3 أسباب تجعل عضيات الدماغ ذات أهمية كبيرة

العضويات حاليًا واحدة من أسرع مجالات العلوم تطورًا. كما يتم تطويرها بعدة طرق مختلفة ولكنها رائعة بنفس القدر. سنغطي هنا 3 طرق رئيسية ناشئة تحمل وعدًا بزيادة قوتها بشكل كبير، والتنافس مع الذكاء الآلي، وربما كشف الأسرار للوقاية من الأمراض التنكسية العصبية.

ما هي العضويات؟

العضيات (أو التجميعات ) هي مجموعات عاملة من الخلايا العصبية المزروعة في المختبر، عادة من الخلايا الجذعية الموجودة في الجلد. تُستخدم هذه التكوينات الدماغية الحية المعقدة نسبيًا، والتي يمكن أن تكون حيوانية أو بشرية، لدراسة الميكانيكا العصبية في المختبر، خارج الدماغ الفعلي.

مما يثير ازدراء علماء الأعصاب، غالبًا ما يشار إليهم في وسائل الإعلام على أنهم "أدمغة صغيرة" أو "أدمغة في طبق"، وهو أمر غير دقيق، لأنها عادةً ما تكون صغيرة جدًا، كما أن تعقيدها أبسط بكثير من الدماغ البشري.

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

1. تركيب الدماغ البشري والحيواني

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

إن القيمة البحثية للعضويات محدودة للغاية بسبب الحجم والتعقيد الذي يمكن أن تنمو فيه. للتغلب على هذه المشكلة، تم نشر نهج جديد في مجلة Nature ، حيث تم زرع عضويات القشرة البشرية في أدمغة الفئران الحية (كما هو موضح في الصورة أعلاه).

بعد 6 أشهر من التكامل، وصلت الخلايا العصبية البشرية إلى مستوى جديد من النضج، حيث نمت بمقدار 6 أضعاف ما كان ممكنًا في المختبر. وكان نشاطهم يحاكي بشكل أفضل بعض السلوكيات الأكثر تطورا التي لوحظت في العقول البشرية.

وفي تجربة متابعة، قام الباحثون على وجه التحديد بتنشيط الخلايا العصبية البشرية المعدلة وراثيًا باستخدام علم البصريات الوراثي، وتمكنوا بنجاح من التأثير على عدد المرات التي سعت فيها الفئران إلى الحصول على مكافأة. أي التحكم في خلايا الدماغ البشري داخل دماغ الجرذ، للتحكم في سلوكيات الجرذ.

ويفتح هذا النهج إمكانية تنمية أنظمة دماغية بشرية معقدة من الخلايا الجذعية بموارد تكنولوجية محدودة. على الرغم من كونه رائعًا، إلا أن هذا المجال الجديد من الأبحاث البيولوجية، وحتى علم الأحياء نفسه، قد يكون محفوفًا بالمضاعفات الأخلاقية، حتى بما في ذلك كيفية تصنيف مثل هذا الكائن الهجين.

دراسة: النضج والتكامل الدائري للعضويات القشرية البشرية المزروعة ، عمر ريفاه وآخرون.

2. الشعور الاصطناعي والبيولوجي

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

بالمقارنة مع تصنيع العضيات في أدمغة بيولوجية مختلفة، فإن هذا البحث يسير في اتجاه جديد تمامًا، ولكنه محير للعقل بنفس القدر، من خلال التوليف المباشر لمزيج من العضيات البشرية / القوارض باستخدام أجهزة الكمبيوتر. والهدف من ذلك، الذي يطلق عليه اسم "الذكاء البيولوجي الاصطناعي" (SBI)، هو دمج هذه الأشكال المتباينة من الذكاء بشكل تآزري.

على وجه الخصوص، سعى الباحثون إلى جلب قوة التعقيد من الدرجة الثالثة الموجودة في الكائنات العضوية، والتي لم يكن من الممكن تحقيقها أبدًا في الحوسبة التقليدية. وبالإضافة إلى ذلك، لتحقيق التعريف الرسمي للوعي في الثقافات العصبية، مما يدل بشكل فعال على التعلم بالتغذية الراجعة الحسية.

في هذه الدراسة، تم دمج الكائنات العضوية في المختبر مع الحوسبة "السيليكوية" عبر مصفوفة متعددة الأقطاب عالية الكثافة. باستخدام ردود الفعل المنظمة ذات الحلقة المغلقة من خلال التحفيز الكهربي، تم دمج التجربة المسماة "BrainDish" في محاكاة للعبة الكمبيوتر الشهيرة Pong.

إن قدرة الخلايا العصبية في التجمعات على الاستجابة للمحفزات الخارجية بشكل تكيفي هي الأساس لكل تعلم الحيوانات. على الرغم من أن هذه التجربة الأولية عبارة عن محاكاة أساسية جدًا، إلا أنها أظهرت سلوكًا ذكيًا وواعيًا في عالم ألعاب محاكاة من خلال السلوك الموجه نحو الهدف.

يوفر هذا النهج وسيلة بحثية جديدة واعدة لدعم أو تحدي النظريات التي تشرح كيفية تفاعل الدماغ مع العالم، ولدراسة الذكاء بشكل عام. وقد يكون أيضًا علاجًا سحريًا للتغلب على التحديات الرئيسية التي تواجه تطور الذكاء الآلي إلى ما هو أبعد من المستويات البشرية، حيث تتمتع الخلايا العصبية بخصائص تعليمية مختلفة لم نحاكيها بعد في أجهزة الكمبيوتر.

دراسة: الخلايا العصبية في المختبر تتعلم وتظهر الشعور عند تجسيدها في عالم الألعاب المحاكي ، بريت جيه كاجان وآخرون.

