"Budujemy coś lepszego niż AI". Polka pracuje przy projekcie żywego komputera

Biokomputery są nazywane "wetware". To termin, który aplikuje komputerową terminologię (jak hardware i software) do elementów organicznych, które mogą zastępować konkretne elementy albo całe urządzenia.

Biokomputery są technologią wciąż na wczesnym etapie rozwoju – wykorzystują sztucznie hodowane neurony do pośredniczenia w impulsach elektronicznych. Pierwszeństwo w tej technologii przypisuje się kalkulatorowi Williama Ditto, który w 1999 roku wykorzytał neurony pijawek.

Obecnie trwają eksperymenty nad użyciem neuronów pochodzących z ludzkich komórek. Uczą się nie gorzej niż te w naszych ciałach, a w porównaniu do tradycyjnej elektroniki, wymagają mało zasobów.

Rozmawiamy z neurobiolożką doktor Eweliną Kurtys, doradczynią strategiczną w szwajcarskiej firmie Final Spark, która dąży do zbudowania organicznych serwerów.

***

Sebastian Luc-Lepianka: Dlaczego w ogóle zajmujecie się biokomputerami? Co jest w nich wyjątkowego?

Dr Ewelina Kurtys: Nasza firma została założona, by zbudować myślącą maszynę. Coś, o czym każdy marzy: Ogólna Sztuczna Inteligencja [AGI, dop red.]. Czyli taka, która zrówna się z nami. Po różnych badaniach nad sztuczną inteligencją założyciele firmy stwierdzili, że korzystanie z technologii cyfrowych jest zbyt drogie.

Prawdziwe żywe neurony, biologiczne, są najbardziej energooszczędne. Przynajmniej według naszej wiedzy.

Więc od początku celem waszej biotechnologii było stworzenie sztucznej inteligencji?

Od samego początku był plan stworzenia czegoś lepszego niż to, co mamy, jeśli chodzi o sztuczną inteligencję.

Organoidy oparte na neuronach plus sztuczna inteligencja – nasuwają się pytania o etykę tego pomysłu.

Dlatego kontaktujemy się również z filozofami i etykami, Nie jesteśmy na tym polu kompetentni. To są pytania o granicę, na przykład, między człowiekiem a technologią. Oczywiście, niektórzy ludzie pytają również, co się stanie, jeśli takie komputery staną się świadome.

Ale to są spekulacje na przyszłość, bo obecnie mamy tylko zlepek zbudowany z około 10 000 neuronów. W innych laboratoriach robi się to w innym celu, np. znalezienia nowych leków. My to robimy, aby móc je programować. Na takim etapie trudno mówić o jakiejkolwiek świadomości.

I jak wam ci filozofowie pomagają?

Nie chcemy ich zatrudniać, żeby nie wpływać na ich wyniki, raczej zachęcamy ich do współpracy. Jedna grupa badawcza, która rozmawiała z nami o technologii w Anglii, planuje teraz rozpocząć projekt naukowy na temat problemów etycznych związanych z biokomputerami, tj. obliczeniami na żywych neuronach.

I na przykład będą zajmować się badaniem: jaka jest społeczna percepcja takiej technologii.

Jak bardzo ta technologia jest żywa?

Możemy powiedzieć, że to te same neurony i komórki, które mamy w naszych mózgach – ludzkie neurony.

Trzymamy je w sztucznych warunkach odpowiadającym tym naturalnym w naszych ciałach.

Czy możemy je w ogóle nazywać "mini-mózgami"?

To dość duże uproszczenie. Takie informacje krążą w mediach społecznościowych, widzieliśmy wiele grafik z takimi określeniami. Ale nasz mózg jest bardzo skomplikowany. Dzisiaj to niemożliwe, by stworzyć sztucznie coś porównywalne do niego. Jest pełen różnych, bardzo małych struktur.

