774 دقیقه
دانشمندان در حال آزمایشِ یک ایدهٔ جنجالی هستند: استفاده از سلولهای زندهٔ مغز انسان بهعنوان سختافزار محاسباتی. این دستگاهها که بهعنوان بیوکامپیوتر شناخته میشوند — شبکههایی از نورونهای مشتقشده از سلولهای بنیادین که روی الکترودها رشد داده شدهاند — هماکنون قادر به انجام وظایف سادهای مانند بازی کردن پونگ یا تشخیص الگوهای گفتاری ابتدایی هستند. اما این فناوری در مراحل اولیهٔ توسعه است و رونق آن هم فرصتهای علمی جدیدی ایجاد میکند و هم پرسشهای اخلاقی فوری و پیچیدهای را مطرح میسازد. موضوعاتی مانند هوش مصنوعی زیستی، ارگانوئیدهای مغزی و رابط مغز-کامپیوتر در مرکز توجه محققان و سیاستگذاران قرار گرفتهاند.
بیوکامپیوترها چیستند و چگونه کار میکنند؟
طی دههها، دانشمندان علوم اعصاب نورونها را روی آرایههای میکروالکترودی کشت دادهاند تا سیگنالدهی الکتریکی را مطالعه کنند. این زمینهٔ تحقیقاتی پایه، به دو پیشرفت پیشرونده انجامید که اکنون پایهٔ تلاشها برای بیوکامپیوترها را تشکیل میدهد. اولاً، توسعهٔ ارگانوئیدهای مغزی — خوشههای سهبعدی بافت عصبی که از سلولهای بنیادین رشد داده میشوند — به محققان امکان داد شبکههای عصبی انساننما را در شرایط آزمایشگاهی تولید کنند. ثانیاً، بهبود آرایههای میکروالکترودی و سامانههای حلقهٔ بسته (closed-loop) امکان برقراری ارتباط دوطرفه بین بافت زنده و سامانههای الکترونیکی را فراهم آورده است. ترکیب این دو فنآوری یک سکوی زیربیولوژیکی-مهندسی (biohybrid platform) میسازد که در آن نورونهای زنده سیگنالهای الکتریکی را به کنترلرهای کامپیوتری میفرستند و دریافت میکنند. این پیوند میان بافت عصبی و سختافزار الکترونیکی پایهای برای پژوهشهایی است که خواهان بررسی دینامیک شبکههای عصبی انسانی و توسعهٔ روشهای نوین پردازش اطلاعات هستند.
از میزهای آزمایشگاه تا بازیهای ساده
در سال 2022، پژوهشگرانی نشان دادند که نورونهای کشتشده در یک سامانه حلقهٔ بسته میتوانند یاد بگیرند چگونه بازی Pong را انجام دهند. این آزمایش نشان داد که یک صفحهٔ نورونی میتواند الگوهای آتشسوزی عصبی (firing patterns) را در واکنش به بازخورد بهصورت تطبیقی تغییر دهد — نقطهٔ عطفی که سرخط خبرها شد. اما قابلیتهای واقعی این سامانهها محدود باقی ماندهاند: آنها پاسخهای تطبیقی را نشان میدهند، نه چیزی که شبیه به شناخت انسانی یا آگاهی باشد. از منظر فنی، آنچه ثبت میشود بیشتر بازتاب پدیدههای پلاستیسیتهٔ سنبلهای، تنظیمات شبکهای محلی و سازگاری کوتاهمدت است تا پردازش پیچیدهٔ اطلاعات در مقیاس بزرگ.
یک آرایهٔ میکروالکترودی تازهساختهشده
چرا این حوزه اکنون شتاب گرفته است
سه روند همگرا باعث شدهاند محاسبات مبتنی بر ارگانوئید در کانون توجه قرار گیرد و سرمایهگذاری و تحقیقات را تسریع کنند. این روندها عبارتاند از سرمایهٔ ریسکپذیر، بلوغ زیستفناوری و پیشرفت در رابطهای مغز-کامپیوتر و میکروالکترونیک.
- سرمایهگذاری: شرکتهای سرمایهٔ خطرپذیر مبلغ زیادی به پروژههایی که در مرز هوش مصنوعی و سختافزار غیرمتعارف قرار دارند اختصاص میدهند؛ این سرمایهگذاریها امکان ریسکپذیری بیشتری برای آزمایش ایدههای نوآورانه مانند بیوکامپیوترها فراهم میآورد.
