Discussion :

[Bill Fassinou]

Des scientifiques dévoilent un plan pour créer des bio-ordinateurs basés sur des cellules cérébrales humaines
mais l'initiative fait l'objet de préoccupations d'ordre éthiques

Des scientifiques de plusieurs disciplines ont dévoilé une feuille de route pour créer des bio-ordinateurs à partir de cellules cérébrales humaines. L'initiative consiste en la création de systèmes de bio-informatique pour lesquels des cultures tridimensionnelles de cellules cérébrales, appelées organoïdes, servent de matériel biologique. Ils appellent ce nouveau domaine interdisciplinaire "intelligence organoïde" (IO). L'objectif des chercheurs est de développer l'IO comme "une forme de véritable informatique biologique qui exploite les organoïdes cérébraux en utilisant les progrès de la science et de la bio-ingénierie d'une manière éthiquement responsable".

Qu'est-ce que l'intelligence organoïde ?

Le cerveau humain a inspiré l'IA - qui peut accomplir un large éventail de tâches, du diagnostic des maladies à la création de contenu intelligent. Toutefois, le cerveau, qui est le modèle original, continue de surpasser l'IA à bien des égards : la puissance de calcul de l'IA est dérisoire comparativement à celle du cerveau humain. Pour de nombreux chercheurs, il est donc préférable de travailler directement sur la surface, plutôt que de rendre l'IA plus semblable au cerveau. Un groupe de scientifiques a dévoilé mardi les plans d'un projet visant à faire progresser l'informatique dans ce sens. La feuille de route décrit ce qu'ils appellent "l'intelligence organoïde" (IO).

« Nous appelons ce nouveau domaine interdisciplinaire intelligence organoïde. Un groupe de scientifiques de haut niveau s'est réuni pour développer cette technologie, qui, selon nous, lancera une nouvelle ère de bio-informatique rapide, puissante et efficace », a déclaré le professeur Thomas Hartung de l'université Johns Hopkins. Le plan, publié dans la revue Frontiers in Science, vise à créer des bio-ordinateurs alimentés par des cellules cérébrales humaines. Selon les experts, ces bio-ordinateurs pourraient être plus rapides, plus efficaces et plus puissants que l'informatique et l'IA basées sur le silicium, et ne nécessiteront qu'une fraction de l'énergie.

Selon la nouvelle étude, l'"intelligence organoïde" décrit un domaine multidisciplinaire émergent qui travaille au développement de l'informatique biologique à l'aide de cultures tridimensionnelles de cellules cérébrales humaines et de technologies d'interface cerveau-machine, et qui nécessite la mise à l'échelle des organoïdes cérébraux actuels en structures tridimensionnelles complexes et durables enrichies de cellules et de gènes associés à l'apprentissage. L'IO implique également de connecter ces organoïdes cérébraux à des dispositifs d'entrée et de sortie de nouvelle génération et à des systèmes d'intelligence artificielle ou d'apprentissage automatique.

Pour que l'IO soit un domaine à succès, il faut apprendre de nouveaux modèle, algorithme et technologies d'interface pour communiquer avec les organoïdes cérébraux, comprendre comment ils apprennent et calculent, et traiter et stocker les quantités massives de données que les organoïdes cérébraux vont générer.

Les organoïdes cérébraux feraient-ils de bons ordinateurs ?

Les organoïdes cérébraux sont des cultures de cellules cultivées en laboratoire qui partagent des aspects importants de la fonction et de la structure du cerveau, tels que les neurones et d'autres cellules cérébrales essentiels aux fonctions cognitives comme l'apprentissage et la mémoire. Les organoïdes cérébraux ne sont pas des "mini-cerveaux". Alors que la plupart des structures cellulaires sont plates, les organoïdes cérébraux ont une structure tridimensionnelle, ce qui, selon les chercheurs, multiplie par 1 000 la densité cellulaire de la culture. Cela 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 ? Selon Hartung, si les ordinateurs à base de silicium sont plus performants avec les chiffres, le cerveau est meilleur pour apprendre. « Par exemple, AlphaGo - l'IA de DeepMind 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 », a expliqué le professeur Hartung. Le cerveau est un apprenant supérieur, mais il est également plus économe en énergie.

Selon l'étude, la quantité d'énergie dépensée pour entraîner AlphaGo est supérieure à celle nécessaire pour faire vivre un adulte actif pendant une décennie. Hartung a déclaré que le cerveau a également une capacité étonnante de stockage d'informations, estimée à environ 2 500 téraoctets. Le professeur a expliqué que les humains atteignent les limites physiques des ordinateurs en silicium, car ils ne peuvent pas mettre plus de transistors dans une puce minuscule (la loi de Moore). Cependant, le cerveau est câblé de manière totalement différente et compte environ 100 milliards de neurones reliés par plus de 1 015 points de connexion.

Hartung estime qu'il s'agit d'une énorme différence de puissance par rapport à la technologie actuelle du monde. Selon l'étude, la recherche sur l'IO pourrait permettre aux scientifiques de mieux comprendre le fonctionnement du cerveau humain, l'apprentissage et la mémoire, et potentiellement aider à trouver des traitements pour les troubles neurologiques tels que la démence.

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 chercheurs 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 chercheurs prévoient d'adapter des outils issus de diverses disciplines scientifiques, comme 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-machine 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 densément recouverte de minuscules électrodes capables de capter les signaux de l'organoïde et de les lui transmettre », a expliqué 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.