3. OI - طريق جديد لتطوير الذكاء

المثالان الأولان لدينا يأخذان الكائنات العضوية في مسارات تطورية مختلفة عما تصوره علماء الأعصاب في الأصل. ومع ذلك، فحتى المجال التقليدي لعلم العضويات لا يزال في بداياته إلى حد كبير، ومن المتوقع أن يتغير هذا بسرعة.

هناك العديد من الأساليب الواعدة الناشئة لزيادة حجمها وتعقيدها وتخصصها الوظيفي، مع الحفاظ على إمكانية الوصول العملي لها داخل طبق المختبر. على هذا النحو، تعد عضويات الدماغ حاليًا واحدة من أكثر مجالات البحث إثارة في مجال الحوسبة الحيوية.

على الرغم من التحليق تحت رادار مناهج الذكاء الآلي التقليدية، إلا أن "الذكاء العضوي" (OI) يظهر كمنافس محتمل لأسرع طريق إلى الكأس المقدسة للذكاء العام الاصطناعي (AGI).

قام اتحاد يضم أكثر من 20 قائدًا علميًا في مجال الفضاء مؤخرًا بنشر ورقة بحثية شاملة حول تعزيز علم العضويات.

فيما يلي 6 تأكيدات رئيسية يطرحونها.

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

2. يصف "الذكاء العضوي" (OI) مجالًا ناشئًا متعدد التخصصات يعمل على تطوير الحوسبة البيولوجية باستخدام ثقافات ثلاثية الأبعاد لخلايا الدماغ البشرية (العضويات الدماغية) وتقنيات واجهة الدماغ والآلة.

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

4. يتطلب OI نماذج وخوارزميات وتقنيات واجهة جديدة للتواصل مع عضويات الدماغ، وفهم كيفية تعلمها وحسابها، ومعالجة وتخزين الكميات الهائلة من البيانات التي ستولدها.

5. يمكن لأبحاث OI أيضًا أن تحسن فهمنا لتطور الدماغ والتعلم والذاكرة، مما قد يساعد في العثور على علاجات للاضطرابات العصبية مثل الخرف.

6. يتطلب ضمان تطور OI بطريقة سريعة الاستجابة أخلاقيًا واجتماعيًا اتباع نهج "الأخلاقيات المضمنة" حيث تقوم فرق متعددة التخصصات وممثلة من علماء الأخلاق والباحثين وأفراد الجمهور بتحديد ومناقشة وتحليل القضايا الأخلاقية وإطعامها لإرشاد الأبحاث المستقبلية و العمل.

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

ستكون هذه المجموعات من الخلايا أكبر بكثير وتنمو في ثلاثة أبعاد، مما يسمح للخلايا العصبية الموجودة داخلها بإنشاء المزيد من الاتصالات بشكل ملحوظ.

إنها تقنية تتطلب الكثير من التخصصات العلمية للبدء بها. وبينما يعمل بعض الباحثين على زراعة عضويات يصل حجمها إلى 10 ملايين خلية، وهو ما يقدر العلماء أنه ضروري لبدء العمل في أي مكان بالقرب من الدماغ البشري، يقوم آخرون بتطوير تقنية من شأنها أن تسمح لنا بالتواصل مع مجموعة من الخلايا والكائنات الحية. اطلب من هذه المجموعة التواصل مرة أخرى.

تم مؤخرًا اتخاذ خطوة رئيسية في هذا الاتصال ثنائي الاتجاه من خلال تطوير نوع من غطاء EEG للعضويات، باستخدام غلاف مرن مغطى بكثافة بأقطاب كهربائية صغيرة يمكنها التقاط الإشارات من العضو العضوي، ونقل الإشارات إليه.

لكن مجرد بناء جهاز كمبيوتر قوي للغاية ليس هو الشيء الوحيد الذي يهدف إليه هؤلاء الباحثون. ويأملون أيضًا في استخدام أجهزة كمبيوتر OI هذه لتحليل الحالات العصبية ومساعدة المرضى.

لخص توماس هارتونج، الباحث الرئيسي في العضيات، قائلاً: "على سبيل المثال، يمكننا مقارنة تكوين الذاكرة في العضيات المستمدة من الأشخاص الأصحاء ومن مرضى الزهايمر، ومحاولة إصلاح العجز النسبي. يمكننا أيضًا استخدام OI لاختبار ما إذا كانت بعض المواد، مثل المبيدات الحشرية، تسبب مشاكل في الذاكرة أو التعلم.

يمكنهم تخفيف المعاناة والمرض البشري من خلال العلاجات التي يساعدون في تطويرها ويمكن أن ينقذوا حياة الآلاف من الحيوانات التي يتم التضحية بها حاليًا من أجل الأبحاث البشرية.

دراسة: الذكاء العضوي (OI): الحدود الجديدة في الحوسبة الحيوية والذكاء في الطبق ، L Smirnova، et. آل.

ماذا عن أخلاقيات الكائنات العضوية؟

في أبريل 2021، نشرت الأكاديميات الوطنية الأمريكية للعلوم والهندسة والطب تقريرًا يفيد بأنه على الرغم من أن الأدمغة الصغيرة حاليًا غير كبيرة من حيث الحجم والتعقيد والنضج، ومع تزايد هذه الأدمغة، لا يمكن لأحد أن يضمن أنها لن تتطور بشكل ما. من نوع الوعي البشري.

إذا أصبح هذا هو الحال، فإن التطور المتزايد للعضيات يمكن أن يصبح علبة أخلاقية للديدان، مما يعيق تطورها الإضافي. ومع ذلك، فإن هذا من شأنه أيضًا أن يمثل أول لقاء حقيقي للوعي غير البشري ولكن الشبيه بالإنسان ، والذي سيكون علامة بارزة في حد ذاته.

‍