To jakbyśmy brali cegły, ale zamiast domu stawiamy coś innego. Możliwe, że ostateczny układ biokomputera będzie inspirowany mózgiem, ale nie budujemy sztucznego mózgu.

Jak wygląda taka jednostka mózgowo-procesorowa?

Nazywamy je neurosferami albo organoidami. Różnica polega na tym, że organoid ma bardziej wyrafinowaną strukturę. A w tym momencie są to małe, okrągłe kule, o średnicy około pół milimetra i około 10 000 neuronów.

Jak się je hoduje?

To metoda, która została nagrodzona Nagrodą Nobla około 15 lat temu. Dzięki niej możemy uzyskać ze skóry ludzkiej praktycznie wszystkie rodzaje komórek, także neurony.

Powiedzmy, że od strony etycznej te kwestie zostały już rozstrzygnięte. Mamy zgody dawców. I są firmy specjalizujące się w ich hodowli, więc można je zamawiać komercyjnie.

Potem dodajemy różne substancje chemiczne, które stymulują komórki w pożądanym przez nas kierunku. To dość skomplikowane, ale są metody. Dzięki temu możemy uzyskać bardzo dużą liczbę neuronów w łatwy sposób.

Znajdują się one w płynie zapewniającym dopływ substancji odżywczych, a także odpływ metabolitów, czyli różnych substancji, jakie neurony wydzielają za życia. I oczywiście są w inkubatorze. Opracowaliśmy taki system, aby żyły jak najdłużej.

To ile żyją?

Obecnie 3 miesiące na ośmiu elektrodach. To jest bardzo długo.

Zazwyczaj w laboratorium pobiera się różne komórki, przeprowadza eksperymenty i po kilku dniach nie są już potrzebne. Czasami nawet po godzinach.

Jednak na pewno chcemy to rozwinąć. To jest możliwe, bo patrząc na nasze mózgi, widzimy, że neurony mogą żyć nawet 100 lat. Mamy je na całe życie, większość się nie dzieli i są cały czas praktycznie takie same.

Wymaga to tylko bardzo stabilnych warunków, które będą jak najbardziej przypominać te naturalne.

Czyli wymaga… mózgu?

Tak, dokładnie. Ale chodzi bardziej o temperaturę, składniki odzywcze. Śmierć neuronów widzimy na podstawie braku aktywności elektrycznej i wtedy wiemy , że należy je wymienić.

Czym się je karmi i jak często?

Właściwie, to cały czas przez to specjalne medium. To na przykład glukoza, witaminy. Podobnie jak w ciele gdzie dostarcza je krew. Te płyny również można kupić, jest ich wiele rodzajów.

W naszym systemie płyn cały czas delikatnie przepływa przez komórki. Zdarza się, że są trzymane w plastikowych pojemnikach i wtedy medium wymienia się co jakiś czas.

W tej chwili działacie w warunkach laboratoryjnych. A jak wyglądałby gotowy biokomputer?

Wyobrażamy sobie, że będziemy mieć centralne bioserwery do hodowli komórek. Ogromne, nawet po 100 metrów długości.

Chcemy budować jak największe struktury neuronów. I wyobrażamy sobie, że będzie można się z nimi połączyć tak jak dzisiaj z serwerami cyfrowymi.

A ile obecnie mają mocy obliczeniowej? Czy faktycznie są lepsze od klasycznych komputerów?

Na razie trudno o tym mówić. Udało nam się zachować jeden bit informacji w neuronach. Są to fundamentalne badania nad tym, jak neurony przetwarzają informacje.

Nie możemy jeszcze powiedzieć, że potrafią coś liczyć.

Mieliście eksperyment, w którym sterowały wirtualnym motylem.

Sterujemy takim motylem w aplikacji webowej, więc można go otworzyć w wyszukiwarce internetowej. W zależności od aktywności neuronów motyl poleci do celu lub nie, można ustalić tylko, w którą stronę ma lecieć. To jest bardzo prosta demonstracja. Opiera się głównie na tym, czy komórki są aktywne, czy nie.