Les chercheurs peuvent produire des organoïdes cérébraux à partir de tissus adultes en utilisant la technique révolutionnaire mise au point par les lauréats du prix Nobel John Gurdon et Shinya Yamanaka.

Quelques implications éthiques de l'intelligence organoïde

Les auteurs notent dans leur article qu'il est important d'adopter une approche éthique intégrée pour garantir que l'intelligence organoïde se développe d'une manière conforme à l'éthique et à la société. Selon le rapport des chercheurs, certaines des préoccupations éthiques qui se posent lors de la création d'organoïdes de cerveau humain sont de savoir s'ils peuvent développer une conscience, même sous une forme rudimentaire, s'ils peuvent éprouver de la douleur et de la souffrance, et quels seront les droits des personnes dont les cellules seront utilisées pour fabriquer des organoïdes de cerveau.

Dans le cadre de cette approche, Hartung et ses collaborateurs notent que des équipes interdisciplinaires et représentatives d'éthiciens, de chercheurs et de membres du public identifieront, discuteront et analyseront les questions éthiques. « Un élément clé de notre vision est de développer l'IO d'une manière éthique et socialement responsable. C'est pourquoi nous nous sommes associés à des éthiciens dès le début afin d'établir une approche "d'éthique intégrée". Les questions éthiques seront évaluées en permanence par différentes équipes au fur et à mesure de l'évolution de la recherche », a déclaré Hartung.

À quelle distance sommes-nous d'un bio-ordinateur de ce type ?

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. 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 conclu Hartung.

Que disent les critiques concernant l'intelligence organoïde ?

L'article des chercheurs a suscité de l'intérêt, mais également des questions sur la viabilité du projet et des préoccupations d'ordre éthiques. Selon certains critiques, la différence de consommation d'énergie des organoïdes est un argument de vente important, si les théories deviennent réalité. Il ne faut que 12 watts pour alimenter un cerveau humain, ce qui est une efficacité exceptionnelle, surtout si on la compare à l'énergie requise pour l'apprentissage automatique. « Si l'efficacité énergétique est une partie inhérente de l'IO, ce serait un énorme pas en avant et peut-être une plateforme viable pour une véritable intelligence artificielle générale », notent-ils.

Mais des concepts tels que les bio-ordinateurs et l'intelligence organoïde pourraient donner lieu à une bibliothèque de nouvelles discussions éthiques. Les conversations sur les organoïdes devenant sensibles, conscients ou conscients d'eux-mêmes et les implications qui en découlent sont en cours depuis des années maintenant, même si la technologie est encore immature. « Il n'y a probablement pas de technologie sans conséquences imprévues. Il est difficile d'exclure de tels risques, mais tant que les humains contrôlent l'entrée et la sortie ainsi que le retour d'information au cerveau sur les conséquences de sa sortie, les humains ont le contrôle », note Hartung.

« Mais, comme pour l'IA, le problème survient dès que nous donnons de l'autonomie à l'IA/OI. Les machines, qu'elles soient basées sur du silicium ou des cellules, ne doivent pas décider de la vie humaine », a-t-il ajouté. Hartung a insisté sur le fait que les membres de l'équipe de recherche ayant une formation en éthique médicale (bioéthique) se sont efforcés d'évaluer les implications éthiques du travail avec l'IO. En outre, d'autres critiques estiment que la technologie n'est pas viable. Leur avis est basé sur l'idée selon laquelle "il est difficile et très coûteux de connecter efficacement des cellules humaines aux machines".

L'intelligence organoïde et les bio-ordinateurs ne constitueront pas de sitôt une menace pour l'IA ou les cerveaux humains cultivés à l'ancienne. Mais Hartung pense qu'il est temps de commencer à augmenter la production d'organoïdes cérébraux et de les entraîner à l'IA afin de combler certaines lacunes des systèmes de silicium actuels. « Il faudra des décennies avant que nous atteignions l'objectif de quelque chose de comparable à n'importe quel type d'ordinateur. Mais si nous ne commençons pas à créer des programmes de financement pour cela, ce sera beaucoup plus difficile », a déclaré Hartung.

Source : rapport de l'étude sur l'intelligence organoïde

Et vous ?

Quel est votre avis sur le sujet ?
Que pensez-vous du concept d'intelligence organoïde ?
Que pensez-vous des bio-ordinateurs ? Représentent-ils le futur ?
Selon vous, la technologie telle qu'elle est présentée dans l'étude est-elle viable ?
Selon vous, pourrait-elle évoluer vers une technologie grand public ? Pourquoi ?
L'intelligence organoïde est-elle une plateforme vers une intelligence artificielle générale (IAG) ?

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[Bruno]

Des scientifiques annoncent un nouveau domaine d'« intelligence organoïde », les critiques soulignent les limites de l'informatique traditionnelle,
l'organoïde remet-il en cause l'avenir de l'IA ?

Les ordinateurs alimentés par des cellules cérébrales humaines peuvent sembler relever de la science-fiction, mais une équipe de chercheurs américains estime que ces machines, qui font partie d'un nouveau domaine appelé « intelligence organoïde », pourraient façonner l'avenir - et ils ont maintenant un plan pour y parvenir.
Les organoïdes sont des tissus cultivés en laboratoire qui ressemblent à des organes. Ces structures tridimensionnelles, généralement dérivées de cellules souches, sont utilisées en laboratoire depuis près de vingt ans, où les scientifiques ont pu éviter les tests dangereux sur l'homme ou l'animal en expérimentant sur les substituts de reins, de poumons et d'autres organes.

