Onderzoekers werken momenteel aan een futuristische ‘biocomputer’, waarbij laboratorium gekweekte ‘hersentjes’ fungeren als biologische hardware. En dat kan zomaar eens een ware revolutie teweegbrengen.
Halverwege de vorige eeuw werd kunstmatige intelligentie ’geboren’. En sinds die tijd heeft het zijn toegevoegde waarde meer dan bewezen. Computers helpen tegenwoordig bij het stellen van medische diagnoses en kunnen zelfs hele gedichten en opstellen schrijven. Ondanks dat kunstmatige intelligentie het menselijke denkvermogen knap imiteert, verbleekt het in vergelijking met het menselijk brein. Maar wat als we, in plaats van te proberen kunstmatige intelligentie ‘hersenachtiger’ te maken, rechtstreeks naar de bron zouden gaan?
Organoïde intelligentie
Onderzoekers hebben een baanbrekende manier bedacht om de computer vooruit te helpen. En wel door middel van een nieuw concept dat ze ‘organoïde intelligentie noemen’, zo leggen ze in het vakblad Frontiers in Science uit. Een organoïde is een kunstmatig gekweekt miniatuurorgaan. Ze worden buiten het lichaam gemaakt uit stamcellen, die zodanig geprogrammeerd worden dat ze uitgroeien tot een verkleinde en versimpelde, maar functionele versie van het echte, biologisch orgaan. En in dit geval gaat het dus om hersenorganoïden. Hoewel dit geen echte ‘minihersenen’ zijn, delen ze wel belangrijke aspecten van de hersenfunctie- en structuur. Denk bijvoorbeeld aan neuronen en andere hersencellen die essentieel zijn voor cognitieve functies, zoals leren en geheugen.
AlphaGo
Maar zelfs als hersenorganoïden een goede imitatie zijn van hersenen, waarom zouden ze dan tevens goede computers zijn? Zijn computers immers niet slimmer en sneller dan hersenen? Het antwoord is nee. “Hoewel op silicium gebaseerde computers zeker beter zijn met cijfers, zijn hersenen beter in leren,” legt onderzoeker Thomas Hartung uit. “Zo was AlphaGo, het computerprogramma dat ’s werelds nummer één Go-speler in 2017 versloeg, getraind door middel van maar liefst 160.000 afzonderlijke potjes. Om dit te evenaren, zou een mens meer dan 175 jaar lang vijf uur per dag het spelletje moeten spelen.” Professionals kunnen dus in kortere tijd een veel hoger niveau bereiken. Hersenen zijn overigens niet alleen superieur in leren, ze zijn ook een stuk energiezuiniger. Om AlphaGo te trainen, was er bijvoorbeeld meer energie nodig dan een volwassenen in tien jaar verbruikt.
Capaciteit
Daarnaast hebben hersenen een verbazingwekkende capaciteit om informatie op te slaan. Zo wordt dit geschat op maar liefst 2.500 TB. En dat halen computers nog bij lange na niet. “Dat heeft er met name mee te maken dat er niet meer transistors in een kleine chip gepropt kunnen worden,” verklaart Hartung. De hersenen zijn totaal anders bedraad. Het heeft ongeveer 100 miljard neuronen die zijn verbonden via meer dan 1015 verbindingspunten. Kortom: “het brein is nog altijd ongeëvenaard door de meeste computers,” zo schrijft Hartung in een e-mail aan Scientias.nl. “Onze hersenen stellen ons bijvoorbeeld in staat om voortdurend nieuwe kennis opdoen zonder alles opnieuw te hoeven berekenen. Ook zijn we veel sterker met onvolledige of tegenstrijdige informatie.”
De biocomputer
Het betekent dat de ontwikkeling van een biocomputer, aangedreven door menselijke hersencellen, kan leiden tot aanzienlijk krachtigere computers. Tegelijkertijd rekent het af met energieslurpende supercomputers, die nu nog veelvuldig worden gebruikt, maar waarvan bekend is dat de situatie langzamerhand onhoudbaar wordt. “Informatica en kunstmatige intelligentie hebben de technologische revolutie aangestuurd, maar ze bereiken een plafond,” zegt Hartung. “En dus heeft een gemeenschap van topwetenschappers zich verzameld om een nieuwe technologie te ontwikkelen, die volgens ons een nieuw tijdperk van snelle, krachtige en efficiënte computers zal inluiden.”
