ثلاثة أسباب تجعل العضيات الدماغية ذات أهمية بالغة

العضيات حاليًا من أسرع المجالات العلمية تطورًا، وتتطور بطرقٍ عديدة ومختلفة، لكنها جميعًا مثيرة للاهتمام. سنتناول هنا ثلاثة مسارات رئيسية ناشئة تبشر بزيادة قدراتها بشكلٍ كبير، ومنافسة الذكاء الاصطناعي، وربما الكشف عن أسرار الوقاية من الأمراض التنكسية العصبية.

ما هي الأورغانويدات؟

الأورغانويدات (أو التجمعات العصبية) هي تجمعات وظيفية من الخلايا العصبية تُزرع في المختبر، وعادةً ما تكون من الخلايا الجذعية الجلدية. تُستخدم هذه التكوينات الدماغية الحية المعقدة نسبيًا، والتي قد تكون حيوانية أو بشرية، لدراسة الآليات العصبية في المختبر، خارج الدماغ الحقيقي.

غالباً ما يُشار إليها في وسائل الإعلام باسم "الأدمغة المصغرة" أو "الأدمغة في طبق"، وهو أمر غير دقيق، لأنها عادة ما تكون صغيرة للغاية، وتعقيدها أبسط بكثير من الدماغ البشري، مما يثير استياء علماء الأعصاب.

ومع ذلك، وكما سنغطي هنا، هناك طرق مختلفة يجري تطويرها لزيادة حجمها وتعقيدها الوظيفي بشكل كبير.

1. توليف الدماغ البشري والحيواني

لأول مرة في التاريخ، قد تكتسب الحيوانات بعض جوانب الذكاء البشري من خلال عمليات زرع الدماغ التكاملية.

تُعدّ القيمة البحثية للأعضاء المصغرة محدودةً للغاية بسبب حجمها وتعقيد نموها. وللتغلب على هذه المشكلة، نُشر نهج جديد في مجلة Nature، حيث تم زرع أعضاء مصغرة من قشرة الدماغ البشري في أدمغة فئران حية (كما هو موضح في الصورة أعلاه).

بعد ستة أشهر من عملية الدمج، وصلت الخلايا العصبية البشرية إلى مستوى جديد من النضج، حيث نمت ستة أضعاف ما كان ممكناً في المختبر. وقد حاكى نشاطها بشكل أفضل بعض السلوكيات الأكثر تعقيداً التي لوحظت في أدمغة البشر.

في تجربة لاحقة، قام الباحثون بتنشيط الخلايا العصبية البشرية المعدلة وراثيًا باستخدام علم البصريات الوراثية، ونجحوا في التأثير على وتيرة سعي الفئران للحصول على المكافأة. أي أنهم تحكموا في خلايا الدماغ البشري داخل دماغ الفئران، للتحكم في سلوكها.

يُتيح هذا النهج إمكانية تنمية أنظمة دماغية بشرية معقدة من الخلايا الجذعية باستخدام موارد تكنولوجية محدودة. ورغم روعته، فإن هذا المجال الجديد من البحث البيولوجي، بل وعلم الأحياء نفسه، قد يكون محفوفًا بمشكلات أخلاقية، بما في ذلك كيفية تصنيف هذا الكائن الهجين.

دراسة: نضج وتكامل الدوائر في العضيات القشرية البشرية المزروعة، عمر ريفاه وآخرون.

2. الوعي البيولوجي الاصطناعي

هذا الفيديو أكثر مما تراه العين - إنه في الواقع أول تهجين ناجح للخلايا العصبية البيولوجية ورقائق السيليكون التي تتعلم لعب لعبة محاكاة.

بالمقارنة مع توليف العضيات في أدمغة بيولوجية مختلفة، يتخذ هذا البحث منحىً جديداً تماماً، ولكنه مثير للدهشة بنفس القدر، من خلال توليف مزيج من العضيات البشرية/القوارض مباشرةً باستخدام أجهزة الكمبيوتر. يُطلق على هذا النوع من الذكاء اسم "الذكاء البيولوجي الاصطناعي" (SBI)، ويهدف إلى دمج هذه الأشكال المتباينة من الذكاء بشكل تآزري.

