Welkom bij de onderzoeks- en strategiediensten in het snelle tempo van vandaag.
Organoïden zijn momenteel een van de snelst evoluerende domeinen van de wetenschap. Ze worden ook op veel verschillende, maar even fascinerende manieren ontwikkeld. Hier bespreken we drie belangrijke nieuwe wegen die beloven hun macht enorm te vergroten, te concurreren met machine-intelligentie en mogelijk geheimen te ontsluiten voor het voorkomen van neurodegeneratieve ziekten.
Organoïden (of assemblages ) zijn functionerende clusters van neuronen die in vitro zijn gekweekt, meestal uit stamcellen op de huid. Deze relatief complexe levende hersenformaties, die dierlijk of menselijk kunnen zijn, worden gebruikt om neurale mechanica in het laboratorium te bestuderen, buiten het echte brein.
Tot minachting van neurowetenschappers worden ze in de media vaak ‘mini-hersenen’ of ‘hersenen in een schaaltje’ genoemd, wat niet juist is, aangezien ze doorgaans extreem klein zijn en hun complexiteit veel eenvoudiger is dan die van het menselijk brein.
Dat gezegd hebbende, en zoals we hier zullen bespreken, worden er verschillende methoden ontwikkeld om de omvang en functionele complexiteit ervan aanzienlijk te vergroten.
Voor het eerst in de geschiedenis verwerven dieren mogelijk bepaalde aspecten van menselijke intelligentie via integratieve hersentransplantaties.
De onderzoekswaarde van organoïden wordt vrij beperkt door de omvang en complexiteit waarin ze kunnen uitgroeien. Om dit probleem op te lossen, heeft een nieuwe aanpak, gepubliceerd in Nature , organoïden van de menselijke cortex getransplanteerd in levende rattenhersenen (weergegeven in de afbeelding hierboven).
Zes maanden na de integratie bereikten de menselijke neuronen een nieuwe rijping, waarbij ze zes keer zo groot werden als wat in vitro mogelijk was. Hun activiteit emuleerde beter enkele van de meer geavanceerde gedragingen die in menselijke hersenen worden waargenomen.
In een vervolgexperiment stimuleerden de onderzoekers specifiek de genetisch veranderde menselijke neuronen met behulp van optogenetica, en konden ze met succes beïnvloeden hoe vaak de ratten een beloning zochten. Dat wil zeggen, het controleren van menselijke hersencellen in de hersenen van een rat, om het gedrag van de rat te controleren.
Deze aanpak opent de mogelijkheid om complexe menselijke hersensystemen te laten groeien uit stamcellen met beperkte technologische middelen. Hoewel fascinerend, kan dit nieuwe domein van biologisch onderzoek, en zelfs de biologie zelf, beladen zijn met ethische complicaties, zelfs met betrekking tot de manier waarop een dergelijk hybride organisme moet worden geclassificeerd.
Studie: Rijping en circuitintegratie van getransplanteerde menselijke corticale organoïden , Omer Revah et al.Stu
Deze video is meer dan op het eerste gezicht lijkt: het is feitelijk de eerste succesvolle hybridisatie van biologische neuronen en siliciumchips die een gesimuleerd spel leren spelen.
Vergeleken met het synthetiseren van organoïden in verschillende biologische hersenen, gaat dit onderzoek een totaal nieuwe, maar even verbijsterende richting in, door rechtstreeks een mix van mens- en knaagdierorganoïden te synthetiseren met computers. Het doel, ook wel 'synthetische biologische intelligentie' (SBI) genoemd, is om deze ooit uiteenlopende vormen van intelligentie synergetisch samen te voegen.
In het bijzonder probeerden onderzoekers de kracht van derde-orde-complexiteit te benutten die in organoïden wordt aangetroffen, wat nooit haalbaar is geweest in traditioneel computergebruik. En bovendien om de formele definitie van gevoel in neurale culturen te bereiken, waardoor sensorisch feedbackleren effectief wordt gedemonstreerd.