Doeleinden
Deze biocomputers kunnen vervolgens voor verschillende doeleinden worden gebuikt. “Het biedt bijvoorbeeld de mogelijkheid om hersenfuncties bij gezondheid en ziekte te bestuderen,” licht Hartung desgevraagd toe. “Wanneer cellen bijvoorbeeld afkomstig zijn van Alzheimerpatiënten of autistische kinderen, kunnen we op zoek gaan naar mogelijke verschillen en eventuele behandelingsopties om dit te corrigeren. Maar we kunnen organoïde intelligentie ook gebruiken om te testen of bepaalde stoffen, zoals pesticiden, geheugen- of leerproblemen veroorzaken. Kortom, we kunnen op een ethische manier, zonder proefdieren, experimenteel bestuderen hoe de hersenen werken. Dit baant de weg vrij voor het bestuderen van vele ziekten die de hersenfunctie aantasten. Ten slotte kunnen we misschien computertechnologieën verbeteren, misschien zelfs door traditionele computers aan te vullen met een biologische component.”
Wanneer realiteit?
Wanneer organoïde intelligentie een feit zal zijn? “In zijn meest primitieve vorm ís het al realiteit,” zegt Hartung. “De mogelijkheden om de reactie van organoïden op verschillende inputs te bestuderen, zijn er nu. We kweken bovendien al organoïden van patiënten om die vervolgens te vergelijken met die van gezonde donoren.” Toch zal het nog tientallen jaren duren voordat organoïde intelligentie een systeem kan aandrijven dat zo slim is als een muis. Zo moeten nu nog eerst de huidige hersenorganoïden worden opgeschaald. “Op dit moment zijn ze nog erg klein, ongeveer een halve millimeter groot,” zegt Hartung. “Maar we werken al aan organoïden van 1 centimeter. Deze zullen worden gecombineerd met elektroden zoals een EEG, waardoor de elektrische communicatie net als bij patiënten kan worden vastgelegd.” Op die manier hopen de onderzoekers met de organoïden te ‘communiceren’ – door hen informatie te sturen en uit te kunnen lezen wat ze ‘denken’.
Het creëren van organoïden van het menselijk brein die kunnen leren, onthouden en communiceren met hun omgeving roept natuurlijk ook ethische vragen op. Zouden ze bijvoorbeeld bewustzijn kunnen ontwikkelen, of pijn kunnen ervaren?
Ethisch verantwoord
De auteurs zijn zich terdege van deze kwesties bewust. “We nemen mogelijke ethische implicaties zeer serieus en hebben vanaf het begin verschillende ethici erbij betrokken,” onderstreept Hartung. “Hoewel het fascinerend is om je af te vragen wanneer bewustzijn begint, zijn dergelijke niveaus van cognitie in de nabije toekomst niet te verwachten. De grootte van de organoïde (momenteel vergelijkbaar met de grootte van het zenuwstelsel van een vlieg) en de beperkte input en output van de organoïde beperken dit. Pijn kan bijvoorbeeld vanuit ons inzicht niet ontstaan doordat ze geen pijnreceptoren hebben. We moeten echter anticiperen op dergelijke mogelijkheden en willen proactief een lijn trekken en grenzen stellen aan dergelijk onderzoek.”
Pong
Hoewel organoïde intelligentie momenteel nog in de kinderschoenen staat, leverde een onlangs gepubliceerde studie bewijs van het concept. Zo toonden onderzoekers aan dat hersencellen in een petrischaaltje het videospel Pong konden spelen. “Vanaf nu is het gewoon een kwestie van het bouwen van de community, de tools en de technologieën om het volledige potentieel van organoïde intelligentie te realiseren,” aldus Hartug.
Al met al is de onderzoeker erg enthousiast over het project. “Het is een beetje een sciencefictionfilm,” zegt hij. “Verschillende technologieën zijn volwassen geworden en daardoor kunnen we nu organoïde intelligentie realiseren. Het idee werkt aanstekelijk en we zien steeds meer neurowetenschappers, ingenieurs, farmacologen en dataspecialisten zich bij ons aansluiten. Het voelt als het begin van iets groots.”