Neurony jeszcze niczego nie liczą, nie rozpoznają obrazów.

Ale jesteście przekonani, że będą.

Ponieważ mózg może przetwarzać informacje wydajnie. To jest dowód, że jest to możliwe. Uważamy, że to problem techniczny, który trzeba rozwiązać. Po prostu jeszcze nie wiemy, jak to zrobić. Nawet w naszych mózgach nie wiemy, jak na fundamentalnym poziomie neurony kodują informacje i ją przetwarzają.

Przeprowadzaliście jeszcze eksperymenty z trenowaniem ich z pomocą dopaminy.

Przeprowadzamy eksperymenty, wysyłając sygnały elektryczne do neuronów. Ponadto bawimy się również sygnałami chemicznymi. Ponieważ to samo dzieje się w mózgu, w naturze. Neurony przetwarzają informacje dzięki sygnałom elektrycznym i chemicznym.

Dzięki temu również się uczą. Połączenia między neuronami ulegają zmianie. To się nazywa nuroplastyczność.

I chcemy odtworzyć ten naturalny proces w laboratorium. Obecnie mamy system dopaminy i serotoniny. Programami komputerowymi kontrolujemy uwalnianie substancji chemicznych do neuronów i sygnały elektryczne.

Czyli to jest programowanie neuronów, czy nie?

Można powiedzieć, że mamy prototypy biokomputera. Są pewne efekty, ale nie zawsze.

Tak naprawdę używamy tych neuroprzekaźników, aby móc wzmocnić pewne zachowania neuronów, na których nam zależy. Na przykład, robimy takie eksperymenty, że stymulujemy neurony i chcemy, aby zwiększyły swoją aktywność.

A jeśli to zrobią, uwalniamy dopaminę do medium, do płynów, w których się znajdują. A jeśli tego nie zrobią, nie ma dopaminy. I czasami to działa, czasami nie. Zależy nam, aby móc zmienić zachowanie neuronów, kontrolować ich wytwarzanie sygnałów elektrycznych.

Wydaje mi się, że będzie łatwiej, jeśli będą żyć dłużej i uczyć się więcej.

Teraz, na tym etapie, szczerze mówiąc, prawdopodobnie nie ma to znaczenia. Ponieważ nasze eksperymenty bardzo często opierają się na próbach i błędach.

Więc tak naprawdę nie wiemy, jakie sygnały wysyłać do neuronów, jak to zrobić, żeby reagowały w określony sposób. Ale pewnego dnia, jeśli będziemy mogli ich nauczyć, wtedy to prawda, im dłużej będą żyć, tym lepiej.

To brzmi jak wiele wyzwań do pokonania. Jaki jest wasz plan?

Zakładamy, że zajmie nam około 10 lat, zanim będziemy w stanie zbudować bioserwery, o których mówiłem, tj. serwery z dostępną mocą kodowania biologicznego. Naszym największym wyzwaniem technicznym jest nauka in vitro, czyli programowanie neuronów.

Jeśli to się uda, zakładamy, że kolejny rozwój (zaawansowanych algorytmow) zajmie około 2-3 lat. To będzie to ogromna rewolucja również dla medycyny. Ponieważ teoretycznie może również pomóc w kontrolowaniu ludzkiego mózgu.

Potem kolejne 3 lata na skalowanie, czyli budowę ogromnych struktur neuronów. Z tym też będzie sporo wyzwań, np. jak zapewnić im składniki odżywcze.

Cyfrowy komponent jest nadal potrzebny, prawda?

Tak, absolutnie. Przez cały ten czas wszystko jest połączone z komputerami cyfrowymi, oczywiście.

Wierzymy, że przyszłość będzie wyglądać tak hybrydowo. Nowe technologie obliczeniowe nie wyeliminują całkiem tradycyjnych komputerów.