- بلوغ زیستفناوری: فنون رشد و نگهداری بافت عصبی خارج از بدن پیشرفت کردهاند و اکنون صنعت داروسازی بهطور معمول از ارگانوئیدها برای غربالگری دارو و مطالعات توسعهای استفاده میکند؛ این تکرارپذیری و تجربهٔ صنعتی مسیر ترجمهٔ آزمایشگاهی به کاربردهای عملی را هموارتر کرده است.
- پیشرفت رابطها: پیشرفت در رابطهای مغز-کامپیوتر (BCI) و تجهیزات میکروالکترونیک مرز بین بافت زیستی و سامانههای مهندسی را مبهم کرده و طراحیهای هیبریدی را عملیتر ساخته است؛ بهویژه در سطح جمعآوری دادهٔ الکتروفیزیولوژیک و کنترل حلقهٔ بسته.
این محرکها شرکتهای نوپا و آزمایشگاههای دانشگاهی در ایالات متحده، استرالیا، سوئیس و چین را به ساخت نمونههای اولیهٔ سکوی زیربیولوژیکی تشویق کردهاند. برخی شرکتها دسترسی از راه دور به ارگانوئیدهای عصبی را عرضه میکنند و برخی دیگر در حال آمادهسازی دستگاههای رومیزی برای استفادهٔ پژوهشی هستند. بهعلاوه، توسعهٔ استانداردهای کیفی برای تولید، نگهداری و آزمون ارگانوئیدها بهتدریج در حال شکلگیری است، هرچند هنوز فاصلهٔ قابلتوجهی تا استانداردسازی جهانی وجود دارد.
منظور از «هوش ارگانوئیدی» چیست؟
پژوهشگران اصطلاحاتی مانند «هوش ارگانوئیدی» و «آگاهی تجسمیافته» را ابداع کردهاند که توجه رسانهها را جلب کرد و در عین حال بحثبرانگیز هم بود. این عبارتها میتوانند تلویحاً برابری یا همارزی با هوش مصنوعی مبتنی بر نرمافزار را القا کنند، که گمراهکننده است. ارگانوئیدهای فعلی فاصلهٔ زیادی با دینامیک شبکهایِ سازمانیافته و مقیاسپذیر مرتبط با شناخت یا آگاهی انسان دارند. اکثر خبرگان تأکید میکنند که ارگانوئیدهای کنونی فعالیتهای الکتریکی ابتدایی و رفتارهای تطبیقی پایهای را نشان میدهند — نه آگاهی یا تجربهٔ ذهنی.
با این حال، واژهگذاری مهم است. زبان ادراک عمومی و سیاستگذاری را شکل میدهد. زمانی که شرکتها بافت عصبی زنده را بهعنوان نوعی هوش جدید بازاریابی میکنند، خطر این وجود دارد که چارچوبهای اخلاقی و قانونی که برای ارگانوئیدها بهعنوان ابزارهای زیستپزشکی طراحی شدهاند، عقب بمانند. بهعبارت دیگر، برچسبگذاری تجاری و رسانهای میتواند موجب فشار برای استفادهٔ تجاری فراتر از هدفهای تحقیقاتی شود و این خود نیازمند بازنگری سریع در دستورالعملها و مقررات است.
کاربردهای ممکن و انتظارات واقعبینانه
در وضعیت فعلی، کاربردهای عملی بیشتر تدریجی و محققمحوراند تا تجاری انبوه. برخی از استفادههای نزدیکمدت و واقعپذیر عبارتاند از:
- بهبود مدلهای آزمون سمیت در تکامل عصبی: ارگانوئیدها میتوانند نقش مهمی در کاهش وابستگی به آزمایشهای حیوانی ایفا کنند و مدلهای دقیقتری برای ارزیابی تأثیر داروها و مواد شیمیایی بر توسعهٔ عصبی فراهم آورند.
- سامانههای هیبریدی برای بررسی دینامیک مرتبط با صرع: ترکیب نورونهای انسانی با الکترونیک امکان مطالعهٔ مکانیزمهای تأثیرگذار بر وقوع تشنج و ارزیابی ریسک و اثربخشی درمانها را میدهد.