Les organoïdes cérébraux ne ressemblent pas vraiment à de minuscules versions du cerveau humain, mais les cultures de cellules de la taille d'un point de stylo contiennent des neurones capables de fonctions cérébrales, formant une multitude de connexions. Thomas Hartung, professeur de santé environnementale et d'ingénierie à l'École de santé publique Johns Hopkins Bloomberg et à l'École d'ingénierie Whiting de Baltimore, a commencé à cultiver des organoïdes cérébraux en modifiant des échantillons de peau humaine en 2012.

Lui et ses collègues envisagent de combiner la puissance des organoïdes cérébraux dans un type de matériel biologique plus économe en énergie que les superordinateurs. Ces « biocomputers » utiliseraient des réseaux d'organoïdes cérébraux pour révolutionner les tests pharmaceutiques pour des maladies telles que la maladie d'Alzheimer, fournir des informations sur le cerveau humain et changer l'avenir de l'informatique. La recherche décrivant le plan d'intelligence organoïde élaboré par Hartung et ses collègues a été publiée dans la revue Frontiers in Science.

Cette image agrandie montre un organoïde cérébral produit dans le laboratoire de Hartung. La culture a été teintée pour montrer les neurones en magenta, les noyaux cellulaires en bleu et les autres cellules de soutien en rouge et en vert.

« L'informatique et l'intelligence artificielle ont été le moteur de la révolution technologique, mais elles atteignent un plafond », a déclaré Hartung, auteur principal de l'étude, dans un communiqué. « La bio-informatique est un effort énorme de compactage de la puissance de calcul et d'augmentation de son efficacité pour repousser nos limites technologiques actuelles. »

Qu'est-ce que l'intelligence organoïde ?

Le cerveau humain a inspiré l'IA - qui peut accomplir un large éventail de tâches, du diagnostic des maladies à la création de contenu intelligent. Toutefois, le cerveau, qui est le modèle original, continue de surpasser l'IA à bien des égards : la puissance de calcul de l'IA est dérisoire comparativement à celle du cerveau humain. Pour de nombreux chercheurs, il est donc préférable de travailler directement sur la surface, plutôt que de rendre l'IA plus semblable au cerveau. Un groupe de scientifiques a dévoilé mardi les plans d'un projet visant à faire progresser l'informatique dans ce sens. La feuille de route décrit ce qu'ils appellent "l'intelligence organoïde" (IO).

« Nous appelons ce nouveau domaine interdisciplinaire intelligence organoïde. Un groupe de scientifiques de haut niveau s'est réuni pour développer cette technologie, qui, selon nous, lancera une nouvelle ère de bio-informatique rapide, puissante et efficace », a déclaré le professeur Thomas Hartung de l'université Johns Hopkins. Le plan, publié dans la revue Frontiers in Science, vise à créer des bio-ordinateurs alimentés par des cellules cérébrales humaines. Selon les experts, ces bio-ordinateurs pourraient être plus rapides, plus efficaces et plus puissants que l'informatique et l'IA basées sur le silicium, et ne nécessiteront qu'une fraction de l'énergie.

En mars 2023, des chercheurs issus de diverses disciplines ont dévoilé une feuille de route visant à créer des bio-ordinateurs à partir de cellules cérébrales humaines. Cette initiative implique la mise en place de systèmes de bio-informatique, où des cultures tridimensionnelles de cellules cérébrales, désignées sous le nom d'organoïdes, sont utilisées en tant que matériel biologique. Ce nouvel domaine interdisciplinaire est nommé « intelligence organoïde » (IO). Les chercheurs aspirent à développer l'IO en tant que « véritable forme d'informatique biologique exploitant les organoïdes cérébraux grâce aux progrès de la science et de la bio-ingénierie, de manière éthiquement responsable ».

Le potentiel informatique de l'intelligence organoïde

Les progrès récents dans le domaine des organoïdes cérébraux dérivés de cellules souches humaines offrent la possibilité de reproduire in vitro des aspects moléculaires et cellulaires fondamentaux liés à l'apprentissage, à la mémoire, voire à la cognition. En introduisant le terme « intelligence organoïde » pour englober ces avancées, nous lançons un programme collaboratif visant à concrétiser la vision d'un domaine multidisciplinaire dédié à l'IO. Ce programme s'efforce d'établir l'IO en tant que forme authentique d'informatique biologique, exploitant les organoïdes cérébraux grâce aux progrès scientifiques et bio-ingénieriques de manière éthiquement responsable.

À présent, il devient possible de créer des organoïdes cérébraux myélinisés normalisés en 3D, avec une densité cellulaire élevée et des niveaux accrus de cellules gliales ainsi que des expressions génétiques cruciales pour l'apprentissage. L'intégration de systèmes de perfusion microfluidiques permet une culture évolutive et durable, ainsi qu'une signalisation chimique spatiotemporelle. De nouveaux réseaux de microélectrodes en 3D facilitent la signalisation et l'enregistrement électrophysiologiques à haute résolution, explorant la capacité des organoïdes cérébraux à reproduire les mécanismes moléculaires de l'apprentissage et de la mémoire, et, ultimement, leur potentiel informatique.

