Biocomputer: in futuro il nostro cervello sarà integrato a un computer?

Un “biocomputer” alimentato da cellule cerebrali umane potrebbe essere sviluppato entro la fine della nostra generazione? Secondo i ricercatori della Johns Hopkins University la risposta è positiva: una tecnologia che possa espandere esponenzialmente le capacità dell’informatica moderna e crei nuovi campi di studio è infatti molto più vicina di quanto si potesse inizialmente pensare non troppo tempo fa.

In un articolo apparso sull’ultimo numero della rivista Frontiers in Science, Thomas Hartung, professore di scienze della salute ambientale presso la Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health e la Whiting School of Engineering, che ha guidato il lavoro, ha spiegato come “l’informatica e l’intelligenza artificiale hanno guidato la rivoluzione tecnologica, ma stanno raggiungendo un limite. Il biocomputing è un enorme sforzo per compattare la potenza di calcolo e aumentarne l’efficienza per superare i nostri attuali limiti tecnologici”.

Biocomputer, piccoli organoidi coltivati in laboratorio

Per quasi due decenni gli scienziati hanno usato piccoli organoidi, tessuti coltivati in laboratorio che assomigliano a organi completamente cresciuti, per fare esperimenti su reni, polmoni e altri organi senza ricorrere alla sperimentazione umana o animale. Più recentemente, Hartung e i colleghi della Johns Hopkins hanno lavorato con organoidi cerebrali, sfere grandi come un puntino di penna con neuroni e altre caratteristiche che promettono di sostenere funzioni di base come l’apprendimento e la memoria.

“Questo apre la strada alla ricerca sul funzionamento del cervello umano“, ha detto Hartung. “Perché si può iniziare a manipolare il sistema, facendo cose che non si possono eticamente fare con i cervelli umani”.

Hartung ha iniziato a far crescere e ad assemblare le cellule cerebrali in organoidi funzionali nel 2012, utilizzando cellule provenienti da campioni di pelle umana riprogrammati in uno stato simile a quello delle cellule staminali embrionali. Ogni organoide contiene circa 50.000 cellule, circa le dimensioni del sistema nervoso di un moscerino della frutta.

Secondo Hartung, nel prossimo decennio i computer che funzionano con questo “hardware biologico” potrebbero iniziare ad alleviare le richieste di consumo energetico del supercalcolo, che stanno diventando sempre più insostenibili. Anche se i computer elaborano calcoli con numeri e dati più velocemente degli esseri umani, il cervello è molto più intelligente nel prendere decisioni logiche complesse, come distinguere un cane da un gatto.

“Il cervello è ancora inarrivabile per i computer moderni“, ha detto Hartung. “Frontier, l’ultimo supercomputer del Kentucky, è un’installazione da 600 milioni di dollari e 6.800 metri quadrati. Solo nel giugno dello scorso anno ha superato per la prima volta la capacità di calcolo di un singolo cervello umano, ma utilizzando un milione di volte più energia”.

Secondo Hartung, ci vorranno decenni prima che l’intelligenza degli organoidi possa alimentare un sistema intelligente come un topo. Ma aumentando la produzione di organoidi cerebrali e addestrandoli con l’intelligenza artificiale, Hartung prevede un futuro in cui i biocomputer supporteranno velocità di calcolo, potenza di elaborazione, efficienza dei dati e capacità di archiviazione superiori. “Ci vorranno decenni prima di raggiungere l’obiettivo di qualcosa di paragonabile a qualsiasi tipo di computer“, ha detto Hartung. “Ma se non iniziamo a creare programmi di finanziamento per questo, sarà molto più difficile”.

Test per i disturbi del neurosviluppo e la neurodegenerazione

L’intelligenza degli organoidi potrebbe anche rivoluzionare la ricerca sui test farmacologici per i disturbi del neurosviluppo e la neurodegenerazione, ha detto Lena Smirnova, assistente professore di salute e ingegneria ambientale della Johns Hopkins, che coordina le ricerche.

“Vogliamo confrontare gli organoidi cerebrali di donatori con sviluppo normale con quelli di donatori affetti da autismo“, ha detto Smirnova. “Gli strumenti che stiamo sviluppando per l’elaborazione biologica sono gli stessi che ci permetteranno di capire i cambiamenti nelle reti neuronali specifiche per l’autismo, senza dover usare animali o accedere ai pazienti, in modo da poter capire i meccanismi sottostanti al motivo per cui i pazienti hanno questi problemi di cognizione e compromissioni”.

Per valutare le implicazioni etiche del lavoro con l’intelligenza degli organoidi, un consorzio eterogeneo di scienziati, bioeticisti e membri del pubblico è stato inserito nel team.