3 เหตุผลที่ออร์แกนอยด์สมองมีความสำคัญอย่างยิ่ง

ออร์แกนอยด์ เป็นหนึ่งในสาขาวิทยาศาสตร์ที่มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วที่สุด และกำลังถูกพัฒนาในหลากหลายวิธีที่น่าสนใจไม่แพ้กัน ในที่นี้เราจะกล่าวถึง 3 แนวทางหลักที่กำลังเกิดขึ้นใหม่ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเพิ่มศักยภาพของออร์แกนอยด์อย่างมหาศาล แข่งขันกับปัญญาประดิษฐ์ และอาจไขความลับในการป้องกันโรคทางระบบประสาทเสื่อมได้

ออร์แกนอยด์คืออะไร?

ออร์แกนอยด์ (หรือ แอสเซมบลอยด์) คือกลุ่มเซลล์ประสาทที่ทำงานได้ซึ่งเพาะเลี้ยงในหลอดทดลอง โดยปกติจะใช้เซลล์ต้นกำเนิดจากผิวหนัง โครงสร้างสมองที่มีชีวิตที่ค่อนข้างซับซ้อนเหล่านี้ ซึ่งอาจเป็นของสัตว์หรือมนุษย์ ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาการทำงานของระบบประสาทในห้องปฏิบัติการ โดยไม่ต้องใช้สมองจริง

สร้างความไม่พอใจให้กับนักประสาทวิทยาศาสตร์ เนื่องจากสื่อมักเรียกพวกมันว่า "สมองจิ๋ว" หรือ "สมองในจานเพาะเลี้ยง" ซึ่งไม่ถูกต้อง เพราะโดยทั่วไปแล้วพวกมันมีขนาดเล็กมาก และมีความซับซ้อนน้อยกว่าสมองของมนุษย์อย่างมาก.

ถึงกระนั้น และดังที่เราจะกล่าวถึงต่อไปนี้ มีวิธีการต่างๆ ที่กำลังได้รับการพัฒนาเพื่อเพิ่มขนาดและความซับซ้อนในการทำงานของพวกมันอย่างมาก.

1. การสังเคราะห์สมองระหว่างมนุษย์และสัตว์

เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ที่สัตว์อาจได้รับสติปัญญาบางด้านของมนุษย์ผ่านการปลูกถ่ายสมองแบบบูรณาการ.

คุณค่าในการวิจัยของออร์แกนอยด์ค่อนข้างจำกัดด้วยขนาดและความซับซ้อนที่พวกมันสามารถเจริญเติบโตได้ เพื่อเอาชนะปัญหานี้ แนวทางใหม่ ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Natureได้ทำการปลูกถ่ายออร์แกนอยด์จากเปลือกสมองของมนุษย์ลงในสมองของหนูทดลองที่มีชีวิต (แสดงในภาพด้านบน)

หลังจากรวมเข้ากับเซลล์ประสาทของมนุษย์ได้ 6 เดือน เซลล์ประสาทเหล่านั้นก็เจริญเติบโตไปถึงระดับใหม่ โดยมีขนาดใหญ่กว่าที่เคยเป็นไปได้ในหลอดทดลองถึง 6 เท่า และกิจกรรมของเซลล์เหล่านั้นก็เลียนแบบพฤติกรรมที่ซับซ้อนบางอย่างที่พบในสมองของมนุษย์ได้ดียิ่งขึ้น.

ในการทดลองต่อยอด นักวิจัยได้กระตุ้นเซลล์ประสาทของมนุษย์ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมโดยเฉพาะโดยใช้เทคนิคออปโตเจเนติกส์ และประสบความสำเร็จในการควบคุมความถี่ที่หนูจะแสวงหารางวัล กล่าวคือ สามารถควบคุมเซลล์สมองของมนุษย์ภายในสมองของหนูเพื่อควบคุมพฤติกรรมของหนูได้.

แนวทางนี้เปิดโอกาสให้สามารถสร้างระบบสมองมนุษย์ที่ซับซ้อนจากเซลล์ต้นกำเนิดได้โดยใช้ทรัพยากรทางเทคโนโลยีที่จำกัด แม้ว่าจะน่าสนใจ แต่ขอบเขตใหม่ของการวิจัยทางชีววิทยา และแม้แต่ชีววิทยาเอง ก็อาจเต็มไปด้วยความซับซ้อนทางจริยธรรม รวมถึงวิธีการจำแนกสิ่งมีชีวิตลูกผสมดังกล่าวด้วย.

