Les ordinateurs alimentés par des cellules cérébrales humaines peuvent sembler relever de la science-fiction, mais une équipe de chercheurs américains estime que ces machines, qui font partie d'un nouveau domaine appelé « intelligence organoïde », pourraient façonner l'avenir - et ils ont maintenant un plan pour y parvenir.Les organoïdes sont des tissus cultivés en laboratoire qui ressemblent à des organes. Ces structures tridimensionnelles, généralement dérivées de cellules souches, sont utilisées en laboratoire depuis près de vingt ans, où les scientifiques ont pu éviter les tests dangereux sur l'homme ou l'animal en expérimentant sur les substituts de reins, de poumons et d'autres organes.
Les organoïdes cérébraux ne ressemblent pas vraiment à de minuscules versions du cerveau humain, mais les cultures de cellules de la taille d'un point de stylo contiennent des neurones capables de fonctions cérébrales, formant une multitude de connexions. Thomas Hartung, professeur de santé environnementale et d'ingénierie à l'École de santé publique Johns Hopkins Bloomberg et à l'École d'ingénierie Whiting de Baltimore, a commencé à cultiver des organoïdes cérébraux en modifiant des échantillons de peau humaine en 2012.
Lui et ses collègues envisagent de combiner la puissance des organoïdes cérébraux dans un type de matériel biologique plus économe en énergie que les superordinateurs. Ces « biocomputers » utiliseraient des réseaux d'organoïdes cérébraux pour révolutionner les tests pharmaceutiques pour des maladies telles que la maladie d'Alzheimer, fournir des informations sur le cerveau humain et changer l'avenir de l'informatique. La recherche décrivant le plan d'intelligence organoïde élaboré par Hartung et ses collègues a été publiée dans la revue Frontiers in Science.
Cette image agrandie montre un organoïde cérébral produit dans le laboratoire de Hartung. La culture a été teintée pour montrer les neurones en magenta, les noyaux cellulaires en bleu et les autres cellules de soutien en rouge et en vert.
« L'informatique et l'intelligence artificielle ont été le moteur de la révolution technologique, mais elles atteignent un plafond », a déclaré Hartung, auteur principal de l'étude, dans un communiqué. « La bio-informatique est un effort énorme de compactage de la puissance de calcul et d'augmentation de son efficacité pour repousser nos limites technologiques actuelles. »
Qu'est-ce que l'intelligence organoïde ?
Le cerveau humain a inspiré l'IA - qui peut accomplir un large éventail de tâches, du diagnostic des maladies à la création de contenu intelligent. Toutefois, le cerveau, qui est le modèle original, continue de surpasser l'IA à bien des égards : la puissance de calcul de l'IA est dérisoire comparativement à celle du cerveau humain. Pour de nombreux chercheurs, il est donc préférable de travailler directement sur la surface, plutôt que de rendre l'IA plus semblable au cerveau. Un groupe de scientifiques a dévoilé mardi les plans d'un projet visant à faire progresser l'informatique dans ce sens. La feuille de route décrit ce qu'ils appellent "l'intelligence organoïde" (IO).
« Nous appelons ce nouveau domaine interdisciplinaire intelligence organoïde. Un groupe de scientifiques de haut niveau s'est réuni pour développer cette technologie, qui, selon nous, lancera une nouvelle ère de bio-informatique rapide, puissante et efficace », a déclaré le professeur Thomas Hartung de l'université Johns Hopkins. Le plan, publié dans la revue Frontiers in Science, vise à créer des bio-ordinateurs alimentés par des cellules cérébrales humaines. Selon les experts, ces bio-ordinateurs pourraient être plus rapides, plus efficaces et plus puissants que l'informatique et l'IA basées sur le silicium, et ne nécessiteront qu'une fraction de l'énergie.
