Wetenschappers willen gekweekte ‘mini-breinen’ uit het lab inzetten als intelligente biocomputer. Hoe gaat dat in zijn werk en wat komt er allemaal bij kijken?

Kunstmatige intelligentie (AI) heeft al heel wat indrukwekkende staaltjes werk laten zien. Van het diagnosticeren van ziektes tot schaken en dichten. Maar uiteindelijk komt zo’n slim softwareprogramma nog altijd niet in de buurt van een arts, schaakspeler of dichter zelf. Wat als we direct naar de bron gaan? Een groep wetenschappers van onder meer de Johns Hopkins University publiceerden in Frontiers in Science een uitgebreide roadmap om een klompje hersencellen, een breinorganoïde genoemd, in te zetten als computer. Je krijgt dan een organoïde-intelligentie (OI).

Lees ook:

• TUE laat hersencellen en silicium chips samenwerken
• Met je brein een machine aansturen
• Filmpje: gekweekte hersencellen gamen erop los

Het slimme brein

Een computer is goed in puur rekenen met getallen. Maar in het leren op basis van complexe informatie is de mens kampioen. Zo won in 2017 de AI AlphaGo weliswaar een spelletje Go van ‘s werelds beste Go-speler Lee Sedol, maar zijn algoritme was gebaseerd op het leren van maar liefst 160.000 potjes Go. Een mens zou daarvoor meer dan 175 jaar lang elke dag 5 uur Go moeten spelen. In plaats daarvan halen professionele Go-spelers een hoog niveau met véél minder speeluren. Gewoonweg omdat ze veel sneller leren dan een computer.

Het is niet zo gek dat het menselijk brein zo slim is. Het heeft namelijk een ongelofelijke opslagcapaciteit, van wel 2500 Terabyte (TB), gebaseerd op 86 tot 100 miljard hersencellen met in totaal 10¹⁵ verbindingen. Harde schrijven in de computer halen vooralsnog ‘slechts’ 100 TB. Ook zijn hersenen veel energie-efficiënter dan een computer. De energie die nodig was om AlphaGo te trainen voor dat ene potje Go is meer dan een volwassen brein verbruikt in ruim een decennium.

Breinorganoïde aanpassen

Maar hoe kunnen we dan een brein uit het lab inzetten als computer? Eerst een korte uitleg. Een breinorganoïde is een driedimensionaal stuk hersenweefsel. Die kan worden gemaakt door huidcellen – via stamcellen – om te zetten in hersencellen en die in het lab op te kweken tot een ‘bol’. Hoewel de bol niet een echt mini-brein is, kan die wel veel functies van echte hersenen nabootsen, zoals leren en herinneringen opslaan. Daarmee kan die dus dienen als OI binnen een biocomputer.

Voor we zover zijn, moet er nog heel wat gebeuren, schrijven Thomas Hartung en collega’s in hun artikel. Zelf bouwde Hartung met zijn team een breinorganoïde bestaande uit 50.000 hersencellen (zie microscopische foto hieronder), een record. Maar voor een biocomputer zal de bol uiteindelijk uit minimaal 10 miljoen cellen moeten bestaan.

Ook moet er nog technologie worden ontwikkeld om de hersencellen informatie te kunnen sturen en te kunnen uitlezen wat ze ‘denken’. Momenteel timmeren wetenschappers al aardig aan de weg met zogenoemde brein-machine-interfaces. Hierbij worden elektroden op het brein geplaatst, waardoor de hersensignalen worden geregistreerd. Met die signalen kan een patiënt bijvoorbeeld een prothese aansturen of letters tikken op een computerscherm. Deze techniek kan worden aangepast aan een breinorganoïde. Zo bouwden Hartung en collega’s enkele jaren terug al een mini-elektrode-kap.

Krachtige computer

Maar wat kunnen we met zo’n OI? Ten eerste zouden wetenschappers volgens Hartung en zijn team zo’n OI kunnen gebruiken om meer over de werking van de nog altijd mysterieuze menselijke hersenen te weten kunnen komen. Dit kan natuurlijk met gezonde hersencellen, maar misschien nog wel interessanter is een ziek breinorganoïde, gemaakt uit de cellen van een patiënt met een hersenafwijking. Zo kan je heel precies zien wat er misgaat in het denken en leren bij bijvoorbeeld de ziekte van Alzheimer. Je kunt zelfs naar believen genen aan- of uitzetten of geneesmiddelen testen om te zien wat het effect is op het denkvermogen.

En last but not least: een biocomputer gebaseerd op menselijke hersencellen zou weleens een hele krachtige computer kunnen worden. Je kunt daarbij denken aan toepassingen als een spelletje tot aan het uitvoeren van lastige berekeningen in wetenschappelijk of technisch onderzoek.

Potje pong

Een breinorganoïde die kan leren, herinneren en communiceren met diens omgeving. Zou het kunnen dat het gekweekte orgaan een bewustzijn ontwikkelt? De onderzoekers achten dit zeker niet onmogelijk. Voor deze en meer ethische kwesties willen zij gaan samenwerken met ethici. De komende jaren moet er dan een uitgebreide analyse komen.

Hoewel de techniek voor het creëren van zo’n OI nog altijd in de kinderschoenen staat, gaan de ontwikkelen hard. Zo liet een van onderzoekers, Brett Kagan, vorig jaar nog zien dat hersencellen prima in staat zijn een spelletje Pong te spelen. Binnenkort hoopt hij met een breinorganoïde op de proppen te komen die hetzelfde kan. We zijn benieuwd!

Bronnen: Frontiers in Science, Frontiers News via EurekAlert! Johns Hopkins University via EurekAlert!

Beeld: Thomas Hartung/Johns Hopkins University

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!