Les technologies en développement pourraient ouvrir la voie à de nouveaux modèles de bio-informatique, notamment par le biais d'un entraînement stimulus-réponse et d'interfaces organoïdes-ordinateur. Nous envisageons des interfaces complexes, interconnectées, où les organoïdes cérébraux sont reliés à des capteurs et à des dispositifs du monde réel, ainsi qu'entre eux et avec des organoïdes d'organes sensoriels, par exemple des organoïdes rétiniens. Ces systèmes pourraient être formés à l'aide de méthodes de biofeedback, de stockage de données massives et d'apprentissage automatique.

Parallèlement, nous mettons l'accent sur une approche éthique intégrée pour analyser de manière itérative et collaborative les questions éthiques soulevées par la recherche sur l'IO, impliquant toutes les parties prenantes concernées. Les nombreuses applications potentielles de cette recherche plaident en faveur d'un développement stratégique de l'IO en tant que discipline scientifique. Nous anticipons que les systèmes de bio-informatique basés sur l'IO permettront une prise de décision plus rapide, un apprentissage continu pendant les tâches, et une efficacité accrue en termes d'énergie et de données. De plus, le développement d'une "intelligence dans un plat" pourrait contribuer à élucider la physiopathologie de maladies développementales et dégénératives dévastatrices, comme la démence, facilitant ainsi l'identification de nouvelles approches thérapeutiques pour répondre aux principaux besoins non satisfaits à l'échelle mondiale.

Le cerveau humain face à l'intelligence artificielle

Bien que l'intelligence artificielle s'inspire des processus de pensée humains, la technologie ne peut pas reproduire entièrement toutes les capacités du cerveau humain. C'est pourquoi les humains peuvent utiliser une image ou un texte CAPTCHA (Completely Automated Public Turing Test To Tell Computers and Humans Apart) comme mesure de sécurité en ligne pour prouver qu'ils ne sont pas des robots.

Le test de Turing, également connu sous le nom de « jeu d'imitation », a été mis au point en 1950 par le mathématicien et informaticien britannique Alan Turing pour évaluer la manière dont les machines affichent un comportement intelligent similaire à celui d'un être humain.

Mais comment un ordinateur peut-il réellement se comparer à un cerveau humain ?

Un superordinateur peut calculer des quantités massives de chiffres plus rapidement qu'un être humain. « Par exemple, AlphaGo (l'IA qui a battu le numéro un mondial du jeu de Go en 2017) a été entraînée sur des données provenant de 160 000 parties », a déclaré Hartung. « Une personne devrait jouer cinq heures par jour pendant plus de 175 ans pour expérimenter ces nombreuses parties ».

D'un autre côté, le cerveau humain est plus économe en énergie et plus apte à apprendre et à prendre des décisions logiques complexes. Une chose aussi élémentaire que la capacité à distinguer un animal d'un autre est une tâche que le cerveau humain accomplit facilement et qu'un ordinateur ne peut pas faire. Frontier, un superordinateur de 600 millions de dollars installé au laboratoire national d'Oak Ridge, dans le Tennessee, pèse un poids considérable de 3 629 kilogrammes (8 000 livres), chaque armoire pesant l'équivalent de deux camionnettes standard. En juin, la machine a dépassé la capacité de calcul d'un seul cerveau humain, mais elle a consommé un million de fois plus d'énergie, a déclaré M. Hartung.

« Le cerveau n'est toujours pas égalé par les ordinateurs modernes », a déclaré Hartung. « Les cerveaux ont également une capacité étonnante de stockage d'informations, estimée à 2 500 (téraoctets) », a-t-il ajouté. « Nous atteignons les limites physiques des ordinateurs en silicium, car nous ne pouvons pas mettre plus de transistors dans une puce minuscule. »

Comment pourrait fonctionner un bio-ordinateur

Les pionniers des cellules souches John B. Gurdon et Shinya Yamanaka ont reçu le prix Nobel en 2012 pour avoir mis au point une technique permettant de générer des cellules à partir de tissus entièrement développés, comme la peau. Cette recherche révolutionnaire a permis à des scientifiques comme Hartung de développer des organoïdes cérébraux qui ont été utilisés pour imiter des cerveaux vivants et pour tester et identifier des médicaments susceptibles de présenter des risques pour la santé du cerveau.

Hartung se souvient que d'autres chercheurs lui ont demandé si les organoïdes cérébraux pouvaient penser ou avoir une conscience. Cette question l'a incité à envisager de fournir aux organoïdes des informations sur leur environnement et sur la manière d'interagir avec celui-ci.

« Cela ouvre la voie à la recherche sur le fonctionnement du cerveau humain », a déclaré Hartung, qui est également codirecteur du Centre pour les alternatives à l'expérimentation animale en Europe. "Car on peut commencer à manipuler le système, à faire des choses que l'on ne peut pas faire de manière éthique avec des cerveaux humains. Hartung définit l'intelligence organoïde comme « la reproduction de fonctions cognitives, telles que l'apprentissage et le traitement sensoriel, dans un modèle de cerveau humain cultivé en laboratoire ».

Les organoïdes cérébraux actuellement utilisés par Hartung devraient être mis à l'échelle pour l'intelligence organoïde. Chaque organoïde contient à peu près le même nombre de cellules que le système nerveux d'une mouche à fruits. Un seul organoïde représente environ un tiers de millionième de la taille d'un cerveau humain, ce qui signifie qu'il équivaut à environ 800 mégaoctets de stockage de mémoire. « Les organoïdes sont trop petits, chacun contenant environ 50 000 cellules. Pour l'IO, nous devrions porter ce nombre à 10 millions », a-t-il déclaré.