- سکوهای محاسباتی تجربی: استفاده از ارگانوئیدها برای کاوش پارادایمهای جایگزین پردازش اطلاعات؛ این سامانهها هدف جایگزینی سیلیکون برای بارهای کاری اصلی هوش مصنوعی را ندارند، بلکه بهعنوان ابزار پژوهشی برای درک روشهای نوین محاسباتی مطرحاند.
پیشنهادات بلندپروازانهتری نیز وجود دارد. برخی از تیمهای دانشگاهی استفاده از سامانههای مبتنی بر ارگانوئید برای انجام شبیهسازیهای تخصصی — مانند پیشبینی الگوهای محیطی یا مسیرهای پیچیده — را مطرح کردهاند؛ هرچند چنین کاربردهایی فعلاً فرضیاند و با موانع فنی بزرگی در زمینهٔ تکرارپذیری، مقیاسپذیری و یکپارچهسازی روبهرو هستند. علاوه بر این، معیارهای سنجش عملکرد، مفهومسازی استانداردهای خروجی و تبدیل سیگنالهای عصبی به فرمتهای قابلاستفادهٔ محاسباتی، همچنان نیازمند کار پژوهشی گسترده است.
یک آرایهٔ میکروالکترودی پوشیده از نورونها
چالشهای اخلاقی و حاکمیتی
محاسبات زیربیولوژیک پرسشهایی را پیش میکشد که فراتر از روشهای آزمایشگاهی است. نگرانیهای کلیدی شامل موارد زیر است:
- حد آگاهی: چگونه میتوانیم تشخیص دهیم یک شبکهٔ عصبی کشتشده به خواصی دست یافته است که مستلزم توجه اخلاقی و حقوقی است؟ تعیین آستانهٔ آگاهی یا ویژگیهایی که مستلزم قاعدهگذاری خاصی هستند، مسئلهای پیچیده و بینرشتهای است.
- رضایت و منابع بافتی: اهداکنندگان بافت چه حقوقی دارند و فرمهای رضایت چگونه باید برای پوشش دادن استفادههای محاسباتی یا تجاری طراحی شوند؟ بهویژه در مواردی که بافت از سلولهای بنیادی القایی (iPSC) مشتق میشود، روشنسازی حقوق و محدودیتهای استفاده ضروری است.
- خلأهای مقرراتی: دستورالعملهای فعلی اخلاق زیستی عمدتاً بر ارگانوئیدها بهعنوان ابزارهای پژوهشی پزشکی تمرکز دارند، نه بهعنوان پلتفرمهای محاسباتی تجاری؛ این یک حوزه است که حاکمیت آن از پژوهش و سرمایهگذاری عقب مانده است.
رهبران علمی ارگانوئید خواستار بهروزرسانی فوری راهنماییهای اخلاقی شدهاند تا مسیرهای تجاریسازی و رفتارهای نوظهور سامانههای زیربیولوژیک را پوشش دهد. بحث عمومی فعلاً محدود است، با این حال روند فناوری نشان میدهد که این مباحث زودتر از آنچه ممکن است فکر کنیم، حیاتی خواهند شد. پاسخهای سیاستی باید شامل بازنگری در فرمهای رضایتدهی، تعریف استانداردهای شفاف برای نگهداری و پایاندادن به بافت، و چارچوبهای نظارتی برای ارزیابی ریسکهای اخلاقی و اجتماعی باشد.
گامهای فنی بعدی و مسیر پژوهشی
از نظر فنی، مسیر پیشرو به تکرارپذیری، مقیاس و یکپارچهسازی وابسته است. محققان باید بافتی را تولید کنند که فعالیت آن پایا و قابلپیشبینی باشد، چندین ماژول را بدون از دست دادن کارکرد بههم متصل کنند و بنچمارکهای استاندارد برای اندازهگیری عملکرد تعریف نمایند. چالشهای مشخص عبارتاند از: حفظ فیزیولوژی و متابولیسم بافت در طول دورههای طولانی، مشکل تأمین رگزایی (vascularization) و اکسیژنرسانی، کنترل شرایط محیطی و رسانهٔ کشت، و مقابله با نوسانات سیگنال و نویز در دادههای الکتروفیزیولوژیک.
