Des bio-ordinateurs alimentés par des cellules du cerveau humain ?
Malgré les résultats impressionnants de l'IA, sa puissance de calcul n'est rien en comparaison du cerveau humain. Aujourd'hui, des scientifiques dévoilent une voie révolutionnaire
L'intelligence artificielle (IA) s'est longtemps inspirée du cerveau humain. Cette approche s'est avérée très fructueuse : L'IA peut se targuer de réalisations impressionnantes - du diagnostic de maladies à la composition de poèmes. Pourtant, le modèle original continue de surpasser les machines à bien des égards. C'est pourquoi, par exemple, nous pouvons "prouver notre humanité" en effectuant des tests d'images triviaux en ligne. Et si, au lieu d'essayer de rendre l'IA plus proche du cerveau, nous allions directement à la source ?
Image symbolique
Computer-generated image
Image agrandie d'un organoïde cérébral cultivé en laboratoire avec marquage fluorescent de différents types de cellules. (Rose - neurones ; rouge - oligodendrocytes ; vert - astrocytes ; bleu - tous les noyaux cellulaires)
Thomas Hartung, Johns Hopkins University
Infographie : L'intelligence organoïde : La nouvelle frontière de la bio-informatique
Frontiers/John Hopkins University
Des scientifiques de plusieurs disciplines travaillent à la création de bio-ordinateurs révolutionnaires où des cultures tridimensionnelles de cellules cérébrales, appelées organoïdes cérébraux, servent de matériel biologique. Ils décrivent leur feuille de route pour concrétiser cette vision dans la revue Frontiers in Science.
"Nous appelons ce nouveau domaine interdisciplinaire "intelligence organoïde" (IO)", a déclaré le professeur Thomas Hartung de l'université Johns Hopkins. "Une communauté de scientifiques de haut niveau s'est réunie pour développer cette technologie, qui, selon nous, lancera une nouvelle ère de bio-informatique rapide, puissante et efficace."
Que sont les organoïdes cérébraux, et pourquoi feraient-ils de bons ordinateurs ?
Les organoïdes cérébraux sont un type de culture de cellules cultivées en laboratoire. Même si les organoïdes cérébraux ne sont pas des "mini-cerveaux", ils partagent des aspects clés de la fonction et de la structure du cerveau, comme les neurones et d'autres cellules cérébrales essentielles aux fonctions cognitives telles que l'apprentissage et la mémoire. En outre, alors que la plupart des cultures cellulaires sont plates, les organoïdes ont une structure tridimensionnelle. La densité cellulaire de la culture est ainsi multipliée par 1 000, ce qui signifie que les neurones peuvent former beaucoup plus de connexions.
Mais même si les organoïdes cérébraux sont une bonne imitation des cerveaux, pourquoi feraient-ils de bons ordinateurs ? Après tout, les ordinateurs ne sont-ils pas plus intelligents et rapides que les cerveaux ?
"Si les ordinateurs à base de silicium sont certainement meilleurs avec les chiffres, les cerveaux sont meilleurs pour apprendre", a expliqué Hartung."Par exemple, AlphaGo [l'IA qui a battu le numéro un mondial du jeu de Go en 2017] a été entraîné sur les données de 160 000 parties. Une personne devrait jouer cinq heures par jour pendant plus de 175 ans pour connaître ces nombreuses parties."
Les cerveaux ne sont pas seulement des apprenants supérieurs, ils sont aussi plus économes en énergie. Par exemple, la quantité d'énergie dépensée pour entraîner AlphaGo est supérieure à celle nécessaire pour faire vivre un adulte actif pendant une décennie.
"Les cerveaux ont également une capacité étonnante de stockage des informations, estimée à 2 500 To", ajoute Hartung. "Nous atteignons les limites physiques des ordinateurs en silicium, car nous ne pouvons pas mettre plus de transistors dans une puce minuscule. Mais le cerveau est câblé de manière totalement différente. Il compte environ 100 milliards de neurones reliés par plus de 1015 points de connexion. C'est une énorme différence de puissance par rapport à notre technologie actuelle."
À quoi ressembleraient les bio-ordinateurs à intelligence organoïde ?
