Onderzoekers hebben in een laboratorium minihersentjes gekweekt die eenvoudige rekentaken kunnen uitvoeren. Nu is de vraag: hoever moet je met deze organoïdentechniek willen gaan?
In een lab zijn klontjes menselijke hersencellen gekweekt in een petrischaaltje en vervolgens gekoppeld aan computers om er wiskundige vergelijkingen mee op te lossen. Dit onderzoek met hersenorganoïden, zoals de breinklontjes officieel heten, is een eerste stap in de richting van het gebruik van levend hersenweefsel als een vorm van kunstmatige intelligentie (AI). Dit zal velen wat eigenaardig in de oren klinken, en de onderzoekers merken zelf dan ook al op dat dit werk in de toekomst ethische vragen zou kunnen oproepen.
In een voorpublicatie, die nog getoetst moet worden door collega-wetenschappers, zeggen Feng Guo, universitair docent Intelligent Systems Engineering aan de Indiana-universiteit Bloomington in de Verenigde Staten, en zijn collega’s dat ze ‘levende AI-hardware hebben gemaakt die de rekenkracht van driedimensionale biologische neurale netwerken in een hersenorganoïde benut.’ In het artikel staat dat Brainoware, zoals de onderzoekers hun vinding noemen, kan leren van trainingsgegevens en dat experimenten aantonen dat je er in de ‘echte’ wereld daadwerkelijk nuttige dingen mee kunt doen.
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Hénon-afbeelding
Kunstmatige intelligentie die gebaseerd is op computertechnologie wordt steeds beter, maar daarvoor zijn steeds grotere en energie-intensievere systemen nodig en steeds grotere datasets om de systemen mee te trainen. Het AlphaGo-systeem, bijvoorbeeld, dat voor het eerst mensen versloeg in het spel Go, werd getraind met 160.000 spellen, meer dan een mens in zijn leven zou kunnen spelen.
Mensen hoeven veel minder spelletjes te spelen om ergens goed in te worden. En ons brein gebruikt met zo’n 20 watt ook veel minder vermogen. Daarom denken sommige onderzoekers dat biocomputing, waarbij levende hersencellen als AI’s worden gebruikt, de weg vooruit is.
In 2021 lieten Brett Kagan van Cortical Labs in Australië en zijn collega’s zien dat ze plakjes menselijke en muizenhersencellen hadden getraind om het computerspel Pong te spelen. De DishBrains, zoals het team ze noemde, leerden veel sneller dan conventionele AI’s.
Guo’s team gebruikte geen plakjes, maar driedimensionale structuren: hersenorganoïden. Als stamcellen onder de juiste omstandigheden worden gekweekt, vormen ze spontaan hersenorganoïden, die niet groter worden dan een paar millimeter omdat ze geen bloedvaten hebben.
Deze menselijke hersenorganoïden gebruikten de onderzoekers om een wiskundige vergelijking op te lossen, een zogeheten Hénon-afbeelding. Rekenen aan die vergelijking is erg ingewikkeld, omdat die zich nogal ‘chaotisch’ gedraagt. Volgens het artikel presteerde Brainoware beter dan conventionele AI’s zonder een zogeheten lang-kortetermijngeheugen, maar was Brainoware minder nauwkeurig dan AI’s die daar wél over beschikken.
Onduidelijke feedback
Volgens fysicus Martin Lellep van de Universiteit van Edinburgh in het Verenigd Koninkrijk, die conventionele AI heeft gebruikt om aan Hénon-afbeeldingen te rekenen, is de aanpak van Guo’s team weliswaar interessant, maar zijn praktische toepassingen nog ver weg. ‘De rekenresultaten zijn niet ongelooflijk indrukwekkend’, zegt hij. En hoewel in de wetenschappelijke voorpublicatie over het onderzoek staat dat Brainoware gedurende het rekenwerk almaar bijleerde, is het volgens hem niet duidelijk waar de daarvoor benodigde feedback dan vandaan kwam.
Kagan is wat positiever gestemd. ‘Hoewel hun voorpublicatie meer details behoeft, is het een spannend idee om te onderzoeken’, zegt hij. ‘Organoïden zijn een interessante volgende stap in het gebruik van biologische neuronen voor informatieverwerking. Wij hebben daar de afgelopen vijftien maanden ook onderzoek naar gedaan, en daaruit blijkt dat ze veel interessante patronen van activiteit kunnen laten zien.’
Ethische grens
Hersenorganoïden zijn erg klein en ongeorganiseerd in vergelijking met echte hersenen. Bovendien is hun rekencapaciteit vrij rudimentair, zegt ontwikkelingsbioloog Madeline Lancaster van het MRC Laboratory of Molecular Biology in het VK. ‘Ik denk dat het wat vergezocht is om hersenorganoïden te vergelijken met de huidige AI.’
Onderzoekers proberen geavanceerdere organoïden te maken, bijvoorbeeld door een soort bloedsomloop te creëren waardoor ze groter kunnen worden. ‘We willen absoluut vermijden dat daarbij een ethische grens overschreden wordt. De wetenschappelijke en ethische gemeenschap is op dit moment gezamenlijk bezig om te bepalen waar die grens moet komen te liggen, voordat we hem daadwerkelijk bereiken’, zegt Lancaster.
‘Waarschijnlijk zijn we nu nog vele jaren verwijderd van echte ethische grenzen, maar we willen de discussie voeren wanneer er nog geen sprake is van belangenverstrengeling’, zegt toxicoloog Thomas Hartung van de Johns Hopkins-universiteit in de VS, wiens team Kagan voorziet van hersenorganoïden met een beter langetermijngeheugen.
