Transcription

Biologiczne procesory są zbudowane z żywych komórek, co jest absolutnie przełomowe. Nikt tego wcześniej nie robił w historii. Hodujemy je na specjalnych płytkach, które umożliwiają im utworzenie struktury trójwymiarowej. Tutaj prawdopodobnie wiele neuronów właśnie ze sobą rozmawia, skoro pojawiła się taka duża fala. To zdecydowanie najbardziej energooszczędna metoda, tak. Różnica jest ogromna, powiedziałbym, że milionowa. Moment, w którym udało nam się zarejestrować aktywność neuronów, to było niesamowite. Najbardziej skomplikowane było po prostu utrzymanie ich przy życiu. A co z kwestiami etycznymi? A partnerem kanału jest JustJoinIT, portal z ofertami pracy w branży IT. Malownicza miejscowość Wewej w Szwajcarii łączy naturalne krajobrazy i tkankę miejską. To tutaj mieści się siedziba jednej z najbardziej wizjonerskich firm biotechnologicznych. FinalSpark to szwajcarski startup biokomputingowy założony w 2014 roku, który jako pierwszy na świecie buduje żywy procesor z żywych neuronów. Czy połączenie mocy obliczeniowej komputerów i wydajności ludzkiego mózgu jest możliwe? Czym właściwie jest ludzki organoid mózgowy? To w zasadzie niewielki fragment tkanki nerwowej złożony z neuronów pochodzących od człowieka. Na czym polega pański projekt ludzkiego mózgu? Jeśli chodzi o tak zwany projekt ludzkiego mózgu, to przede wszystkim jest to projekt informatyczny, co w pewnym sensie było dla nas inspiracją, ale tak naprawdę nie jest to projekt bezpośrednio związany z ludzkim mózgiem. To tutaj powstaje pierwszy ludzki organoid mózgowy w Europie, prawda? Nie, nie do końca. Na całym świecie, także w Europie, wiele osób pracuje już nad ludzkimi organoidami mózgowymi, czyli nie jest to coś zupełnie nowego. To, co w naszej firmie jest wyjątkowe, to to, do czego je wykorzystujemy, gdyż nasze organoidy mózgowe wykorzystujemy do obliczeń. To właśnie jest nasz cel i charakter naszej pracy, który stanowi o oryginalności tego, co tutaj robimy. Dostrzegł pan w nich coś więcej? Cóż, nie wiem czy więcej, ale tak, to prawda. To całkiem oryginalne podejście. Założenie, że ludzkie neurony mogą być wykorzystywane do obliczeń. W jaki sposób zbieracie państwo ludzkie komórki? Kupujemy ludzkie komórki od firm, które specjalizują się w ich produkcji. Są to komórki macierzyste pluripotencjalne, zwykle pochodzące od fibroblastów, czyli komórek skóry, które są przeprogramowywane do stanu pluripotencji. Oznacza to, że mogą one stać się dowolnym typem komórek. Jak uzyskuje się komórki nerwowe przy użyciu, jak pani powiedziała, komórek skóry? Tak, dokładnie. Istnieją metody, które pozwalają nam różnicować komórki skóry, czy przywracać je do stanu pluripotencji, z którego to etapu możemy następnie przekształcić je w neurony, podając im określone molekuły w medium hodowlanym, które powodują, że stają się one neuronami. Zaczynamy od komórek macierzystych pluripotencjalnych, a następnie upewniamy się, że rzeczywiście są pluripotencjalne. Sprawdzamy pewne markery, aby się upewnić, że będą one mogły różnicować się w neurony, astrocyty oraz inne typy komórek mózgowych. Następnie hodujemy je za pomocą specjalnych molekuł, które indukują te komórki, niejako informując je, aby przekształciły się w neurony. Jesteśmy w pomieszczeniu hodowli komórek. To tutaj hodujemy organoidy mózgowe. Znajdują się one w inkubatorze, w którym panują precyzyjne warunki temperatury i stężenia dwutlenku węgla. Wewnątrz tych płytek mamy różne typy organoidów, które hodujemy. Hodujemy je na specjalnych