Selon Hartung, les organoïdes cérébraux actuels doivent être mis à l'échelle pour l'IO. "Ils sont trop petits, chacun contenant environ 50 000 cellules. Pour l'IO, nous devrions porter ce nombre à 10 millions", a-t-il expliqué.
En parallèle, les auteurs développent également des technologies permettant de communiquer avec les organoïdes, c'est-à-dire de leur envoyer des informations et de lire ce qu'ils "pensent". Les auteurs prévoient d'adapter des outils issus de diverses disciplines scientifiques, telles que la bio-ingénierie et l'apprentissage automatique, et de concevoir de nouveaux dispositifs de stimulation et d'enregistrement.
"Nous avons développé un dispositif d'interface cerveau-ordinateur qui est une sorte de casquette EEG pour organoïdes, que nous avons présenté dans un article publié en août dernier. Il s'agit d'une coque flexible fortement recouverte de minuscules électrodes capables de capter les signaux de l'organoïde et de les lui transmettre", a déclaré M. Hartung.
Les auteurs envisagent qu'à terme, l'IO intègre un large éventail d'outils de stimulation et d'enregistrement. Ceux-ci orchestreront les interactions à travers des réseaux d'organoïdes interconnectés qui mettent en œuvre des calculs plus complexes.
L'intelligence des organoïdes pourrait aider à prévenir et à traiter les maladies neurologiques.
La promesse de l'IO va au-delà de l'informatique et s'étend à la médecine. Grâce à une technique révolutionnaire mise au point par les lauréats du prix Nobel John Gurdon et Shinya Yamanaka, des organoïdes cérébraux peuvent être produits à partir de tissus adultes. Cela signifie que les scientifiques peuvent développer des organoïdes cérébraux personnalisés à partir d'échantillons de peau de patients souffrant de troubles neuronaux, tels que la maladie d'Alzheimer. Ils peuvent ensuite effectuer de multiples tests pour étudier l'influence des facteurs génétiques, des médicaments et des toxines sur ces affections.
"Avec l'IO, nous pourrions également étudier les aspects cognitifs des troubles neurologiques", a déclaré Hartung. "Par exemple, nous pourrions comparer la formation de la mémoire dans des organoïdes dérivés de personnes saines et de patients atteints de la maladie d'Alzheimer, et essayer de réparer les déficits relatifs. Nous pourrions également utiliser l'IO pour vérifier si certaines substances, comme les pesticides, provoquent des problèmes de mémoire ou d'apprentissage."
Prise en compte des considérations éthiques
La création d'organoïdes de cerveau humain capables d'apprendre, de se souvenir et d'interagir avec leur environnement soulève des questions éthiques complexes. Par exemple, pourraient-ils développer une conscience, même sous une forme rudimentaire ? Pourraient-ils éprouver de la douleur ou de la souffrance ? Et quels seraient les droits des personnes sur les organoïdes cérébraux fabriqués à partir de leurs cellules ?
Les auteurs ont une conscience aiguë de ces questions. "Un élément clé de notre vision est de développer l'IO d'une manière éthique et socialement responsable", a déclaré Hartung. "C'est pourquoi nous nous sommes associés à des éthiciens dès le début afin d'établir une approche "d'éthique intégrée". Toutes les questions éthiques seront évaluées en permanence par des équipes composées de scientifiques, d'éthiciens et du public, au fur et à mesure de l'évolution de la recherche."
À quelle distance sommes-nous de la première intelligence organoïde ?
Même si l'IO n'en est encore qu'à ses débuts, une étude récemment publiée par l'un des coauteurs de l'article - le Dr Brett Kagan des Cortical Labs - apporte la preuve du concept. Son équipe a montré qu'une culture de cellules cérébrales normales et plates peut apprendre à jouer au jeu vidéo Pong.
"Leur équipe est déjà en train de tester cela avec des organoïdes cérébraux", ajoute Hartung. "Et je dirais que reproduire cette expérience avec des organoïdes répond déjà à la définition de base de l'IO. À partir de là, il ne reste plus qu'à créer la communauté, les outils et les technologies nécessaires pour réaliser tout le potentiel de l'IO", a-t-il conclu.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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