Onderzoekers tonen 'biocomputer' van synthetisch hersenweefsel en elektronica

Onderzoekers hebben een 'hybride biocomputer' gemaakt, die in een laboratorium gekweekt hersenweefsel combineert met traditionele elektronische schakelingen. De biocomputer kan taken als stemherkenning uitvoeren.

De onderzoekers geven het systeem, dat deze week werd gepresenteerd in Nature Electronics, de naam Brainoware, zo staat in een samenvatting van Nature beschreven. De biocomputer is gebaseerd op 'hersenorganoïden'. Dat zijn bundels weefsel nabootsende menselijke cellen die worden gemaakt van stamcellen. Deze worden in onderzoek gebruikt om organen mee na te maken. In dit geval werden ze gebruikt om neuronen te maken, die vergelijkbaar zijn met de neuronen in het menselijk brein.

Brainoware kon volgens de onderzoekers stemgeluiden identificeren met een nauwkeurigheid van 78 procent. Daarvoor trainden de onderzoekers een model met 240 opnames van acht verschillende sprekers. Het hersenweefsel reageerde anders op de verschillende stemgeluiden. Op basis van die reacties kon de spreker geïdentificeerd worden.

Om de biocomputer te maken, plaatsten de onderzoekers een organoïde op een plaat met 'duizenden elektroden', waarmee deze verbonden kon worden met elektrische schakelingen, zo schrijft Nature. Vervolgens werd de ingevoerde informatie, in dit geval de stemopnames, vanuit de schakelingen omgezet tot een patroon van elektrische pulsen. Die worden op hun beurt doorgegeven aan de organoïde. De reactie van het weefsel wordt vervolgens opgepikt door een sensor en ontcijferd met behulp van een machinelearningalgoritme.

Brainoware betreft vooralsnog vooral een proof of concept, hoewel de techniek op termijn mogelijk volledig biologische computers mogelijk kan maken. De techniek kan mogelijk geïntegreerd worden in AI-systemen, of gebruikt worden voor verbeterde hersenmodellen voor neurowetenschappelijk onderzoek, zo stellen de onderzoekers. Het kan mogelijk gebruikt worden om hersenaandoeningen als Alzheimer te bestuderen, of de effectiviteit en toxiciteit van behandelingen te testen. "Dat is waar het veelbelovend is; deze systemen gebruiken om op een dag hopelijk diermodellen van de hersenen te vervangen", vertelt onderzoeker Arti Ahluwalia van de Universiteit van Pisa aan Nature.

De onderzoekers noemen verschillende uitdagingen voor de toekomst, waaronder het in leven houden van de organoïden. De cellen moeten groeien in een incubator, wat een grotere uitdaging kan worden naarmate de gebruikte organoïden groter worden. De onderzoekers willen nog leren hoe hersenorganoïden zich aanpassen aan complexere taken, en ze verder ontwikkelen voor meer stabiliteit en betrouwbaarheid.

Een illustratie van hersenorganoïden. Bron: Roger Harris / Science Photo Library / Getty Images

Reacties (60)

[FragFrog]

Het concept is op zich niets nieuws: dat werd in 2008 al gedaan om een robot te besturen met gekweekte hersencellen. De electrische signalen van de neuronen worden uitgelezen met een in vitro Multielectrode Array, die ook de electrische impulsen levert om neuronen aan te sturen. Het idee om die arrays te gebruiken voor 3D brain organoids is tegenwoordig wel bekend, en de organoids die in deze studie gebruikt werden zijn verder niet heel speciaal.

Wat "nieuw" is hier, is het toepassen van deze bestaande technieken om een systeem te ontwikkelen dat deze organoids integreert met een kunstmatige intelligentie, waarmee het kan leren, en dat ook weer dingen kan vergeten. Een soort hybride computer dus. Interessant vanuit een electrotechniek standpunt, maar vanuit neurowetenschappen gezien niet erg boeiend.