سعى الباحثون، على وجه الخصوص، إلى توظيف قوة التعقيد من الدرجة الثالثة الموجودة في العضيات، والتي لم يكن من الممكن تحقيقها في الحوسبة التقليدية. إضافةً إلى ذلك، سعوا إلى وضع تعريف رسمي للإدراك الحسي في الخلايا العصبية، مما يُظهر بوضوح قدرة التعلم من خلال التغذية الراجعة الحسية.

في هذه الدراسة، تم دمج العضيات المستنبتة في المختبر مع الحوسبة الحاسوبية عبر مصفوفة متعددة الأقطاب عالية الكثافة. وباستخدام التغذية الراجعة المنظمة ذات الحلقة المغلقة من خلال التحفيز الفيزيولوجي الكهربائي، تم دمج التجربة المسماة "BrainDish" في محاكاة للعبة الكمبيوتر الشهيرة "بونغ".

تُعدّ قدرة الخلايا العصبية في مجموعاتها على الاستجابة للمؤثرات الخارجية بشكل تكيفي أساسًا لجميع عمليات التعلم لدى الحيوانات. ورغم أن هذه التجربة الأولية عبارة عن محاكاة بسيطة للغاية، إلا أنها أظهرت سلوكًا ذكيًا وواعيًا في بيئة محاكاة للعبة من خلال سلوك موجه نحو تحقيق هدف.

يُوفّر هذا النهج مسارًا بحثيًا جديدًا واعدًا لدعم أو دحض النظريات التي تُفسّر كيفية تفاعل الدماغ مع العالم، ولدراسة الذكاء بشكل عام. وقد يكون أيضًا حلًا جذريًا للتغلب على التحديات الرئيسية التي تواجه تطور الذكاء الاصطناعي إلى ما هو أبعد من المستويات البشرية، نظرًا لأن الخلايا العصبية تمتلك خصائص تعلّم متنوعة لم نتمكن بعد من محاكاتها في أجهزة الحاسوب.

دراسة: الخلايا العصبية في المختبر تتعلم وتظهر الإحساس عند تجسيدها في عالم لعبة محاكاة، بريت جيه. كاجان وآخرون.

3. OI - سبيل جديد لتطوير الذكاء

يُظهر المثالان الأولان مسارات تطورية مختلفة للعضيات عما تصوره علماء الأعصاب في الأصل. ومع ذلك، لا يزال مجال علم العضيات التقليدي في مراحله الأولى، ومن المتوقع أن يتغير هذا الوضع سريعًا.

تظهر العديد من الطرق الواعدة لزيادة حجمها وتعقيدها وتخصصها الوظيفي، مع الحفاظ على إمكانية الوصول العملي إليها داخل المختبر. ولذلك، تُعدّ العضيات الدماغية حاليًا من أكثر مجالات البحث إثارةً في الحوسبة الحيوية.

على الرغم من أنها لا تحظى باهتمام أساليب الذكاء الآلي التقليدية، إلا أن "الذكاء العضوي" (OI) يبرز كمنافس محتمل لأسرع طريق إلى الكأس المقدسة للذكاء الاصطناعي العام (AGI).

نشر اتحاد يضم أكثر من 20 من القادة العلميين في هذا المجال مؤخراً ورقة بحثية شاملة ومهمة حول تطوير علم العضيات.

إليكم ستة ادعاءات رئيسية يطرحونها.

1. يمكن أن تكون الحوسبة البيولوجية (أو الحوسبة الحيوية) أسرع وأكثر كفاءة وقوة من الحوسبة القائمة على السيليكون والذكاء الاصطناعي، ولا تتطلب سوى جزء ضئيل من الطاقة.

2. يصف مصطلح "الذكاء العضوي" (OI) مجالًا متعدد التخصصات ناشئًا يعمل على تطوير الحوسبة البيولوجية باستخدام مزارع ثلاثية الأبعاد لخلايا الدماغ البشري (الأعضاء الدماغية) وتقنيات واجهة الدماغ والآلة.

3. يتطلب OI توسيع نطاق العضيات الدماغية الحالية إلى هياكل ثلاثية الأبعاد معقدة ودائمة غنية بالخلايا والجينات المرتبطة بالتعلم، وربطها بأجهزة الإدخال والإخراج من الجيل التالي وأنظمة الذكاء الاصطناعي/التعلم الآلي.