Les chercheurs ont également besoin de moyens pour communiquer avec les organoïdes afin de leur envoyer des informations et de recevoir des relevés de ce que les organoïdes "pensent". Les auteurs de l'étude ont élaboré un schéma directeur qui fait appel à des outils issus de la bio-ingénierie et de l'apprentissage automatique, ainsi qu'à de nouvelles innovations. Le fait de permettre différents types d'entrées et de sorties dans les réseaux d'organoïdes permettrait d'accomplir des tâches plus complexes, écrivent les chercheurs dans l'étude.

« Nous avons mis au point un dispositif d'interface cerveau-ordinateur qui est une sorte de capuchon EEG (électroencéphalogramme) pour les organoïdes, que nous avons présenté dans un article publié en août dernier », a déclaré Hartung. « Il s'agit d'une coque flexible densément recouverte de minuscules électrodes qui peuvent à la fois capter les signaux de l'organoïde et lui transmettre des signaux. Hartung espère qu'un jour il y aura un canal de communication bénéfique entre l'IA et l'IO « qui permettrait aux deux d'explorer leurs capacités respectives ».

Les possibilités d'utilisation de l'intelligence des organoïdes

Selon les chercheurs, les contributions les plus importantes de l'intelligence des organoïdes pourraient se manifester en médecine humaine.
Des organoïdes cérébraux pourraient être développés à partir d'échantillons de peau de patients souffrant de troubles neuronaux, ce qui permettrait aux scientifiques de tester l'impact de différents médicaments et d'autres facteurs.

« Avec l'IO, nous pourrions également étudier les aspects cognitifs des maladies 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, telles que les pesticides, provoquent des troubles de la mémoire ou de l'apprentissage. »
Les organoïdes cérébraux pourraient également ouvrir une nouvelle voie pour comprendre la cognition humaine.

« Nous voulons comparer les organoïdes cérébraux provenant de donneurs au développement normal et les organoïdes cérébraux provenant de donneurs atteints d'autisme », a déclaré Lena Smirnova, coauteur de l'étude et co-investigatrice, professeur adjoint de santé environnementale et d'ingénierie à l'université Johns Hopkins, dans un communiqué.

« Les outils que nous développons pour l'informatique biologique sont les mêmes que ceux qui nous permettront de comprendre les changements dans les réseaux neuronaux spécifiques à l'autisme, sans avoir à utiliser d'animaux ou à accéder à des patients, afin que nous puissions comprendre les mécanismes sous-jacents qui expliquent pourquoi les patients ont ces problèmes de cognition et ces déficiences », a-t-elle ajouté.

L'utilisation d'organoïdes cérébraux pour créer une intelligence organoïde n'en est encore qu'à ses balbutiements. Développer une IO comparable à un ordinateur doté de la puissance cérébrale d'une souris pourrait prendre des décennies, a déclaré Hartung.

Mais des résultats prometteurs illustrent déjà ce qui est possible. Brett Kagan, coauteur de l'étude et directeur scientifique de Cortical Labs à Melbourne, en Australie, et son équipe ont récemment montré que les cellules cérébrales peuvent apprendre à jouer au jeu vidéo Pong. « Leur équipe teste déjà cette technique avec des organoïdes cérébraux », a déclaré Hartung. « Je dirais que la reproduction de 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 à la réalisation du plein potentiel de l'IO. »

L'éthique des organoïdes cérébraux

La création d'organoïdes cérébraux humains capables de fonctions cognitives soulève un certain nombre de questions éthiques, notamment celle de savoir s'ils peuvent développer une conscience ou ressentir la douleur, et si les personnes dont les cellules ont été utilisées pour les fabriquer ont des droits sur les organoïdes.

« 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 "éthique intégrée". Toutes les questions éthiques seront évaluées en permanence par des équipes composées de scientifiques, d'éthiciens et de membres du public, au fur et à mesure de l'évolution de la recherche".

Julian Kinderlerer, professeur émérite de droit de la propriété intellectuelle à l'université du Cap, en Afrique du Sud, a écrit, dans une perspective politique publiée séparément, qu'il est essentiel d'associer le public à la compréhension et au développement de l'intelligence des organoïdes. Kinderlerer n'a pas participé à la nouvelle étude de l'OI.

« Nous entrons dans un monde nouveau, où l'interface entre les humains et les constructions humaines brouille les distinctions », écrit Kinderlerer. « La société ne peut pas attendre passivement les nouvelles découvertes ; elle doit participer à l'identification et à la résolution d'éventuels dilemmes éthiques et s'assurer que toute expérimentation s'inscrit dans des limites éthiques qui restent à déterminer. »

L'observation du développement d'une intelligence artificielle telle que ChatGPT a amené certains à s'interroger sur la capacité des ordinateurs à passer le test de Turing, écrit Gary Miller, vice-doyen chargé de la stratégie de recherche et de l'innovation et professeur de sciences de la santé environnementale à l'université Columbia de New York, dans un autre article de Viewpoint publié mardi. Miller n'a pas participé à l'étude de l'université Johns Hopkins. Si le ChatGPT peut collecter efficacement des informations sur l'internet, il ne peut pas réagir à un changement de température comme le ferait un système cellulaire en culture, écrit-il.