płytkach, które umożliwiają im utworzenie struktury trójwymiarowej. Następnie po kolei podajemy im różne odczynniki lub cząsteczki, które sygnalizują im, aby stały się one określonym typem komórek. Komórki zatem same reorganizują się w struktury przypominające części mózgu. Funkcjonalnie będą przypominały mózg płodu. Niektóre są na wytrząsarce orbitalnej, ponieważ potrząsanie ułatwia składnikom odżywczym i tlenowi wnikanie do wnętrza organoidu. Jak utrzymuje się te organoidy, te neurony przy życiu? Podajemy im specjalny roztwór, tak zwane podłoże hodowlane. To taki różowawy roztwór, zawiera składniki odżywcze i pomaga im przetrwać. Jak w tym systemie utrzymuje się ten organoid przy życiu? Jak widzimy, może nie do końca na tym zdjęciu, ale pod spodem znajduje się system przepływowy. Mamy rurki, które doprowadzają podłoże hodowlane. Jest też pompa, więc podłoże rzeczywiście przepływa pod organoidem. Pompa tak naprawdę obraca się wokół MEA. Na przykład tutaj widać, że ona działa z prędkością około 30 albo 50 mikrolitrów na minutę. Mamy też kontrolowaną atmosferę, aby mieć pewność, że mają wystarczającą ilość tlenu. I temperaturę? I odpowiednią temperaturę w środku. Taką jak w ciele człowieka? Dokładnie, 37 stopni. Tak. Jak długo może Pani utrzymać te komórki przy życiu? Rok, dwa lata, trzy lata? Udało nam się utrzymać je przy życiu przez prawie trzy lata. W jaki sposób możemy połączyć ten organoid z Państwa platformą neuronową? Zasadniczo umieszczamy organoidy na układzie wieloelektrodowym. Po prostu kładziemy organoid bezpośrednio na elektrodach i rejestrujemy ich aktywność. Co to jest tutaj na ekranie? Kiedy wyszukuję w internecie informacji o Final Spark, najczęściej widzę właśnie te zdjęcia. Co to jest? Faktycznie to prawda. Kiedy wejdzie się na naszą stronę, można to zobaczyć na żywo. Te zdjęcia przedstawiają cztery różne MEA. To jest zbliżenie właśnie na tę część. MEA to układ wieloelektrodowy, ponieważ znajduje się tam wiele różnych elektrod. Tutaj, wewnątrz inkubatora, widać pięć układów elektrodowych. Ten, który można zobaczyć na naszej stronie internetowej, to ten przezroczysty, widoczny o tutaj. Ten jeden na dole i te dwa na dole. Widzimy też, że tutaj są kamery. Zazwyczaj wykonujemy zdjęcie co godzinę i to właśnie te zdjęcia można zobaczyć na naszej stronie. Tutaj umieszcza się jeden lub dwa organoidy, więc można rejestrować z ośmiu elektrod. Tutaj, to co pan widzi, mamy coś, co nazywamy membraną z otworem po środku. Nazywamy to konfetti, ale w rzeczywistości to po prostu membrana, która pomaga mi umieścić organoid dokładnie na środku, a dodatkowo pomaga nam ograniczyć szumy w systemie. Dlaczego rozpoczął pan ten projekt? Dlaczego akurat obliczenia? Skąd tak futurystyczna wizja? Przede wszystkim jestem inżynierem, więc zawsze staram się rozwiązywać problemy, wybierając najlepsze rozwiązania. A na początku, gdy zaczynaliśmy pracę nad tym projektem, wie pan, mam doktorat z przetwarzania sygnałów, czyli właściwie z matematyki, nie z neurobiologii, więc przyznam, że nie planowałem wchodzić w zupełnie nową dziedzinę. Ale gdy zakładaliśmy tę firmę, sporo pracowaliśmy ze sztucznymi sieciami neuronowymi. Sztuczne sieci neuronowe to symulacje neuronów. Właśnie tak działa na przykład czat GPT i cała generatywna sztuczna inteligencja. Korzystaliśmy z bardziej zaawansowanych wersji takich sztucznych neuronów i zużywały one tak ogromne ilości energii, że widzieliśmy już, że nie da się ich wyskalować. Symulacja stu neuronów potrafiła zużywać kilka