4. يتطلب علم التداخل البصري نماذج وخوارزميات وتقنيات واجهة جديدة للتواصل مع العضيات الدماغية، وفهم كيفية تعلمها وحسابها، ومعالجة وتخزين الكميات الهائلة من البيانات التي ستولدها.

5. يمكن أن يؤدي البحث في هشاشة العظام أيضًا إلى تحسين فهمنا لتطور الدماغ والتعلم والذاكرة، مما قد يساعد في إيجاد علاجات للاضطرابات العصبية مثل الخرف.

6. إن ضمان تطور مبادرة المعرفة المفتوحة بطريقة أخلاقية واجتماعية يتطلب نهج "الأخلاق المضمنة" حيث تقوم فرق متعددة التخصصات وممثلة من علماء الأخلاق والباحثين وأفراد الجمهور بتحديد ومناقشة وتحليل القضايا الأخلاقية وتقديم هذه النتائج لإثراء البحث والعمل المستقبلي.

باختصار، يأمل هؤلاء الباحثون في استخدام عينات من الأنسجة البشرية لتنمية ومعالجة مجموعات متزايدة القوة من خلايا الدماغ التي يمكنهم استخدامها بدلاً من رقائق السيليكون القياسية لأجهزة الكمبيوتر.

ستكون هذه التجمعات من الخلايا أكبر بكثير وستنمو في ثلاثة أبعاد، مما يسمح للخلايا العصبية الموجودة بداخلها بإنشاء روابط أكثر بكثير.

إنها تقنية تتطلب تضافر جهود العديد من التخصصات العلمية لتطويرها. فبينما يعمل بعض الباحثين على تنمية العضيات إلى حجم 10 ملايين خلية، وهو الحجم الذي يقدره العلماء بأنه ضروري لبدء العمل بشكل قريب من وظائف الدماغ البشري، يعمل آخرون على تطوير تقنية تسمح لنا بالتواصل مع مجموعة من الخلايا، وتلقي ردود فعل من هذه المجموعة.

وقد تم اتخاذ خطوة رئيسية في هذا الاتصال ثنائي الاتجاه مؤخراً من خلال تطوير نوع من غطاء تخطيط كهربية الدماغ للأعضاء، باستخدام غلاف مرن مغطى بكثافة بأقطاب كهربائية صغيرة يمكنها التقاط الإشارات من العضو ونقل الإشارات إليه.

لكن بناء حاسوب فائق القوة ليس الهدف الوحيد لهؤلاء الباحثين، فهم يأملون أيضاً في استخدام هذه الحواسيب لتحليل الحالات العصبية ومساعدة المرضى.

لخص الباحث البارز في مجال العضيات، توماس هارتونغ، قائلاً: "على سبيل المثال، يمكننا مقارنة تكوين الذاكرة في العضيات المستمدة من أشخاص أصحاء ومن مرضى الزهايمر، ومحاولة إصلاح أوجه القصور النسبية. كما يمكننا استخدام العضيات لاختبار ما إذا كانت بعض المواد، مثل المبيدات الحشرية، تسبب مشاكل في الذاكرة أو التعلم."

بإمكانهم تخفيف معاناة الإنسان وأمراضه من خلال العلاجات التي يساعدون في تطويرها، ويمكنهم إنقاذ حياة آلاف الحيوانات التي يتم التضحية بها حاليًا من أجل الأبحاث البشرية.

دراسة: الذكاء العضوي (OI): الحدود الجديدة في الحوسبة الحيوية والذكاء في طبق، ل. سميرنوفا، وآخرون.

ماذا عن أخلاقيات العضيات؟

في أبريل 2021، نشرت الأكاديميات الوطنية الأمريكية للعلوم والهندسة والطب تقريرًا يفيد بأنه على الرغم من أن الأدمغة الصغيرة حاليًا غير جوهرية من حيث الحجم والتعقيد والنضج، إلا أنه مع ازدياد حجمها، لا يمكن لأحد أن يضمن أنها لن تطور نوعًا من الوعي الشبيه بالوعي البشري.

إذا ما تحقق هذا، فإن التطور المتزايد للأعضاء المصغرة قد يُصبح معضلة أخلاقية، مما يُعيق تطورها. مع ذلك، سيُمثل هذا أيضاً أول لقاء حقيقي لوعي غير بشري ولكنه يُشبه الوعي البشري، وهو ما يُعدّ إنجازاً تاريخياً بحد ذاته.

‍