Czy bioprocesory będą faktycznie bardziej opłacalne? Na swojej stronie chwalicie się m.in. zero emisyjnością.

Czas pokaże, oczywiście. Myślę, że ich zaleta jest ogromna, ponieważ neurony są milion razy bardziej energooszczędne. Nawet biorąc pod uwagę koszty eksploatacji laboratorium, nadal możemy dostarczyć moc obliczeniową, która będzie co najmniej 10 razy tańsza. Ta technologia wciąż się rozwija i trudno powiedzieć, jak będzie wyglądała przyszłość.

Są pewne zadania, które lepiej wykonają komputery cyfrowe, ale wierzymy ze wszystko, co dzieje się w sztucznych sieciach neuronowych, lepiej sprawdzi się na żywych neuronach.

Czy mógłby mieć w domu komputer osobisty, który by obliczał z pomocą waszych procesorów biotechnologicznych?

Naszym celem jest komercyjny produkt, ale wydaje się, że serwery mają większy sens. Mamy konkurencję w Australii, Cortical Labs. Oni idą w kierunku zbudowania przenośnych biokomputerów. Kiedy już uda się nam programować neurony, co jest najtrudniejsze, to inne sprawy będą o wiele prostsze.

Cortical Labs oferują swój komputer w sprzedaży. Co o tym myślicie?

Bardzo się z tego cieszymy i kibicujemy Cortical labs, ponieważ biocomputing jest tak nowa dziedzina ze konkurencja jest czyms potrzebnym, bo inaczej mielibysmy obawy ze pomysl jest zbyt szalony.

Jak wygląda ten rynek na świecie?

Mamy tych głównych konkurentów w Australii. Jest też firma w Stanach, która nazywa się Koniku, którzy najpierw chcieli budować biokomputery, a potem skupili się na detekcji substancji chemicznych za pomocą neuronów. Dochodzą do nas jeszcze informacje o innych startupach, chcących zajmować się tematem.

A uniwersytety? Zespół naukowców z Uniwersytetu w Tianjin i Południowego Uniwersytet Nauki i Technologii z Chin sterował neuronami robotem.

Śledzimy takie osiągnięcia, ale jak nam wiadomo, bardzo mało ludzi się tym zajmuje. Współpracujemy z naukowcami z całego świata, też dlatego, że nasze laboratorium jest zdalnie dostępne i mogą z nami robić eksperymenty.

Możecie zdradzić, co planujecie w przyszłości?

Najważniejszym celem na teraz jest nauczanie in vitro, testujemy różne pomysły. Chcemy też rozszerzyć sygnały chemiczne z neurotransmiterów na różne substancje. Myślimy też, aby zwiększyć liczbę elektrod.

Jak wasz projekt wygląda od strony finansowej?

Obecnie jest całkowicie finansowany przez właścicieli. Rozmawiamy z inwestorami na temat przyśpieszenia naszego projektu o 50 milionów euro. Plus mamy współpracę z naukowcami i pierwszych klientów komercyjnych.

Kanadyjski pisarz Peter Watts jest wielkim fanem technologii wetware. W swojej trylogii "Ryfterów" na biokomputery oparte na neuronach wymyślił slangowe określenie "mózgoser". Patrząc na wasze zdjęcia, widzę podobieństwa do mozzarelli. Macie jakieś własne nazwy dla tych kulek?

Szczerze mówiąc, nie. Najczęściej używamy słowa neurosfera, bo organoid jest trochę bardziej wyrafinowany, ma jakąś strukturę. Neurosfera to taki zlepek komórek. Nie mamy skojarzeń z serem. Myślę, że to jest sposób, w jaki patrzą ludzie z zewnątrz. Jeśli się siedzi w laboratorium, to człowiek skupia się np. na rozwiązaniu problemu, a nie na tym jak coś dziwnie wygląda.

Dla nas są normalne, patrzmy na nie codziennie.