Biocomputing Dengan Mini-Brains sebagai Prosesor Bisa Lebih Bertenaga Daripada AI Berbasis Silikon

Otak manusia adalah master komputasi. Tidak mengherankan bahwa dari algoritme yang diilhami otak hingga chip neuromorfik, para ilmuwan meminjam pedoman otak untuk memberi dorongan pada mesin.

Namun hasilnya—dalam perangkat lunak dan perangkat keras—hanya menangkap sebagian kecil dari itu seluk-beluk komputasi tertanam dalam neuron. Tapi mungkin penghalang utama dalam membangun komputer seperti otak adalah kita masih belum sepenuhnya memahami cara kerja otak. Misalnya, bagaimana arsitekturnya—didefinisikan oleh lapisan, wilayah, dan sirkuit saraf yang selalu berubah—memahami dunia kita yang kacau dengan efisiensi tinggi dan penggunaan energi rendah?

Jadi mengapa tidak menghindari teka-teki ini dan menggunakan jaringan saraf secara langsung sebagai biokomputer?

Bulan ini, tim dari Universitas Johns Hopkins menyusun cetak biru yang berani untuk bidang komputasi baru: kecerdasan organoid (OI). Jangan khawatir—mereka tidak berbicara tentang menggunakan jaringan otak manusia hidup yang dihubungkan ke kabel di stoples. Sebaliknya, seperti namanya, fokusnya adalah pada pengganti: organoid otak, lebih dikenal sebagai "otak mini". Nugget seukuran kacang polong ini kira-kira menyerupai janin awal otak manusia dalam ekspresi gen mereka, berbagai macam sel otak, dan organisasi. Sirkuit saraf mereka memicu aktivitas spontan, riak dengan gelombang otak, dan bahkan dapat mendeteksi cahaya dan mengontrol gerakan otot.

Intinya, organoid otak adalah prosesor yang sangat maju yang menduplikasi otak hingga tingkat yang terbatas. Secara teoritis, berbagai jenis otak mini dapat dihubungkan ke sensor digital dan perangkat keluaran—tidak berbeda dengan antarmuka otak-mesin, tetapi sebagai sirkuit di luar tubuh. Dalam jangka panjang, mereka dapat terhubung satu sama lain dalam biokomputer super yang dilatih menggunakan biofeedback dan metode pembelajaran mesin untuk memungkinkan “kecerdasan dalam piringan”.

Terdengar agak menyeramkan? Saya setuju. Para ilmuwan telah lama memperdebatkan di mana menarik garis; yaitu, ketika otak mini menjadi terlalu mirip dengan otak manusia, dengan skenario mimpi buruk hipotetis dari nugget yang mengembangkan kesadaran.

Tim sangat sadar. Sebagai bagian dari kecerdasan organoid, mereka menyoroti perlunya "etika tertanam", dengan konsorsium ilmuwan, ahli bioetika, dan publik yang menimbang sepanjang pengembangan. Namun bagi penulis senior Dr. Thomas Hartung, waktu untuk meluncurkan penelitian kecerdasan organoid adalah sekarang.

“Komputasi biologis (atau biokomputasi) bisa lebih cepat, lebih efisien, dan lebih kuat daripada komputasi berbasis silikon dan AI, dan hanya membutuhkan sedikit energi,” tulis tim tersebut.

[Embedded content]

Solusi Cerdas

Menggunakan jaringan otak sebagai perangkat keras komputasi mungkin tampak aneh, tetapi sudah ada perintis sebelumnya. Pada tahun 2022, perusahaan Australia Lab Kortikal mengajarkan ratusan ribu neuron terisolasi dalam sebuah piringan untuk bermain Pong di dalam lingkungan virtual. Neuron terhubung dengan chip silikon yang ditenagai oleh algoritme pembelajaran mendalam ke dalam "platform kecerdasan biologis sintetik" yang menangkap tanda-tanda dasar pembelajaran neurobiologis.