งานวิจัย: การเจริญเติบโตและการรวมวงจรของออร์แกนอยด์เปลือกสมองมนุษย์ที่ปลูกถ่ายOmer Revah และคณะ

2. ความรู้สึกนึกคิดทางชีวภาพสังเคราะห์

วิดีโอนี้มีอะไรมากกว่าที่เห็น - แท้จริงแล้วมันคือ การผสมผสานที่ประสบความสำเร็จครั้งแรก ระหว่างเซลล์ประสาททางชีวภาพและชิปซิลิคอนที่เรียนรู้ที่จะเล่นเกมจำลอง

เมื่อเปรียบเทียบกับการสังเคราะห์ออร์แกนอยด์ให้กลายเป็นสมองทางชีวภาพที่แตกต่างกัน งานวิจัยนี้ก้าวไปในทิศทางใหม่ที่น่าทึ่งไม่แพ้กัน โดยการสังเคราะห์ออร์แกนอยด์ผสมระหว่างมนุษย์และสัตว์ฟันแทะด้วยคอมพิวเตอร์โดยตรง เรียกกันว่า 'ปัญญาประดิษฐ์ทางชีวภาพสังเคราะห์' (SBI) โดยมีเป้าหมายเพื่อผสานรวมปัญญาประดิษฐ์ที่เคยแตกต่างกันเหล่านี้เข้าด้วยกันอย่างมีประสิทธิภาพ.

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นักวิจัยพยายามนำพลังของความซับซ้อนลำดับที่สามที่พบในออร์แกนอยด์มาใช้ ซึ่งไม่เคยเกิดขึ้นได้ในการคำนวณแบบดั้งเดิม และนอกจากนี้ ยังมุ่งหวังที่จะบรรลุคำจำกัดความอย่างเป็นทางการของความรู้สึกนึกคิดในเซลล์ประสาท โดยแสดงให้เห็นถึงการเรียนรู้จากปฏิกิริยาตอบสนองทางประสาทสัมผัสอย่างมีประสิทธิภาพ.

ในการศึกษาครั้งนี้ ออร์แกนอยด์ในหลอดทดลองถูกบูรณาการเข้ากับการคำนวณแบบ 'in silico' ผ่านทางอาร์เรย์อิเล็กโทรดหลายตัวที่มีความหนาแน่นสูง โดยใช้การป้อนกลับแบบมีโครงสร้างแบบวงปิดผ่านการกระตุ้นทางสรีรวิทยาไฟฟ้า การทดลองที่ชื่อว่า 'BrainDish' ถูกฝังลงในการจำลองเกมคอมพิวเตอร์ชื่อดังอย่าง Pong.

ความสามารถของเซลล์ประสาทในกลุ่มที่จะตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอกได้อย่างเหมาะสมนั้นเป็นพื้นฐานของการเรียนรู้ในสัตว์ทุกชนิด แม้ว่าการทดลองเบื้องต้นนี้จะเป็นการจำลองขั้นพื้นฐานมาก แต่ก็แสดงให้เห็นถึงพฤติกรรมที่ชาญฉลาดและมีความรู้สึกในโลกจำลองของเกมผ่านพฤติกรรมที่มุ่งสู่เป้าหมาย.

แนวทางนี้เป็นแนวทางการวิจัยใหม่ที่น่าสนใจ ซึ่งอาจช่วยสนับสนุนหรือท้าทายทฤษฎีที่อธิบายว่าสมองมีปฏิสัมพันธ์กับโลกอย่างไร และสำหรับการศึกษาเรื่องสติปัญญาโดยทั่วไป นอกจากนี้ยังอาจเป็นทางออกในการเอาชนะความท้าทายสำคัญที่ขัดขวางวิวัฒนาการของปัญญาประดิษฐ์ที่เหนือกว่าระดับมนุษย์ เนื่องจากเซลล์ประสาทมีลักษณะการเรียนรู้ที่หลากหลายซึ่งเรายังไม่สามารถจำลองได้ในคอมพิวเตอร์.

งานวิจัย: เซลล์ประสาทในหลอดทดลองเรียนรู้และแสดงความรู้สึกนึกคิดเมื่ออยู่ในโลกจำลองของเกมโดย Brett J. Kagan และคณะ

3. OI - ช่องทางใหม่ในการพัฒนาสติปัญญา

ตัวอย่างสองข้อแรกของเราแสดงให้เห็นถึงเส้นทางการวิวัฒนาการของออร์แกนอยด์ที่แตกต่างจากที่นักประสาทวิทยาศาสตร์เคยคาดการณ์ไว้ในตอนแรก อย่างไรก็ตาม แม้แต่ขอบเขตดั้งเดิมของวิทยาศาสตร์ออร์แกนอยด์ก็ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และสิ่งนี้กำลังจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็ว.

