اولین رایانه زنده جهان با همراهی ۱۰ دانشگاه در حال جهانی شدن است و شرکت سازنده آن در حال آزمایش روی خوشه‌هایی از نورون‌ها به نام ارگانوئیدها است که وظایف محاسباتی ساده‌ای را انجام می‌دهند.

دانشمندان در حال رشد توده‌های کوچکی از سلول‌های زنده مغز انسان و استفاده از آنها برای تأمین انرژی رایانه‌ها هستند. این حوزه نوظهور که به عنوان «زیست‌محاسبات» یا وت‌ور(wetware) شناخته می‌شود، توسط تعداد انگشت‌شماری از مؤسسات تحقیقاتی در سراسر جهان در حال بررسی است و هدف آن بهره‌برداری از کارایی بیولوژیکی مغز انسان برای ایجاد نوع کاملاً جدیدی از پردازنده است.

استارت‌آپ سوئیسی «فاینال اسپارک»(FinalSpark) یکی از پیشگامان این حوزه است. این شرکت که توسط دکتر فرد جردن(Fred Jordan) تأسیس شده است، در حال آزمایش روی «زیست‌پردازنده‌ها» یا همان خوشه‌هایی از نورون‌ها به نام ارگانوئیدها است که وظایف محاسباتی ساده‌ای را انجام می‌دهند.

این ارگانوئیدهای مغزی از سلول‌های پوست انسان ساخته می‌شوند، به سلول‌های بنیادی بازبرنامه‌ریزی می‌شوند و سپس به نورون تبدیل می‌شوند. هر ارگانوئید، تقریباً به اندازه مغز یک مگس میوه، حاوی حدود ۱۰ هزار نورون است که بخش بسیار کوچکی از ۱۰۰ میلیارد نورون موجود در مغز انسان است. با این حال، آنها می‌توانند رفتارهای یادگیری اولیه و پاسخ به تحریک الکتریکی را نشان دهند.

نحوه کار رایانه‌های زنده

در آزمایشگاه «FinalSpark»، ارگانوئیدها در یک محلول غنی از مواد مغذی زنده نگه داشته می‌شوند و به الکترودهایی متصل می‌شوند که به عنوان پل ارتباطی عمل می‌کنند. وقتی دانشمندی یک پالس الکتریکی را از طریق الکترودها ارسال می‌کند، نورون‌ها می‌توانند با افزایش فعالیت، معادل بیولوژیکی صفر و یک‌های دودویی در محاسبات دیجیتال پاسخ دهند.

پیشرفت‌های اخیر در زیست‌محاسبات همچنین راه‌هایی را برای یادگیری مؤثرتر این ریزمغزها بررسی کرده‌اند. برخی آزمایش‌ها نشان داده‌اند که می‌توان به ارگانوئیدها با دوپامین (ماده شیمیایی طبیعی لذت مغز) «پاداش» داد تا فعالیت عصبی مورد نظر را تقویت کند. این فرآیند، نحوه یادگیری مغز انسان از طریق پاداش و انگیزه را تقلید می‌کند و یک مسیر بیولوژیکی احتمالی را برای آموزش کارآمدتر پردازنده‌های زنده پیشنهاد می‌دهد.

این آزمایش‌ها اولین گام‌ها را برای آموزش ارگانوئیدها برای «یادگیری»، پاسخ دادن، سازگاری و پردازش اطلاعات به روشی که سیستم‌های هوش مصنوعی انجام می‌دهند، اما با کسری از مصرف انرژی نشان می‌دهند. به گفته «جردن»، نورون‌های بیولوژیکی یک میلیون برابر از نورون‌های مصنوعی از نظر انرژی کارآمدتر هستند. این کارایی می‌تواند «wetware» را به یک راه‌حل بالقوه برای تقاضای فزاینده انرژی مدل‌های هوش مصنوعی تبدیل کند که در حال حاضر به تراشه‌های سیلیکونی پرمصرف متکی هستند.

با این حال، فرآیند نگهداری از این رایانه‌های زنده، حساس است. برخلاف پردازنده‌های سنتی، ارگانوئیدها را نمی‌توان پس از مرگ دوباره راه‌اندازی کرد، چرا که به گفته پروفسور سایمون شولتز(Simon Schultz)، مدیر مرکز فناوری عصبی در کالج امپریال لندن، ارگانوئیدها رگ خونی ندارند و ما هنوز نمی‌دانیم چگونه آنها را به درستی بسازیم. بنابراین این بزرگترین چالش است.

در حال حاضر، ارگانوئیدهای «FinalSpark» می‌توانند تا چهار ماه زنده بمانند. دانشمندان گاهی اوقات قبل از مرگ، یک انفجار ناگهانی فعالیت عصبی را ثبت می‌کنند، پدیده‌ای که جردن آن را مشابه موج نهایی مغز قبل از مرگ در انسان توصیف می‌کند.

مسیر پیش رو برای محاسبات زیستی

در حالی که این فناوری هنوز در مراحل ابتدایی خود است، محققان پتانسیل گسترده‌ای را در محاسبات زیستی می‌بینند چرا که فراتر از جایگزینی سیلیکون، می‌تواند بینش‌هایی در مورد نحوه عملکرد مغز انسان ارائه دهد و به تحقیقات عصبی و آزمایش دارو کمک کند.

تلاش «FinalSpark» بخشی از یک تلاش جهانی رو به رشد است. در حال حاضر ۱۰ دانشگاه با این شرکت همکاری می‌کنند و وب‌سایت آن حتی گزارش زنده از نورون‌های در حال کار را نشان می‌دهد.

در سال ۲۰۲۲، شرکت استرالیایی «Cortical Labs» با آموزش نورون‌های مصنوعی برای انجام بازی ویدئویی «Pong»، پیشرفت مشابهی را نشان داد. در همین حال، محققان دانشگاه جان هاپکینز در حال مطالعه‌ مغزهای کوچک برای مدل‌سازی بیماری‌هایی مانند آلزایمر و اوتیسم هستند.

با این حال، دانشمندان هشدار می‌دهند که بعید است وِت‌وِرها به این زودی‌ها جایگزین محاسبات مبتنی بر سیلیکون شوند. دکتر لنا اسمیرنووا(Lena Smirnova) از دانشگاه جان هاپکینز می‌گوید: محاسبات زیستی باید مکمل هوش مصنوعی سیلیکونی باشند، نه جایگزین آن و در عین حال مدل‌سازی بیماری را پیش ببرند و استفاده از حیوانات را کاهش دهند.

ضمن اینکه بُعد اخلاقی ایجاد و دستکاری سلول‌های زنده‌ مغز همچنان مورد بحث است.

حتی با اینکه این فناوری هنوز در مرحله‌ آزمایش است، پیامدهای آن عمیق است. محاسبات زیستی می‌تواند روزی نحوه‌ عملکرد مراکز داده را با استفاده از بافت زنده به جای سیلیکون، به طور اساسی تغییر دهد.