Di sini, tim mengambil ide selangkah lebih maju. Jika neuron yang terisolasi sudah bisa mendukung bentuk biocomputing yang belum sempurna, bagaimana dengan otak mini 3D?

Sejak debut mereka satu dekade lalu, otak mini telah menjadi kesayangan untuk memeriksa gangguan perkembangan saraf seperti autisme dan menguji perawatan obat baru. Sering kali tumbuh dari sel kulit pasien—diubah menjadi sel punca pluripoten terinduksi (iPSC)—organoid sangat kuat untuk meniru susunan genetik seseorang, termasuk susunan sarafnya. Baru-baru ini, organoid manusia sebagian dipulihkan penglihatan yang rusak pada tikus setelah berintegrasi dengan neuron inangnya.

Dengan kata lain, otak mini sudah membangun blok untuk sistem biocomputing plug-and-play yang siap terhubung dengan otak biologis. Jadi mengapa tidak memanfaatkannya sebagai prosesor untuk komputer? “Pertanyaannya adalah: dapatkah kita belajar dari dan memanfaatkan kapasitas komputasi dari organoid ini?” tim bertanya.

Cetak Biru yang Hebat

Tahun lalu, sekelompok ahli biocomputing bersatu dalam lokakarya kecerdasan organoid pertama dalam upaya membentuk komunitas yang menangani penggunaan dan implikasi otak mini sebagai biokomputer. Tema menyeluruh, dikonsolidasikan ke dalam "deklarasi Baltimore", adalah kolaborasi. Sistem otak mini memerlukan beberapa komponen: perangkat untuk mendeteksi input, prosesor, dan output yang dapat dibaca.

Dalam makalah baru, Hartung membayangkan empat lintasan untuk mempercepat kecerdasan organoid.

Yang pertama berfokus pada komponen penting: otak mini. Meski padat dengan sel-sel otak yang mendukung pembelajaran dan memori, organoid masih sulit dikultur dalam skala besar. Tujuan utama awal, jelas para penulis, adalah peningkatan.

Sistem mikrofluida, yang berfungsi sebagai “pembibitan”, juga perlu ditingkatkan. Mandi busa berteknologi tinggi ini memberikan nutrisi dan oksigen untuk menjaga agar otak mini yang sedang berkembang tetap hidup dan sehat sambil membuang limbah beracun, memberi mereka waktu untuk menjadi dewasa. Sistem yang sama juga dapat memompa neurotransmiter—molekul yang menjembatani komunikasi antar neuron—ke wilayah tertentu untuk mengubah pertumbuhan dan perilakunya.

Para ilmuwan kemudian dapat memantau lintasan pertumbuhan menggunakan berbagai elektroda. Meskipun sebagian besar saat ini dirancang untuk sistem 2D, tim dan lainnya meningkatkan level dengan antarmuka 3D yang dirancang khusus untuk organoid, terinspirasi oleh tutup EEG (electroencephalogram) dengan beberapa elektroda yang ditempatkan dalam bentuk bola.

Kemudian datang decoding sinyal. Lintasan kedua adalah tentang menguraikan kapan dan di mana aktivitas saraf di dalam otak mini. Ketika disetrum dengan pola listrik tertentu—misalnya, pola yang mendorong neuron untuk memainkan Pong—apakah mereka mengeluarkan hasil yang diharapkan?

Ini tugas berat lainnya; belajar mengubah sirkuit saraf pada berbagai tingkatan. Jadi apa yang harus diukur? Tim tersebut menyarankan untuk menggali ke dalam berbagai tingkatan, termasuk mengubah ekspresi gen di neuron dan bagaimana mereka terhubung ke jaringan saraf.