De onderzoekers hebben het wel over practische toepassingen, maar organoids in leven houden is domweg erg lastig, en ik zie dat niet in de nabije toekomst veranderen. Het probleem is dat deze organoids maar zo groot kunnen worden voordat de cellen aan de binnenkant geen verse voedingsstoffen en zuurstof krijgen, en het blijft vooralsnog lastig om een bloedvatenstelsel te groeien. Dit artikel geeft een goed overzicht van de huidige stand van zaken.

[Reactie gewijzigd door FragFrog op 23 juli 2024 10:41]

[honey]

Erg mooie innovatie. We gaan het helaas niet meer meemaken, maar 'robots' zoals getoont in Westworld (serie) zie ik niet als onrealitisch.

[pim]

Niet zo pessimistisch. Het is onvoorstelbaar waar de wetenschap kan zijn in 5 jaar vanaf nu, laat staan in 50 jaar.

[Splorky]

Een hele lange tijd al een video gezien dat er gekweekte hersensellen van een muis werden gebruikt om een flight simulator te bedienen.

Met een gesimuleerde storm omstandigheden kon de muis het vliegthuig aardig recht houden

heb er geen link van helaas, maar was ook al ruim meer dan 10 jaar geleden voorbij gekomen.

[roelboel]

Ben benieuwd naar de ethiek. Wat is het verschil tussen hersencellen in een plastic bakje met elektrodes erin en hersencellen in een bakje van bot (schedel) met zenuwen?

[FragFrog]

Complexiteit.

Onze hersenen hebben connecties tussen zo ongeveer elk gebied met elk ander gebied. Zonder die verbindingen doen je hersenen nagenoeg niks. Er hoeft maar iets te gebeuren in de balans van activiteit, en het hele kaartenhuis stort in: dat zien we gelijk als we mensen onder verdoving brengen. Een klein beetje meer inhibitie, een klein beetje minder activiteit, en we gaan van helder nadenkende breinen naar incoherend hallucinerende hopen hersenweefsel.

Dit is een hot topic in het veld van 3D brain organoids: hoe kunnen we die complex genoeg maken, zodat ze bruikbaar zijn om bijvoorbeeld medicijnen op te testen? Wetenschappers proberen nu meer diverse cellen te produceren, bijvoorbeeld door ook glia tussen de neuronen te laten groeien. Anderen gebruiken speciale substraten om ze groter te laten worden. Maar op dit moment zijn dergelijke organoids nog enorm simplistisch. Je vindt complexere activiteit in het brein van een vlieg, dan in dergelijke organoids.

De grote vraag op dit moment is wel hoeveel complexiteit er nodig is voor bewustzijn. Wetenschappers zijn er nog niet over uit, maar voor de nabije toekomst zijn we nog dermate ver daar vandaan dat ethiek niet echt een dringend probleem is.

[roelboel]

Tweakers verbiedt om voor mij onbegrijpelijke redenen het modereren van reacties op eigen reacties, dus dan maar mijn waardering tonen op deze manier: Dank je. Goede reactie.

[koelpasta]

De grote vraag op dit moment is wel hoeveel complexiteit er nodig is voor bewustzijn.

Het lijkt me niet dat bewustzijn enkel vanwege complexiteit tot stand komt. Er zijn ook specifieke structuren en paden voor nodig.

[epoman]

Los van een soort algemene bewondering voor ons 'technisch kunnen' geeft het ethische aspect van dit soort ontwikkelingen me ook vaak een ongemakkelijk gevoel.
Verwacht dat het in de hoek van (definities van) bewustzijn gaat vallen, maar dat raakt nu en straks ook weer hele andere onderwerpen.

[CivLord]

Bewustzijn zal de grens zijn tussen behandelen als menselijke proefpersonen en proefdieren. De mogelijkheid om te kunnen lijden zal de grens zijn tussen behandelen als proefdieren en elektronica.

[Mortum]

https://www.youtube.com/watch?v=V2YDApNRK3g

The Tought Emporium is hier op Youtube ook al tijden mee bezig, hij best geinig om te zien hoe dat in zijn werk gaat.

[lololig]

De output wordt verwerkt met machine learning technieken. Hoe weet je dan of die cellen echt iets verwerken of dat ze alleen het signaal vervormen? Je kunt de input nl ook direct op de output aansluiten zodat de machine learning dat direct interpreteert.