« Les systèmes organoïdes cérébraux pourraient présenter des aspects clés de l'intelligence et de la sensibilité », a écrit Miller. « Cela exige un examen approfondi des implications éthiques de la technologie, auquel les éthiciens doivent participer. Nous devons nous assurer que chaque étape du processus est menée avec intégrité scientifique, tout en reconnaissant que la question la plus importante est l'impact potentiel sur la société. L'IO brouille la frontière entre la cognition humaine et l'intelligence des machines, et la technologie et la biologie progressent à une vitesse qui pourrait dépasser les discussions éthiques et morales nécessaires. Ce domaine émergent doit adopter une approche vigoureuse pour aborder les questions éthiques et morales qui accompagnent ce type de progrès scientifique, et ce avant que la technologie ne s'écrase dans l'abîme moral ».

Source : Johns Hopkins University, Organoid intelligence (OI): the new frontier in biocomputing and intelligence-in-a-dish

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[Jade Emy]

Le premier bio-processeur au monde utilise 16 organoïdes de cerveau humain et consomme moins d'énergie, une plateforme en ligne qui permet l'accès à distance vient d'être lancé par la start-up FinalSpark.

Une start-up suisse spécialisée dans la bio-informatique a lancé une plateforme en ligne qui permet d'accéder à distance à 16 organoïdes cérébraux humains.

Un organoïde neuronal ou cérébral est un tissu cultivé artificiellement, in vitro, qui ressemble à des parties du cerveau humain. Les organoïdes neuronaux sont créés en cultivant des cellules souches pluripotentes dans une culture tridimensionnelle qui peut être maintenue pendant des années.

Le cerveau est un système extrêmement complexe de tissus hétérogènes et se compose d'un ensemble diversifié de neurones et de cellules gliales. Cette complexité fait de l'étude du cerveau et de la compréhension de son fonctionnement une tâche difficile dans le domaine des neurosciences, en particulier en ce qui concerne les maladies neurodéveloppementales et neurodégénératives. La création d'un modèle neurologique in vitro a pour but d'étudier ces maladies dans un cadre mieux défini.

FinalSpark affirme que sa Neuroplatform est la première plateforme en ligne au monde permettant d'accéder à des neurones biologiques in vitro. En outre, les bioprocesseurs de ce type "consomment un million de fois moins d'énergie que les processeurs numériques traditionnels", affirme la société. Selon FinalSpark, sa Neuroplatform est capable d'apprendre et de traiter des informations et que, grâce à sa faible consommation d'énergie, elle pourrait réduire l'impact de l'informatique sur l'environnement.

Dans un récent document de recherche sur ses développements, FinalSpakr affirme que l'entraînement d'un seul LLM comme le GPT-3 nécessite environ 10 GWh, soit une consommation d'énergie environ 6 000 fois supérieure à celle qu'un citoyen européen moyen consomme en une année. Ces dépenses énergétiques pourraient être massivement réduites grâce au déploiement réussi des bioprocesseurs.

Le fonctionnement de la Neuroplatform repose actuellement sur une architecture que l'on peut qualifier de wetware, c'est-à-dire un mélange de matériel, de logiciel et de biologie. La principale innovation apportée par la Neuroplatform réside dans l'utilisation de quatre réseaux multi-électrodes (MEA) abritant le tissu vivant : des organoïdes, qui sont des masses cellulaires en 3D de tissu cérébral, interfacés par huit électrodes utilisées à la fois pour la stimulation et l'enregistrement.

FinalSpark a donné accès à sa plate-forme informatique à distance à neuf institutions afin de stimuler la recherche et le développement dans le domaine des bioprocédés. Avec la collaboration de ces institutions, elle espère créer le premier processeur vivant au monde. FinalSpark a été fondé en 2014. Bien que le wetware soit encore largement conceptuel, il y a eu un succès limité avec la construction et le prototypage, qui a agi comme une preuve de l'application réaliste du concept à l'informatique à l'avenir.

Neuro-plateforme ouverte et accessible à distance pour la recherche dans le domaine de l'informatique "wetware"

Le wetware computing et l'intelligence organoïde sont des domaines de recherche émergents à l'intersection de l'électrophysiologie et de l'intelligence artificielle. Le concept de base consiste à utiliser des neurones vivants pour effectuer des calculs, de la même manière que les réseaux neuronaux artificiels (RNA) sont utilisés aujourd'hui. Toutefois, contrairement aux RNA, où la mise à jour des tenseurs numériques (poids) peut modifier instantanément les réponses du réseau, des méthodes entièrement nouvelles doivent être mises au point pour les réseaux neuronaux utilisant des neurones biologiques.

La découverte de ces méthodes est un défi et nécessite un système capable de mener de nombreuses expériences, idéalement accessible aux chercheurs du monde entier. C'est pourquoi FinalSpark a mis au point un système matériel et logiciel qui permet de réaliser des expériences électrophysiologiques à une échelle inégalée. La Neuroplatform permet aux chercheurs de réaliser des expériences sur des organoïdes neuronaux d'une durée de vie supérieure à 100 jours.

Pour ce faire, FinalSpark a rationalisé le processus expérimental afin de produire rapidement de nouveaux organoïdes, de surveiller les potentiels d'action 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, et de fournir des stimulations électriques. Ils ont également conçu un système micro-fluidique qui permet un flux et un changement de milieu entièrement automatisés, réduisant ainsi les perturbations dues aux interventions physiques dans l'incubateur et garantissant des conditions environnementales stables.

FinalSpark commente :

Au cours des trois dernières années, la Neuroplatform a été utilisée avec plus de 1 000 organoïdes cérébraux, ce qui a permis de collecter plus de 18 téraoctets de données. Une interface de programmation d'applications (API) dédiée a été développée pour mener des recherches à distance directement via notre bibliothèque Python ou en utilisant l'informatique interactive telle que les carnets Jupyter.