Di sinilah AI dan kolaborasi dapat membuat percikan. Jaringan saraf biologis berisik, jadi diperlukan beberapa percobaan sebelum "pembelajaran" menjadi jelas — pada gilirannya menghasilkan banjir data. Bagi tim, pembelajaran mesin adalah alat yang sempurna untuk mengekstraksi bagaimana masukan yang berbeda, yang diproses oleh otak mini, diubah menjadi keluaran. Mirip dengan proyek ilmu saraf skala besar seperti Inisiatif BRAIN, para ilmuwan dapat membagikan penelitian kecerdasan organoid mereka di ruang kerja komunitas untuk kolaborasi global.

Lintasan tiga lebih jauh di masa depan. Dengan otak mini yang efisien dan tahan lama serta alat pengukur di tangan, mungkin untuk menguji masukan yang lebih kompleks dan melihat bagaimana rangsangan masuk kembali ke dalam prosesor biologis. Misalnya, apakah itu membuat perhitungannya lebih efisien? Berbagai jenis organoid—misalnya, yang menyerupai korteks dan retina—dapat saling berhubungan untuk membangun bentuk kecerdasan organoid yang lebih kompleks. Ini dapat membantu “secara empiris menguji, mengeksplorasi, dan mengembangkan lebih lanjut teori-teori kecerdasan neurokomputasi,” tulis para penulis.

Intelijen Sesuai Permintaan?

Lintasan keempat adalah yang menggarisbawahi keseluruhan proyek: etika penggunaan otak mini untuk biokomputasi.

Karena organoid otak semakin menyerupai otak—sedemikian rupa sehingga bisa mengintegrasikan dan memulihkan sebagian sistem visual hewan pengerat yang terluka—para ilmuwan bertanya apakah mereka dapat memperoleh semacam kesadaran.

Untuk lebih jelasnya, tidak ada bukti bahwa otak mini sadar. Tetapi “kekhawatiran ini akan meningkat selama pengembangan kecerdasan organoid, karena organoid menjadi lebih kompleks secara struktural, menerima input, menghasilkan output, dan—setidaknya secara teoritis—memproses informasi tentang lingkungan mereka dan membangun memori primitif,” kata para penulis. Namun, tujuan kecerdasan organoid bukanlah untuk menciptakan kembali kesadaran manusia—melainkan, untuk meniru fungsi komputasi otak.

Prosesor mini-otak bukanlah satu-satunya masalah etika. Lainnya adalah donasi sel. Karena otak mini mempertahankan susunan genetik donornya, ada kemungkinan bias seleksi dan keterbatasan keragaman saraf.

Lalu ada masalah informed consent. Seperti yang ditunjukkan sejarah dengan garis sel kanker terkenal sel HeLa, donasi sel dapat memiliki dampak multi-generasi. "Apa yang ditunjukkan organoid tentang donor sel?" tanya penulis. Akankah peneliti memiliki kewajiban untuk memberi tahu donor jika mereka menemukan gangguan neurologis selama penelitian?

Untuk menavigasi "wilayah yang benar-benar belum dipetakan", tim mengusulkan pendekatan etika tertanam. Di setiap langkah, ahli bioetika akan berkolaborasi dengan tim peneliti untuk memetakan potensi masalah secara iteratif sambil mengumpulkan opini publik. Strateginya mirip dengan topik kontroversial lainnya, seperti pengeditan genetik pada manusia.

Komputer bertenaga otak mini masih bertahun-tahun lagi. “Diperlukan waktu puluhan tahun sebelum kita mencapai tujuan yang sebanding dengan jenis komputer apa pun,” kata Hartung. Namun inilah waktunya untuk memulai—meluncurkan program, mengkonsolidasikan berbagai teknologi lintas bidang, dan terlibat dalam diskusi etis.

“Pada akhirnya, kami bertujuan menuju revolusi dalam komputasi biologis yang dapat mengatasi banyak keterbatasan komputasi berbasis silikon dan AI serta memiliki implikasi yang signifikan di seluruh dunia,” kata tim tersebut.

Gambar Kredit: Jesse Plotkin/Universitas Johns Hopkins

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://singularityhub.com/2023/03/07/biocomputing-with-mini-brains-as-processors-could-be-more-powerful-than-ai/