In deze studie werden de in vitro organoïden geïntegreerd met 'in silico' computing via een multi-elektrode-array met hoge dichtheid. Met behulp van gestructureerde feedback met gesloten lus door middel van elektrofysiologische stimulatie werd het experiment genaamd 'BrainDish' ingebed in een simulatie van het iconische computerspel Pong.
Het vermogen van neuronen in assemblages om adaptief te reageren op externe stimuli is de basis voor al het leren van dieren. Hoewel dit eerste experiment een zeer basale simulatie is, heeft het intelligent en bewust gedrag aangetoond in een gesimuleerde spelwereld door middel van doelgericht gedrag.
Deze aanpak biedt een veelbelovende nieuwe onderzoeksweg om theorieën te ondersteunen of uit te dagen die verklaren hoe de hersenen omgaan met de wereld, en om intelligentie in het algemeen te bestuderen. Het kan ook een wondermiddel zijn voor het overwinnen van de belangrijkste uitdagingen waarmee de evolutie van machine-intelligentie voorbij menselijke niveaus wordt geconfronteerd, aangezien neuronen verschillende leerkenmerken hebben die we nog niet in computers hebben nagebootst.
Studie: In vitro neuronen leren en vertonen gevoel wanneer ze worden belichaamd in een gesimuleerde spelwereld , Brett J. Kagan et al.
Onze eerste twee voorbeelden nemen organoïden mee op andere evolutionaire paden dan wat neurowetenschappers oorspronkelijk voor ogen hadden. Maar zelfs het traditionele domein van de organoïdewetenschap staat nog vrijwel in de kinderschoenen, en dit zal snel veranderen.
Er zijn veel veelbelovende methoden in opkomst om de schaal, complexiteit en functionele specialisatie ervan te vergroten, terwijl ze toch hun praktische toegang binnen een laboratoriumschaal behouden. Als zodanig zijn hersenorganoïden momenteel een van de meest opwindende onderzoeksdomeinen op het gebied van biocomputing.
Hoewel ‘organoïde intelligentie’ (OI) onder de radar van de traditionele benaderingen van machine-intelligentie blijft, komt hij naar voren als een potentiële kandidaat voor de snelste route naar de heilige graal van kunstmatige algemene intelligentie (AGI).
Een consortium van meer dan twintig wetenschappelijke leiders in de ruimte heeft onlangs een uitgebreid baanbrekend artikel over het bevorderen van de wetenschap van organoïden.
Hier zijn zes belangrijke beweringen die zij doen.
1. Biologisch computergebruik (of biocomputing) zou sneller, efficiënter en krachtiger kunnen zijn dan op silicium gebaseerd computergebruik en AI, en zou slechts een fractie van de energie vereisen.
2. 'Organoïde intelligentie' (OI) beschrijft een opkomend multidisciplinair veld dat zich bezighoudt met de ontwikkeling van biologische computers met behulp van 3D-culturen van menselijke hersencellen (hersenorganoïden) en hersen-machine-interfacetechnologieën.
3. OI vereist het opschalen van de huidige hersenorganoïden tot complexe, duurzame 3D-structuren verrijkt met cellen en genen die verband houden met leren, en deze verbinden met invoer- en uitvoerapparaten van de volgende generatie en AI/machine learning-systemen.
4. OI vereist nieuwe modellen, algoritmen en interfacetechnologieën om te communiceren met hersenorganoïden, om te begrijpen hoe ze leren en berekenen, en om de enorme hoeveelheden gegevens die ze zullen genereren te verwerken en op te slaan.
5. OI-onderzoek zou ook ons begrip van de ontwikkeling, het leren en het geheugen van de hersenen kunnen verbeteren, waardoor mogelijk behandelingen voor neurologische aandoeningen zoals dementie kunnen worden gevonden.