Outre les opérations électrophysiologiques, notre API contrôle également les pompes, les caméras numériques et les lampes UV pour le désencerclement des molécules. Cela permet l'exécution d'expériences complexes 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, y compris des stratégies en boucle fermée et un traitement utilisant les dernières bibliothèques d'apprentissage profond ou d'apprentissage par renforcement. En outre, l'infrastructure permet une utilisation entièrement à distance.

Actuellement en 2024, le système est disponible gratuitement à des fins de recherche, et de nombreux groupes de recherche ont commencé à l'utiliser pour leurs expériences.

Conclusion

La Neuroplatform est opérationnelle 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 depuis 4 ans. Au cours de cette période, les organoïdes de la MEA ont été remplacés plus de 250 fois. Si l'on considère qu'on place au moins 4 organoïdes par MEA et qu'on change tous les organoïdes simultanément, cela revient à tester plus de 1 000 organoïdes. Initialement, leur durée de vie n'était que de quelques heures, mais diverses améliorations, notamment liées à la configuration microfluidique, ont permis de prolonger cette durée jusqu'à 100 jours dans le meilleur des cas.

Il est important de noter que l'activité spontanée des organoïdes peut varier au cours de leur vie, un facteur qui doit être pris en considération lors de la réalisation des expériences. De plus, FinalSpark a observé que le courant minimum requis pour provoquer des pointes augmente au cours de la durée de vie de l'organoïde. Ce phénomène peut être lié à une augmentation de l'impédance causée par l'encapsulation gliale.

La stratégie d'enregistrement 24/7 entraîne une croissance constante de la base de données, sa taille a atteint 18 téraoctets. Ce volume comprend l'enregistrement de plus de 20 milliards de potentiels d'action individuels, chacun échantillonné à une résolution de 30 kHz pendant 3 ms. Ce vaste ensemble de données est important non seulement en raison de sa taille, mais aussi parce qu'il a été enregistré dans un environnement in vitro similaire.

Source : "Open and remotely accessible Neuroplatform for research in wetware computing" (FinalSpark)

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Brainoware : un système d'IA bioinformatique fabriqué à partir de cellules cérébrales humaines vivantes effectue une reconnaissance vocale, d'après une étude scientifique de l'Université de l'Indiana

[Fluxgraveon]

Utiliser les processus du système ubiquitine-protease (notamment celui de l'ubiquitylation réversible) ?
(Mmm, ce n'est toujours pas chatGPT and co )
Cordialement

[Patrick Ruiz]

Des bio-ordinateurs basés sur des cellules cérébrales humaines sont désormais disponibles en location pour 500 $ par mois
L’initiative est sujette à débats sur certains aspects techniques et éthiques

FinalSpark, l'entreprise à l'origine de Neuroplatform, a commencé à offrir un accès à distance payant, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, à ses bioprocesseurs. Les clients universitaires peuvent désormais accéder à cette plateforme de bio-informatique, constituée d’organoïdes partagés, pour 500 dollars par utilisateur et par mois (ou même gratuitement, pour des projets sélectionnés). L’initiative est sujette à débats sur certains aspects techniques comme leur efficacité énergétique annoncée un million de fois supérieure à celle des processeurs numériques. Les préoccupations d’ordre éthique ne sont pas en reste.

Pour ce prix, FinalSpark indique que les utilisateurs peuvent mener des recherches en bio-informatique sur une neuroplateforme à distance entièrement gérée 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. En outre, les utilisateurs se voient promettre ce qui suit :

• Un environnement de R&D intégré pour la recherche en bio-informatique.
• Stimulation et lecture neuronale en temps réel.
• API de programmation pour Python.
• Carnet de notes numérique pour la documentation et la recherche.
• Stockage et sauvegarde des données
• Support technique

FinalSpark, a Swiss biocomputing startup, is pioneering the development of bioprocessors using human brain organoids, aiming to revolutionize computing with a more energy-efficient approach. Launched in 2024, their Neuroplatform allows global researchers remote access to 16 human… pic.twitter.com/QzgmMbEP3U

— Jia Yu (@Jiayusgrok) August 27, 2024

Qu'est-ce que l'intelligence organoïde ?

Le cerveau humain a inspiré l'IA - qui peut accomplir un large éventail de tâches, du diagnostic des maladies à la création de contenu intelligent. Toutefois, le cerveau, qui est le modèle original, continue de surpasser l'IA à bien des égards : la puissance de calcul de l'IA est dérisoire comparativement à celle du cerveau humain. Pour de nombreux chercheurs, il est donc préférable de travailler directement sur la surface, plutôt que de rendre l'IA plus semblable au cerveau. Un groupe de scientifiques a dévoilé mardi les plans d'un projet visant à faire progresser l'informatique dans ce sens. La feuille de route décrit ce qu'ils appellent "l'intelligence organoïde" (IO).

« Nous appelons ce nouveau domaine interdisciplinaire intelligence organoïde. Un groupe de scientifiques de haut niveau s'est réuni pour développer cette technologie, qui, selon nous, lancera une nouvelle ère de bio-informatique rapide, puissante et efficace », a déclaré le professeur Thomas Hartung de l'université Johns Hopkins. Le plan, publié dans la revue Frontiers in Science, vise à créer des bio-ordinateurs alimentés par des cellules cérébrales humaines. Selon les experts, ces bio-ordinateurs pourraient être plus rapides, plus efficaces et plus puissants que l'informatique et l'IA basées sur le silicium, et ne nécessiteront qu'une fraction de l'énergie.

