Các nhà khoa học tiết lộ kế hoạch tạo ra máy tính sinh học sử dụng tế bào não người

Từ lâu, việc phát triển trí tuệ nhân tạo (AI) đã mô phỏng cách xử lý thông tin của bộ não con người. Tuy nhiên, não bộ vẫn vượt trội so với máy móc về nhiều mặt, ví dụ như chúng ta có thể 'chứng minh nhân tính’ bằng các bài kiểm tra hình ảnh bình thường trên mạng. Điều gì sẽ xảy ra nếu thay vì cố gắng làm cho AI hoạt động giống bộ não hơn?

Mặc dù AI có khả năng xử lý ngôn ngữ đáng nể nhưng vẫn còn thua xa so với bộ não con người. Giờ đây, các nhà khoa học đã tiết lộ một bước đi mang tính cách mạng để thúc đẩy khoa học máy tính: trí tuệ hữu cơ (organoid intelligence) – các cơ quan não được phát triển trong phòng thí nghiệm có thể hoạt động như ‘phần cứng sinh học’ của máy tính.
Các nhà khoa học ở nhiều lĩnh vực đang nghiên cứu chế tạo ra các máy tính sinh học mang tính cách mạng trong đó phát triển tế bào não ba chiều, được gọi là các organoid não, đóng vai trò là phần cứng sinh học.
Giáo sư Thomas Hartung của Đại học Johns Hopkins cho biết: ‘Chúng tôi gọi lĩnh vực liên ngành mới này là ‘trí thông minh hữu cơ’ (OI). ‘Các nhà khoa học hàng đầu đã cùng nhau phát triển công nghệ mà chúng tôi tin rằng sẽ khởi động một kỷ nguyên mới của máy tính sinh học nhanh, mạnh và hiệu quả.’