6. Ervoor zorgen dat OI zich op een ethisch en sociaal responsieve manier ontwikkelt, vereist een 'ingebedde ethiek'-benadering waarbij interdisciplinaire en representatieve teams van ethici, onderzoekers en leden van het publiek ethische kwesties identificeren, bespreken en analyseren en deze terugkoppelen om toekomstig onderzoek te informeren en werk.
In een notendop hopen deze onderzoekers monsters van menselijk weefsel te gebruiken om steeds krachtigere verzamelingen hersencellen te laten groeien en manipuleren, die ze zouden kunnen gebruiken in plaats van standaard silicium computerchips.
Deze celclusters zullen veel groter zijn en in drie dimensies groeien, waardoor de neuronen daarin aanzienlijk meer verbindingen kunnen creëren.
Het is een technologie die veel wetenschappelijke disciplines vereist om van de grond te komen. Terwijl sommige onderzoekers werken aan het kweken van organoïden tot een grootte van 10 miljoen cellen, wat volgens wetenschappers nodig is om ergens in de buurt van een menselijk brein te kunnen functioneren, ontwikkelen anderen technologie waarmee we kunnen communiceren met een klompje cellen en laat die klomp terugcommuniceren.
Een belangrijke stap in deze tweerichtingscommunicatie werd onlangs gezet door de ontwikkeling van een soort EEG-kapje voor organoïden, waarbij gebruik wordt gemaakt van een flexibel omhulsel dat dicht is bedekt met kleine elektroden die zowel signalen van de organoïde kunnen oppikken als signalen ernaar kunnen verzenden.
Maar alleen het bouwen van een zeer krachtige computer is niet het enige waar deze onderzoekers naar streven. Ze hopen deze OI-computers ook te gebruiken om neurologische aandoeningen te analyseren en patiënten te helpen.
Vooraanstaand organoïdenonderzoeker Thomas Hartung vatte samen: “We zouden bijvoorbeeld de geheugenvorming in organoïden afkomstig van gezonde mensen en van Alzheimerpatiënten kunnen vergelijken, en proberen relatieve tekorten te herstellen. Ook kunnen we met OI testen of bepaalde stoffen, zoals pesticiden, geheugen- of leerproblemen veroorzaken.”
Ze zouden het lijden en de ziekten van de mens kunnen verlichten door de behandelingen die ze helpen ontwikkelen, en zouden de levens kunnen sparen van duizenden dieren die momenteel worden opgeofferd voor onderzoek op mensen.
Studie: Organoïde intelligentie (OI): de nieuwe grens in biocomputing en intelligentie-in-een-schotel , L Smirnova, et. al.
In april 2021 publiceerden de Amerikaanse National Academies of Sciences, Engineering en Medicine een rapport waarin stond dat, hoewel mini-hersenen momenteel niet substantieel zijn qua omvang, complexiteit en volwassenheid, niemand kan garanderen dat ze, naarmate deze toenemen, niet een of andere soort zullen ontwikkelen. van het menselijk bewustzijn.
Als dit het geval wordt, zou de toenemende verfijning van organoïden een ethisch wormenblik kunnen worden, wat hun verdere ontwikkeling zou belemmeren. Dit zou echter ook de eerste echte ontmoeting van niet-menselijk en toch mensachtig bewustzijn , wat op zichzelf een mijlpaal zou zijn.
Welkom bij de onderzoeks- en strategiediensten in het snelle tempo van vandaag.
Hier zijn enkele fascinerende neurowetenschappelijke bevindingen over het menselijk brein die u misschien nog niet kent.
Een diversiteit aan NeuroTracker-onderzoeksbenaderingen heeft geleid tot een aantal fascinerende inzichten over hoe de hersenen de menselijke prestaties en welzijn beïnvloeden
Krijg een overzicht van de tests die zijn ontworpen om te decoderen hoe uw grijze massa functioneert.
Het #1 meest wetenschappelijk gevalideerde cognitieve trainingssysteem ter wereld. Gebouwd op 20 jaar neurowetenschappelijk onderzoek door toonaangevende autoriteiten in hun vakgebied. Verbeter uw hersenen en prestaties.