มีวิธีการที่น่าสนใจมากมายเกิดขึ้นใหม่สำหรับการเพิ่มขนาด ความซับซ้อน และความเชี่ยวชาญด้านการทำงานของออร์แกนอยด์สมอง ในขณะที่ยังคงรักษาการเข้าถึงได้จริงภายในจานเพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการ ด้วยเหตุนี้ ออร์แกนอยด์สมองจึงเป็นหนึ่งในสาขาการวิจัยที่น่าตื่นเต้นที่สุดในด้านการคำนวณทางชีวภาพในปัจจุบัน.

แม้ว่าจะยังไม่เป็นที่รู้จักมากนักในวงการปัญญาประดิษฐ์แบบดั้งเดิม แต่ "ปัญญาประดิษฐ์แบบออร์แกนอยด์" (Organoid Intelligence หรือ OI) กำลังกลายเป็นตัวเลือกที่มีศักยภาพในการก้าวไปสู่เป้าหมายสูงสุดของปัญญาประดิษฐ์ทั่วไป (Artificial General Intelligence หรือ AGI) ได้เร็วที่สุด.

กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำกว่า 20 คนในสาขานี้ได้ตีพิมพ์ บทความสำคัญที่ครอบคลุม เกี่ยวกับการพัฒนาวิทยาศาสตร์ด้านออร์แกนอยด์

นี่คือข้อสรุปสำคัญ 6 ข้อที่พวกเขานำเสนอ.

1. การคำนวณทางชีวภาพ (หรือไบโอคอมพิวติ้ง) อาจเร็วกว่า มีประสิทธิภาพมากกว่า และทรงพลังกว่าการคำนวณและปัญญาประดิษฐ์ที่ใช้ซิลิคอน และใช้พลังงานเพียงเศษเสี้ยวเดียวเท่านั้น.

2. 'ปัญญาประดิษฐ์แบบออร์แกนอยด์' (Organoid Intelligence: OI) เป็นสาขาใหม่ที่กำลังพัฒนาด้านสหวิทยาการ โดยมุ่งพัฒนาการคำนวณทางชีวภาพโดยใช้การเพาะเลี้ยงเซลล์สมองมนุษย์แบบ 3 มิติ (ออร์แกนอยด์สมอง) และเทคโนโลยีการเชื่อมต่อระหว่างสมองกับเครื่องจักร.

3. OI จำเป็นต้องขยายขนาดออร์แกนอยด์สมองในปัจจุบันให้กลายเป็นโครงสร้าง 3 มิติที่ซับซ้อนและทนทาน ซึ่งอุดมไปด้วยเซลล์และยีนที่เกี่ยวข้องกับการเรียนรู้ และเชื่อมต่อโครงสร้างเหล่านี้เข้ากับอุปกรณ์ป้อนข้อมูลและแสดงผลรุ่นใหม่ รวมถึงระบบ AI/การเรียนรู้ของเครื่องจักร.

4. OI ต้องการโมเดล อัลกอริทึม และเทคโนโลยีอินเทอร์เฟซใหม่ๆ เพื่อสื่อสารกับออร์แกนอยด์สมอง ทำความเข้าใจวิธีการเรียนรู้และการคำนวณของพวกมัน ตลอดจนประมวลผลและจัดเก็บข้อมูลจำนวนมหาศาลที่พวกมันจะสร้างขึ้น.

5. การวิจัยเกี่ยวกับ OI ยังอาจช่วยให้เราเข้าใจพัฒนาการของสมอง การเรียนรู้ และความจำได้ดียิ่งขึ้น ซึ่งอาจช่วยค้นหาวิธีรักษาโรคทางระบบประสาท เช่น ภาวะสมองเสื่อมได้.

6. การทำให้แน่ใจว่านวัตกรรมแบบเปิด (OI) พัฒนาไปในลักษณะที่มีจริยธรรมและมีความรับผิดชอบต่อสังคมนั้น จำเป็นต้องใช้วิธีการ "จริยธรรมแบบบูรณาการ" ซึ่งทีมสหวิทยาการและตัวแทนจากนักจริยธรรม นักวิจัย และประชาชนทั่วไป จะร่วมกันระบุ อภิปราย และวิเคราะห์ประเด็นด้านจริยธรรม และนำข้อมูลเหล่านี้กลับมาเพื่อใช้เป็นข้อมูลในการวิจัยและการทำงานในอนาคต.

โดยสรุปแล้ว นักวิจัยเหล่านี้หวังที่จะใช้ตัวอย่างเนื้อเยื่อของมนุษย์ในการเพาะเลี้ยงและดัดแปลงเซลล์สมองที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งพวกเขาอาจนำมาใช้แทนชิปคอมพิวเตอร์ซิลิคอนมาตรฐานได้.