L'"intelligence organoïde" (IO) est un domaine multidisciplinaire émergent qui travaille au développement de l'informatique biologique à l'aide de cultures tridimensionnelles de cellules cérébrales humaines et de technologies d'interface cerveau-machine, et qui nécessite la mise à l'échelle des organoïdes cérébraux actuels en structures tridimensionnelles complexes et durables enrichies de cellules et de gènes associés à l'apprentissage. L'IO implique également de connecter ces organoïdes cérébraux à des dispositifs d'entrée et de sortie de nouvelle génération et à des systèmes d'intelligence artificielle ou d'apprentissage automatique.

Les ordinateurs à base de silicium sont plus performants avec les chiffres et le cerveau est meilleur pour apprendre et moins énergivore. C’est la raison pour laquelle les ordinateurs à base d’organes cérébraux sont dignes d’intérêt

Les organoïdes cérébraux sont des cultures de cellules cultivées en laboratoire qui partagent des aspects importants de la fonction et de la structure du cerveau, tels que les neurones et d'autres cellules cérébrales essentiels aux fonctions cognitives comme l'apprentissage et la mémoire. Les organoïdes cérébraux ne sont pas des "mini-cerveaux". Alors que la plupart des structures cellulaires sont plates, les organoïdes cérébraux ont une structure tridimensionnelle, ce qui, selon les chercheurs, multiplie par 1 000 la densité cellulaire de la culture. Cela 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 ? Selon Hartung, si les ordinateurs à base de silicium sont plus performants avec les chiffres, le cerveau est meilleur pour apprendre. « Par exemple, AlphaGo - l'IA de DeepMind 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 », a expliqué le professeur Hartung. Le cerveau est un apprenant supérieur, mais il est également plus économe en énergie.

Selon l'étude, la quantité d'énergie dépensée pour entraîner AlphaGo est supérieure à celle nécessaire pour faire vivre un adulte actif pendant une décennie. Hartung a déclaré que le cerveau a également une capacité étonnante de stockage d'informations, estimée à environ 2 500 téraoctets. Le professeur a expliqué que les humains atteignent les limites physiques des ordinateurs en silicium, car ils ne peuvent pas mettre plus de transistors dans une puce minuscule (la loi de Moore). Cependant, le cerveau est câblé de manière totalement différente et compte environ 100 milliards de neurones reliés par plus de 1 015 points de connexion.

Hartung estime qu'il s'agit d'une énorme différence de puissance par rapport à la technologie actuelle du monde. Selon l'étude, la recherche sur l'IO pourrait permettre aux scientifiques de mieux comprendre le fonctionnement du cerveau humain, l'apprentissage et la mémoire, et potentiellement aider à trouver des traitements pour les troubles neurologiques tels que la démence.

Les ordinateurs à base d’organes cérébraux soulèvent néanmoins des préoccupations d’ordre éthique

Selon certains critiques, la différence de consommation d'énergie des organoïdes est un argument de vente important. Il ne faut que 12 watts pour alimenter un cerveau humain, ce qui est une efficacité exceptionnelle, surtout si on la compare à l'énergie requise pour l'apprentissage automatique. « Si l'efficacité énergétique est une partie inhérente de l'IO, ce serait un énorme pas en avant et peut-être une plateforme viable pour une véritable intelligence artificielle générale », notent certains intervenants de la filière.

Mais des concepts tels que les bio-ordinateurs et l'intelligence organoïde pourraient donner lieu à une bibliothèque de nouvelles discussions éthiques. La perspective de voir les ordinateurs à base d’organoïdes devenir sensibles ou conscients d'eux-mêmes et les implications qui en découlent sont en cours d’évaluation depuis des années maintenant, même si la technologie est encore immature. « Il n'y a probablement pas de technologie sans conséquences imprévues. Il est difficile d'exclure de tels risques, mais tant que les humains contrôlent l'entrée et la sortie ainsi que le retour d'information au cerveau sur les conséquences de sa sortie, les humains ont le contrôle », note un chercheur.

« Mais, comme pour l'IA, le problème survient dès que nous donnons de l'autonomie à l'IA/IO. Les machines, qu'elles soient basées sur du silicium ou des cellules, ne doivent pas décider de la vie humaine », soulignent certains. En outre, d'autres critiques estiment que la technologie n'est pas viable. Leur avis est basé sur l'idée selon laquelle « il est difficile et très coûteux de connecter efficacement des cellules humaines aux machines. »

L'intelligence organoïde et les bio-ordinateurs ne constitueront pas de sitôt une menace pour l'IA ou les cerveaux humains cultivés à l'ancienne. Certains intervenants de la filière sont néanmoins d’avis qu'il est temps de commencer à augmenter la production d'organoïdes cérébraux et de les entraîner à l'IA afin de combler certaines lacunes des systèmes de silicium actuels. « Il faudra des décennies avant que nous atteignions l'objectif de quelque chose de comparable à n'importe quel type d'ordinateur. Mais si nous ne commençons pas à créer des programmes de financement pour cela, ce sera beaucoup plus difficile », déclare un chercheur à ce propos.

Et vous ?

Que vous suggère la perspective d'un futur où les ordinateurs seraient équipés de processeurs à base de cellules cérébrales humaines ?
Quelles implications l'introduction de ce type de processeur est-elle susceptible d'avoir sur l"évolution du domaine de l'informatique ?

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