Các organoid não là gì?
Các organoid não là một loại tế bào nuôi cấy được phát triển trong phòng thí nghiệm. Mặc dù các organoid não không phải là ‘bộ não thu nhỏ’, nhưng chúng có đặc điểm chính về chức năng và cấu trúc của não, chẳng hạn như tế bào thần kinh và các tế bào não khác cần thiết cho các chức năng nhận thức như học tập và trí nhớ. Ngoài ra, trong khi hầu hết các tế bào nuôi cấy đều phẳng, thì các organoid có cấu trúc ba chiều. Điều này làm tăng mật độ tế bào của môi trường nuôi cấy lên gấp 1.000 lần, nghĩa là các tế bào thần kinh có thể hình thành nhiều kết nối hơn.
Hartung giải thích: ‘Mặc dù các máy tính – có bộ xử lý bằng silicon chắc chắn xử lý các con số tốt hơn, nhưng bộ não lại học hỏi tốt hơn’. Ví dụ: AlphaGo [AI đã đánh bại kỳ thủ cờ vây số một thế giới năm 2017] đã được đào tạo dựa trên dữ liệu từ 160.000 trò chơi. Một người sẽ phải chơi năm giờ một ngày trong hơn 175 năm thì mới trải nghiệm được các trò chơi này.
Bộ não không chỉ học tập vượt trội mà còn tiết kiệm năng lượng hơn. Ví dụ, lượng năng lượng dành cho việc huấn luyện AlphaGo nhiều hơn mức cần thiết để duy trì hoạt động của một người trưởng thành trong một thập kỷ.
‘Bộ não cũng có khả năng lưu trữ thông tin đáng kinh ngạc, ước tính khoảng 2.500 TB,’ Hartung nói thêm. Trong khi đó các nhà khoa học cũng đang đạt đến giới hạn vật lý của máy tính dựa vào bộ xử lý silicon vì không thể đóng gói nhiều bóng bán dẫn (transistors) hơn vào một con chip nhỏ. Nhưng bộ não được kết nối hoàn toàn khác vì có khoảng 100 tỷ tế bào thần kinh được liên kết thông qua hơn 1015 điểm kết nối. Với công nghệ hiện tại thì đó là một khoảng cách lớn.
Máy tính sử dụng trí tuệ hữu cơ sẽ như thế nào?
Theo Hartung, các organoid não hiện tại cần được nâng cấp. ‘Chúng quá nhỏ, mỗi cái chứa khoảng 50.000 tế bào. Đối với OI, chúng tôi sẽ cần tăng con số này lên 10 triệu,’ ông giải thích.
Song song với đó, các tác giả cũng đang phát triển các công nghệ để ‘giao tiếp’ với các organoid – nghĩa là gửi cho các organoid não thông tin và đọc những gì chúng đang ‘suy nghĩ’.‘Chúng tôi đã phát triển một thiết bị giao diện não-máy tính, là một loại nắp điện não đồ cho các organoid. Đó là một lớp vỏ linh hoạt, phủ các điện cực nhỏ có thể vừa thu tín hiệu từ organoid vừa truyền tín hiệu đến đó’, Hartung cho biết.
Các tác giả hình dung cuối cùng OI sẽ tích hợp một loạt các công cụ ghi âm và kích thích, từ đó điều phối sắp xếp các tương tác trên các mạng của các organoid được kết nối với nhau để thực hiện các tính toán phức tạp hơn.
Trí tuệ hữu cơ có thể giúp ngăn ngừa và điều trị các bệnh về thần kinh
OI mang lại những hứa hẹn đột phá cho cả lĩnh vực máy tính và y học. Nhờ một kỹ thuật đột phá do John Gurdon và Shinya Yamanaka (các nhà khoa học được giải Nobel năm 20112) nghiên cứu phát triển giúp tế bào trưởng thành có thể tái lập trình để trở thành các tế bào đa năng, các organoid não có thể được sản xuất từ các mô trưởng thành. Điều này có nghĩa là các nhà khoa học có thể phát triển các organoid não được từ các mẫu da của bệnh nhân mắc chứng rối loạn thần kinh, ví dụ như bệnh Alzheimer. Sau đó, họ có thể thực hiện nhiều xét nghiệm để đánh giá các yếu tố di truyền, thuốc và độc tố ảnh hưởng đến các tình trạng này như thế nào.
‘Ví dụ, có thể so sánh sự hình thành trí nhớ trong các organoid có nguồn gốc từ những người khỏe mạnh và từ những bệnh nhân Alzheimer, và cố gắng sửa chữa những khiếm khuyết có liên quan. Chúng ta cũng có thể sử dụng OI để kiểm tra xem một số chất, chẳng hạn như thuốc trừ sâu, có ảnh hưởng tới năng lực trí nhớ hoặc học tập hay không.’
Cân nhắc về mặt đạo đức
Việc tạo ra các organoid não người có thể học hỏi, ghi nhớ và tương tác với môi trường của họ đặt ra những câu hỏi đạo đức phức tạp. Ví dụ, chúng có thể phát triển ý thức, ngay cả ở dạng thô sơ không? chúng có thể trải nghiệm đau đớn hay đau khổ? Và những người cho tết bào thì sẽ có những quyền gì liên quan đến các organoid não được tạo ra từ các tế bào của họ?
Nhóm nghiên cứu nhận thức sâu sắc về những vấn đề này. Hartung nói: ‘Một phần quan trọng trong tầm nhìn của chúng tôi là phát triển OI theo cách có đạo đức và trách nhiệm với xã hội. Vì lý do này, chúng tôi đã hợp tác với các nhà đạo đức ngay từ đầu để thiết lập một phương pháp tiếp cận ‘đạo đức bao trùm’. Tất cả các vấn đề đạo đức sẽ được nhóm các nhà khoa học, nhà đạo đức học và công chúng theo dõi liên tục khi nghiên cứu phát triển’.

Bảo Như dịch
Nguồn: https://www.eurekalert.org/news-releases/980084