กลุ่มเซลล์เหล่านี้จะมีขนาดใหญ่ขึ้นมากและเติบโตในสามมิติ ซึ่งช่วยให้เซลล์ประสาทภายในกลุ่มสามารถสร้างการเชื่อมต่อได้มากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ.

นี่เป็นเทคโนโลยีที่ต้องอาศัยความรู้ทางวิทยาศาสตร์หลายแขนงจึงจะพัฒนาได้สำเร็จ ในขณะที่นักวิจัยบางกลุ่มกำลังทำงานเกี่ยวกับการเพาะเลี้ยงออร์แกนอยด์ให้มีขนาด 10 ล้านเซลล์ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ประเมินว่าจำเป็นต้องมีเพื่อให้สามารถทำงานได้ใกล้เคียงกับสมองของมนุษย์ นักวิจัยกลุ่มอื่น ๆ ก็กำลังพัฒนาเทคโนโลยีที่จะช่วยให้เราสามารถสื่อสารกับกลุ่มเซลล์และให้กลุ่มเซลล์เหล่านั้นสื่อสารกลับมาได้.

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการสื่อสารสองทางนี้เกิดขึ้นเมื่อไม่นานมานี้ ผ่านการพัฒนาอุปกรณ์คล้ายหมวก EEG สำหรับออร์แกนอยด์ โดยใช้เปลือกที่ยืดหยุ่นได้ซึ่งปกคลุมไปด้วยอิเล็กโทรดขนาดเล็กจำนวนมาก ซึ่งสามารถรับสัญญาณจากออร์แกนอยด์และส่งสัญญาณไปยังออร์แกนอยด์ได้.

แต่การสร้างคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงมากไม่ใช่เป้าหมายเดียวของนักวิจัยเหล่านี้ พวกเขายังหวังที่จะใช้คอมพิวเตอร์ OI เหล่านี้ในการวิเคราะห์สภาวะทางระบบประสาทและช่วยเหลือผู้ป่วยอีกด้วย.

โทมัส ฮาร์ทุง นักวิจัยชั้นนำด้านออร์แกนอยด์ สรุปว่า “ตัวอย่างเช่น เราสามารถเปรียบเทียบการสร้างความทรงจำในออร์แกนอยด์ที่ได้จากคนที่มีสุขภาพดีและจากผู้ป่วยอัลไซเมอร์ และพยายามซ่อมแซมความบกพร่องที่เกี่ยวข้องได้ นอกจากนี้ เรายังสามารถใช้ OI เพื่อทดสอบว่าสารบางชนิด เช่น ยาฆ่าแมลง ทำให้เกิดปัญหาด้านความจำหรือการเรียนรู้หรือไม่”

พวกเขาสามารถบรรเทาความทุกข์ทรมานและโรคภัยไข้เจ็บของมนุษย์ได้ด้วยวิธีการรักษาที่พวกเขากำลังช่วยพัฒนา และสามารถช่วยชีวิตสัตว์หลายพันตัวที่ถูกสังเวยเพื่อการวิจัยของมนุษย์ในปัจจุบันได้.

งานวิจัย: ปัญญาประดิษฐ์ในออร์แกนอยด์ (OI): พรมแดนใหม่ในการคำนวณทางชีวภาพและปัญญาประดิษฐ์ในจานเพาะเลี้ยงเซลล์ โดยL. Smirnova และคณะ

แล้วเรื่องจริยธรรมของออร์แกนอยด์ล่ะ?

ในเดือนเมษายน ปี 2021 สถาบันวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ และการแพทย์แห่งชาติของสหรัฐอเมริกา ได้เผยแพร่รายงาน ระบุว่า แม้ว่าสมองขนาดเล็กในปัจจุบันจะมีขนาด ความซับซ้อน และความสมบูรณ์ที่ยังไม่มากนัก แต่เมื่อขนาดของมันเพิ่มขึ้น ก็ไม่มีใครรับประกันได้ว่ามันจะไม่พัฒนาไปสู่ความรู้สึกนึกคิดแบบมนุษย์

หากเป็นเช่นนั้น การพัฒนาของออร์แกนอยด์ที่ซับซ้อนขึ้นเรื่อยๆ อาจกลายเป็นประเด็นทางจริยธรรมที่ยุ่งยาก ซึ่งจะขัดขวางการพัฒนาต่อไป อย่างไรก็ตาม นี่จะเป็นจุดเริ่มต้นของการเผชิญหน้าอย่างแท้จริงระหว่างสิ่ง มีชีวิตที่ไม่ใช่มนุษย์แต่มีจิตสำนึกคล้ายมนุษย์ซึ่งจะเป็นเหตุการณ์สำคัญอย่างยิ่ง

‍