En mars 2023, des chercheurs issus de diverses disciplines ont dévoilé une feuille de route visant à créer des bio-ordinateurs à partir de cellules cérébrales humaines. Cette initiative implique la mise en place de systèmes de bio-informatique, où des cultures tridimensionnelles de cellules cérébrales, désignées sous le nom d'organoïdes, sont utilisées en tant que matériel biologique. Ce nouvel domaine interdisciplinaire est nommé « intelligence organoïde » (IO). Les chercheurs aspirent à développer l'IO en tant que « véritable forme d'informatique biologique exploitant les organoïdes cérébraux grâce aux progrès de la science et de la bio-ingénierie, de manière éthiquement responsable ».
Le potentiel informatique de l'intelligence organoïde
Les progrès récents dans le domaine des organoïdes cérébraux dérivés de cellules souches humaines offrent la possibilité de reproduire in vitro des aspects moléculaires et cellulaires fondamentaux liés à l'apprentissage, à la mémoire, voire à la cognition. En introduisant le terme « intelligence organoïde » pour englober ces avancées, nous lançons un programme collaboratif visant à concrétiser la vision d'un domaine multidisciplinaire dédié à l'IO. Ce programme s'efforce d'établir l'IO en tant que forme authentique d'informatique biologique, exploitant les organoïdes cérébraux grâce aux progrès scientifiques et bio-ingénieriques de manière éthiquement responsable.
À présent, il devient possible de créer des organoïdes cérébraux myélinisés normalisés en 3D, avec une densité cellulaire élevée et des niveaux accrus de cellules gliales ainsi que des expressions génétiques cruciales pour l'apprentissage. L'intégration de systèmes de perfusion microfluidiques permet une culture évolutive et durable, ainsi qu'une signalisation chimique spatiotemporelle. De nouveaux réseaux de microélectrodes en 3D facilitent la signalisation et l'enregistrement électrophysiologiques à haute résolution, explorant la capacité des organoïdes cérébraux à reproduire les mécanismes moléculaires de l'apprentissage et de la mémoire, et, ultimement, leur potentiel informatique.
Les technologies en développement pourraient ouvrir la voie à de nouveaux modèles de bio-informatique, notamment par le biais d'un entraînement stimulus-réponse et d'interfaces organoïdes-ordinateur. Nous envisageons des interfaces complexes, interconnectées, où les organoïdes cérébraux sont reliés à des capteurs et à des dispositifs du monde réel, ainsi qu'entre eux et avec des organoïdes d'organes sensoriels, par exemple des organoïdes rétiniens. Ces systèmes pourraient être formés à l'aide de méthodes de biofeedback, de stockage de données massives et d'apprentissage automatique.
Parallèlement, nous mettons l'accent sur une approche éthique intégrée pour analyser de manière itérative et collaborative les questions éthiques soulevées par la recherche sur l'IO, impliquant toutes les parties prenantes concernées. Les nombreuses applications potentielles de cette recherche plaident en faveur d'un développement stratégique de l'IO en tant que discipline scientifique. Nous anticipons que les systèmes de bio-informatique basés sur l'IO permettront une prise de décision plus rapide, un apprentissage continu pendant les tâches, et une efficacité accrue en termes d'énergie et de données. De plus, le développement d'une "intelligence dans un plat" pourrait contribuer à élucider la physiopathologie de maladies développementales et dégénératives dévastatrices, comme la démence, facilitant ainsi l'identification de nouvelles approches thérapeutiques pour répondre aux principaux besoins non satisfaits à l'échelle mondiale.
Le cerveau humain face à l'intelligence artificielle
Bien que l'intelligence artificielle s'inspire des processus de pensée humains, la technologie ne peut pas reproduire entièrement toutes les capacités du cerveau humain. C'est pourquoi les humains peuvent utiliser une image ou un texte CAPTCHA (Completely Automated Public Turing Test To Tell Computers and Humans Apart) comme mesure de sécurité en ligne pour prouver qu'ils ne sont pas des robots.
Le test de Turing, également connu sous le nom de « jeu d'imitation », a été mis au point en 1950 par le mathématicien et informaticien...
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