[bewerkers]

Ik kan niet terugvinden wat de oorsprong is van deze menselijke stamcellen. Zijn hier volwassen cellen of feutale cellen voor gebruikt? Dit heeft ethische impact. Zeker als dit ooit massageproduceerd gaat worden.

[livePulse]

Waar zit de "ethische impact" aan "een paar (stam)cellen"? Bang dat ze gaan huilen?

[bewerkers]

Of een mensenleven is gedood om die cellen te vergaren. Dat is het verschil.

[livePulse]

Nou, je mag me naïef noemen maar "cellen" noem ik geen mensenleven. Ik begrijp je hoor, zeker wel maar ik vind dat het ethische vraagstuk vaak overtrokken is/wordt. En wie weet worden er stamcellen uit een levend persoon gehaald hè. Er hoeft niet voor worden gedood. Dus zonder die info kunnen we gissen wat we willen.

[bewerkers]

Ik beweer ook niet dat een paar stamcellen een levend wezen uitmaken. De cellen zijn het probleem niet. Ik vraag mij alleen af wat de vergaringmethode is.

[CivLord]

Ik denk dat je hiermee bedoelt dat de cellen afkomstig kunnen zijn van een geaborteerde feutus.

Enkel in horrorfilms worden feutussen geaborteerd om specifiek stamcellen te vergaren voor experimenten. In de echte wereld worden hooguit feutussen gebruikt die om medische of persoonlijke redenen van de ouder(s) zijn geaborteerd.

Het gebruik van dergelijke stamcellen is ongetwijfeld een ethisch vraagstuk, maar er is geen mensenleven gedood om deze cellen te kunnen vergaren. (Nog los van de vraag wanneer je in het traject tussen bevruchting en geboorte van een mensenleven kan spreken.)


Ik denk dat in dit geval het een betere vraag is waarom voor menselijke stamcellen is gekozen. Waarom zouden deze beter zijn voor dit doel dan stamcellen van andere dieren?

[fdh]

verplichte referentie naar De Lift:

#IkMaakDeRegelsNiet

[epoman]

En eXistenZ mag ook op de lijst.

[Backpackpaul]

eXistenZ was eigenlijk niet veel meer dan een geavanceerde VR helm dat je op je hoofd aansloot.

[epoman]

Een biologische computer die via een soort navelstreng op een 'bioport' in je ruggenmerg ging, toch?

[fdh]

<spoiler>

Dat was het in het spel zelf
In werkelijkheid ging het inderdaad over een VR helm

</spoiler>

zalige film trouwens

[Backpackpaul]

Precies dat inderdaad.

[Bas_f]

Eerste waar ik ook aan dacht inderdaad. Maar verder wel supertof dat dit werkend is gemaakt. Die hele hype omtrend AI geloof ik wel, maar als dit een beetje doorzet en zelfbewust wordt, dan wordt het pas echt spannend.

[Jehannes Z]

robobrains?

[Ka1tox]

Binnenkort zoals de film "I, Robot", zal niet meer lang duren jongens. x)

[Mopgaserop!]

Eerder een herhaling van de film "de lift" soortgelijke situatie.

[Ka1tox]

A lift begins displaying some erratic behavior, like trapping some party goers and nearly suffocating them, and decapitating a security guard. Felix, the technician from the lift company, can't find anything wrong with the circuitry. When he and a nosy reporter begin asking questions of the lift company's electronics partner (Rising Sun Electronics) his boss puts him on a leave of absence. A subsequent visit to a professor leads them to believe that some evil experiments are being conducted with MICROCHIPS.

Dus in het kort- geen lift meer instappen x)

[mbbs1024]

Die film was ook het eerste dat door mijn hoofd ging als ik de titel van dit artikel las.

[Hugo32]

De AI heeft al humor bestgeavanceerd...

En dan niet de 14 jarige nazi humor meer ofzo!!!

[sircampalot]

Wacht maar: binnenkort willen de hybride biocomputers een CAO.

[MR_VIPER]

Ik moest meteen aan de serie Eureka denken. Specifiek S3 E14:

https://fandomania.com/tv-review-eureka-314-ship-happens/