kilowatów mocy. Ludzki mózg potrzebuje zaledwie 20 watów dla 100 miliardów neuronów. W ludzkim mózgu mamy 86 miliardów neuronów. Tak. Wykorzystując jedynie 20 watów. Czyli to właśnie był powód, dlaczego zdecydował się Pan założyć tę firmę? Nie. Głównym powodem były przede wszystkim fundamentalne badania nad sztuczną inteligencją. Kiedy to zdaliśmy sobie sprawę, że najlepszym sposobem na postęp w sztucznej inteligencji było wykorzystanie żywych neuronów. Jaka jest różnica między biologicznym procesorem a klasycznym? Między biologicznym a klasycznym... Biologiczne procesory są zbudowane z żywych komórek, co jest absolutnie przełomowe. Nikt tego wcześniej nie robił w historii. Widziałem Państwa eksperyment z motylem. Na czym on polega? Przez eksperyment z motylem demonstrujemy użytkownikom w przeglądarce, jak można wchodzić bezpośrednio w interakcje w czasie rzeczywistym z organoidami mózgowymi w naszym laboratorium w Szwajcarii. Więc jest to w gruncie rzeczy dość prosta koncepcja. Widzi Pan światełko? Kiedy ta kropka jest niebieska, to oznacza, że wysyłamy stymulację, jak widać tutaj. To wizualna ilustracja, widzimy motyla, który porusza się w trzech wymiarach i możemy kontrolować kierunek jego lotu poprzez interakcję z organoidami mózgowymi. Chodzi o to, że kiedy motyl widzi światło, te duże niebieskie kropki, wtedy wysyłamy stymulację. A jeśli motyl odpowie na stymulację, leci prosto, czyli w stronę światła. Jeśli nie odpowie, porusza się losowo we wszystkich kierunkach. A kiedy on odpowiada, można zauważyć tutaj, że po każdej stymulacji tej dużej linii pojawia się jakaś odpowiedź. Tutaj prawdopodobnie wiele neuronów właśnie ze sobą rozmawia, skoro pojawiła się taka duża fala. Nazywamy ją wybuchem, gdyż prawdopodobnie informację przesyła więcej niż jeden neuron. Ten system jest podłączony do tych organoidów. Tak, czyli to oznacza, że to zadziałało, że nawiązaliśmy komunikację z organoidami, prawda? Tak, dokładnie tak. Tak więc widzimy tu intensywną komunikację między nimi. Na przykład tutaj znowu widać wybuch wielu neuronów. One coś robią, przetwarzają informację. W jaki sposób zmuszają Państwo te neurony do przetwarzania informacji? Za pomocą dopaminy? Tak, sposób w jaki Pan to ujął bardzo do mnie przemawia. Jeśli mówimy o przetwarzaniu informacji i wymuszaniu zachowania, to właśnie o to chodzi. To właśnie nazywamy uczeniem. Wymuszanie określonego zachowania. I to jest dziś główne wyzwanie dla wszystkich badaczy zajmujących się biokomputacją. Pana pytanie trafia więc w sedno. Co do Pana drugiego pytania o dopaminę. Używamy jej, aby nagradzać organoid mózgowy, jeśli wykona on oczekiwane przez nas działanie. Ale istnieją też inne strategie, które stosują inni naukowcy. Czy osiągnęli już Państwo jakieś postępy? Postępy są bardzo powolne, gdyż musimy potwierdzać wyniki eksperymentów. Nawet jeśli coś zadziała raz, to wcale nie znaczy, że naprawdę działa. Jesteśmy bardziej inżynierami niż naukowcami. Poszukujemy czegoś, co działa. Szczerze powiedziawszy, myślę, że chyba najbardziej skomplikowane było po prostu utrzymanie ich przy życiu. Bo na początku umierały po kilku godzinach, więc naprawdę trudno było utrzymać je przy życiu przez tygodnie, co teraz już jest możliwe. A co z kwestiami etycznymi? Wie Pan, przede wszystkim jesteśmy naukowcami. Na pytania o naukę mogę być w stanie odpowiedzieć. I choć na większość naprawdę istotnych pytań nie możemy jeszcze odpowiedzieć, to na niektóre techniczne pytania być może już tak. Natomiast jeśli chodzi o kwestie