اگر این موانع فنی برطرف شوند، سامانههای ارگانوئیدی میتوانند به ابزارهای آزمایشی تخصصی تبدیل شوند که مکمل محاسبات متعارفاند، اما جایگزین آنها نخواهند شد. از سوی دیگر، انتخابهای اجتماعی نیز تعیینکننده خواهد بود: چه میزان سرمایهگذاری اختصاص میدهیم، آزمایشها را چگونه شفاف گزارش میکنیم، و چه تضمینهای قانونی و اخلاقی را میپذیریم. تعامل میان منابع مالی، تبلیغات رسانهای و چارچوبهای اخلاقی مشخص خواهد کرد که بیوکامپیوترها به یک پیشرفت علمی بنیادین، کنجکاوی تجاری یا چالش حاکمیتی تبدیل شوند.
نکات فنی و اقتباس مفاهیم
برای نشان دادن عمق فنی موضوع، برخی جزئیات مهم عبارتاند از: استفاده از سلولهای بنیادی القایی برای تولید انواع نورونی متنوع، اندازهگیری پارامترهایی مانند فرکانس آتشسوزی، همبستگیهای همزمان بین کانالها، سنجههای شبکهای مانند پیچیدگی گراف، و بررسی پدیدهٔ بحرانیشدن (criticality) در فعالیتهای جمعی. همچنین تبدیل سیگنالهای الکتریکی به ورودیهای دیجیتال قابلفهم برای الگوریتمها (و بالعکس) نیازمند توسعهٔ روشهای پردازش سیگنال و یادگیری ماشین سفارشی است. چنین کارهایی به همگرایی تخصصهای مهندسی الکترونیک، علوم اعصاب، زیستشناسی سلولی و علم داده نیاز دارد و از نظر پژوهشی زمینهای غنی برای تولید مقالات فنی و استانداردسازی فراهم میآورد.
دیدگاهی تخصصی
«باید نسبت به این سامانهها هم با هیجان و هم بااحتیاط برخورد کنیم،» دکتر النا مارکز، نوروانجینیر و مروّج علمی میگوید. «از منظر فنی، ارگانوئیدها راههای نوینی برای مطالعهٔ دینامیکهای عصبی انسان در شرایط آزمایشگاهی ارائه میدهند. اما از منظر اخلاقی و سیاستی باید اکنون فرایندهای رضایت و نظارت را بهروزرسانی کنیم، نه پس از ظهور محصولات تجاری. استانداردهای روشن از اهداکنندگان، پژوهشگران و عموم محافظت خواهد کرد.»
این دیدگاه بازتابِ نقطهنظر مشترک میان محققان است: پیشرفت واقعی اما تدریجی است، و بحث اجتماعی باید دستکم به همان سرعت حرکت کند که آزمایشگاهها و شرکتهای نوپا در پی گذار به مرحلهٔ بعدی هستند. در نهایت، توسعهٔ بیوکامپیوترها نیازمند تعادل میان نوآوری علمی، مسئولیت اخلاقی و قاعدهگذاری هوشمندانه خواهد بود تا پتانسیلهای پژوهشی آنها بهصورتی ایمن و مفید برای جامعه بهکار گرفته شود.
منبع: sciencealert
نظرات
پمپزون
فکر میکنم زودتر از قوانین، سرمایهگذاران سودجو میان؛ باید شفافیت باشه و استانداردها سریع تصویب بشن، وگرنه دردسر میشه
مکس_ا
احساس میکنم رسانه ها اغراق میکنن، بازی پونگ با نورونها یه چیزه، ادعای هوش واقعی یه چیز دیگه :/
آرمین
نکته مهم: باید قوانین رضایت و مالکیت بافت روشن باشه، قبل از اینکه شرکتها بازارگرمی کنن و کار از دست در بره
لابکور
تو آزمایشگاه دیدم ارگانوئیدها گهگاهی رفتار عجیب میکنن اما تا ادعای «هوش» راه درازه، صبر و استاندارد لازم داریم
توربوام
واقعا میشه فهمید یه ارگانوئید آگاهی پیدا کرده یا نه؟ معیارش چیه، کِی باید نگران بشیم...؟
کوینتون
بخشی منطقیه ولی هنوز کلی مانع فنی هست، نه معجزه سریع. سرمایه و تبلیغات زیاد میتونه فضا رو کج کنه
دیتاپالس
وااای، مغز زنده بهعنوان سختافزار؟! هم هیجانانگیز هم ترسناک... اگه کنترل نشه کلی سوال اخلاقی پیش میاد
ارسال نظر