos la meta de algo comparable a cualquier tipo de computadora”, dijo Hartung. “Pero si no comenzamos a crear programas de financiación para eso, será mucho más difícil”.
La inteligencia organoide también podría revolucionar la investigación de pruebas de drogas para los trastornos del desarrollo neurológico y la neurodegeneración, dijo Lena Smirnova, profesora asistente de salud ambiental e ingeniería en Johns Hopkins, quien codirige las investigaciones.
«Queremos comparar organoides cerebrales de donantes típicamente desarrollados con organoides cerebrales de donantes con autismo», dijo Smirnova. “Las herramientas que estamos desarrollando para la computación biológica son las mismas que nos permitirán comprender los cambios en las redes neuronales específicas del autismo, sin tener que usar animales ni acceder a los pacientes, para que podamos comprender los mecanismos subyacentes de por qué los pacientes tienen estos cambios. cogniciones problemáticas y deficiencias”.
Para evaluar las implicaciones éticas de trabajar con inteligencia organoide, se incorporó al equipo un consorcio diverso de científicos, especialistas en bioética y miembros del público.
Referencia: «Inteligencia organoide (OI): la nueva frontera en biocomputación e inteligencia en un plato» por Lena Smirnova, Brian S. Caffo, David H. Gracias, Qi Huang, Itzy E. Morales Pantoja, Bohao Tang, Donald J. Zack , Cynthia A. Berlinicke, J. Lomax Boyd, Timothy D. Harris, Erik C. Johnson, Brett J. Kagan, Jeffrey Kahn, Alysson R. Muotri, Barton L. Paulhamus, Jens C. Schwamborn, Jesse Plotkin, Alexander S. Szalay, Joshua T. Vogelstein, Paul F. Worley y Thomas Hartung, 27 de febrero de 2023, Frontiers in Science.
DOI: 10.3389/fsci.2023.1017235
Los autores de Johns Hopkins incluyen: 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 y Paul F. Worley.
Otros autores incluyen: Brett J. Kagan de Cortical Labs; Alysson R. Muotri de la Universidad de California en San Diego; y Jens C. Schwamborn de la Universidad de Luxemburgo.