etyczne, to jest to naprawdę poza zakresem kompetencji Finals Park. I dlatego właśnie zdajemy sobie sprawę, że może to budzić niepokój. To, co zrobiliśmy, to nawiązaliśmy kontakty z uniwersytetami i z ich ludźmi od etyki, ponieważ to oni są ekspertami w tej dziedzinie. To ich codzienna praca. Na przykład w listopadzie zeszłego roku wzięliśmy udział w konferencji poświęconej etyce, aby przybliżyć etykom czym się zajmujemy. Dzięki temu osoby kompetentne w tej dziedzinie mogą rozważać konsekwencje wykorzystywania żywych neuronów do celów obliczeniowych. Dlaczego ludzkie komórki? Dlaczego ludzkie, a nie na przykład zwierzęce? Tak, to bardzo dobre pytanie. Jeśli chodzi o same obliczenia, to prawdopodobnie komórki szczura też mogłyby się dobrze sprawdzić. Problem polega na tym, że kiedy zakłada się startup, nigdy nie wiadomo do jakich rezultatów się dojdzie. Czasem po drodze można odkryć coś, co okaże się bardzo przydatne. A u nas jednym z możliwych odkryć są zastosowania terapeutyczne. I szczerze wolałbym, aby te możliwe odkrycia pomagały bardziej ludziom niż szczurom. Czy pamięta Pan chwilę, która naprawdę Pana zszokowała, pozytywnie Pana zaskoczyła tutaj w Final Spark? Tak, moment, w którym udało nam się zarejestrować aktywność neuronów, to było niesamowite. Kiedy byliśmy w stanie wyjąć komórki z ciekłego azotu i samodzielnie je namnażać. To również było coś fantastycznego. Były takie chwile, kiedy udało nam się zaobserwować reakcję tkanki nerwowej na dopaminę. Widzieliśmy fale, pojawiła się aktywność, która jest typowa dla stymulacji wywołanej przez dopaminę. To był, powiedziałbym, jeden z naszych ważniejszych sukcesów. Ale zawsze trzeba pamiętać, że zaczynaliśmy całkowicie od zera. Czy naprawdę wierzy Pan, że biokomputacja to przyszłość przetwarzania danych, przyszłość całej informatyki? Zdecydowanie. Zwłaszcza przy obliczeniach związanych ze sztuczną inteligencją. Tak jak komputery kwantowe mogą być ograniczone do pewnych typów obliczeń, tak biokomputacja może być używana do określonych obliczeń, a sztuczna inteligencja pasuje tu idealnie, gdyż sama opiera się na symulacjach neuronów. Projekt już przyciągnął dziesiątki uniwersytetów i może całkowicie odmienić sposób, w jakiej rozwijamy sztuczną inteligencję, drastycznie redukując jej ślad węglowy. Cześć. A my, jak wiecie, jesteśmy w Szwajcarii. Stworzyliśmy wyjątkowy materiał, nie tylko dlatego, że to pierwszy materiał na tym kanale o żywym komputerze, ale dlatego, że to pierwszy materiał, na który zabraliśmy młodego człowieka, Wojtka, zwycięzcę konkursu, który organizowaliśmy razem z Just Join IT. Wojtek, czy ty wierzysz w oparciu o to, co widziałeś, że biokomputing to może być przyszłość obliczeń? Tak, głęboko w to wierzę. Przekonała mnie do tego rozmowa, którą przeprowadziliśmy z Fredem, CEO Final Sparku. Najbardziej interesujące dla mnie było to, że Fred, który pracował wcześniej nad sztucznymi sieciami neuronowymi, które symulowali za pomocą komputerów, uznał, że to jest droga donikąd i należy szukać rozwiązania w naturze, właśnie w biokomputingu. I to jest dla mnie niesamowite, że przerzucili się na tę dziedzinę od zera i ją rozwijają. Z takimi sukcesami. Wojtek studiuje kognitywistykę, czyli łączy psychologię i informatykę i ma bardzo szeroki umysł. I takich młodych ludzi chcemy promować, wychodząc z tym, co robimy w świecie cyfrowym, do świata analogowego, zabierając Was na nasze plany. Dlatego zachęcam do tego, żeby nas obserwować i brać udział w konkursach, które organizujemy. Dziękujemy.