Déplacez-vous, intelligence artificielle. Des scientifiques annoncent un nouveau domaine d’« intelligence organoïde »
(CNN) Les ordinateurs alimentés par des cellules cérébrales humaines peuvent ressembler à de la science-fiction, mais une équipe de chercheurs aux États-Unis pense que de telles machines, qui font partie d’un nouveau domaine appelé « l’intelligence organoïde », pourraient façonner l’avenir et ils ont maintenant un plan pour y arriver.
Les organoïdes sont des tissus cultivés en laboratoire qui ressemblent à des organes. Ces structures tridimensionnelles, généralement dérivées de cellules souches, sont utilisées dans les laboratoires depuis près de deux décennies, où les scientifiques ont pu éviter les tests humains ou animaux nocifs en expérimentant sur les substituts des reins, des poumons et d’autres organes.
Les organoïdes cérébraux ne ressemblent pas réellement à de minuscules versions du cerveau humain, mais les cultures cellulaires de la taille d’un point de stylo contiennent des neurones capables de fonctions cérébrales, formant une multitude de connexions.
Les scientifiques appellent le phénomène « l’intelligence dans un plat ».
Cette image agrandie montre un organoïde cérébral produit dans le laboratoire de Hartung. La culture a été colorée pour montrer les neurones en magenta, les noyaux cellulaires en bleu et les autres cellules de soutien en rouge et vert.
Le Dr Thomas Hartung, professeur de santé environnementale et d’ingénierie à la Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health et à la Whiting School of Engineering 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 « bio-ordinateurs » utiliseraient des réseaux d’organoïdes cérébraux pour potentiellement révolutionner les tests pharmaceutiques pour des maladies comme la maladie d’Alzheimer, donner un aperçu du cerveau humain et changer l’avenir de l’informatique.
La recherche décrivant le plan d’intelligence organoïde présenté par Hartung et ses collègues a été publiée mardi dans la revue Frontiers in Science.
« 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 bioinformatique est un énorme effort de compactage de la puissance de calcul et d’augmentation de son efficacité pour repousser nos limites technologiques actuelles. »
Le cerveau humain contre l’intelligence artificielle
Alors que l’intelligence artificielle s’inspire des processus de pensée humains, la technologie ne peut pas reproduire pleinement toutes les capacités du cerveau humain. Cette lacune est la raison pour laquelle les humains peuvent utiliser un CAPTCHA basé sur une image ou un texte, ou un test de Turing public entièrement automatisé pour distinguer les ordinateurs et les humains, comme mesure de sécurité en ligne pour prouver qu’ils ne sont pas des bots.
Le test de Turing, également connu sous le nom de jeu d’imitation, a été développé en 1950 par le mathématicien et informaticien britannique Alan Turing pour évaluer comment les machines affichent un comportement intelligent similaire à celui d’un humain.
Mais comment un ordinateur se compare-t-il vraiment à un cerveau humain ?
Un supercalculateur peut calculer des quantités massives de nombres plus rapidement qu’un humain.
« Par exemple, AlphaGo (l’IA qui a battu le joueur n°1 mondial de go en 2017) a été formé sur les données de 160 000 jeux », a déclaré Hartung. « Une personne devrait jouer cinq heures par jour pendant plus de 175 ans pour découvrir ces nombreux jeux. »
D’un autre côté, un cerveau humain est plus économe en énergie et meilleur pour apprendre et prendre des décisions logiques complexes. Quelque chose d’aussi fondamental que de pouvoir distinguer un animal d’un autre est une tâche que le cerveau humain accomplit facilement et qu’un ordinateur ne peut pas.
Frontier, un supercalculateur de 600 millions de dollars au laboratoire national d’Oak Ridge dans le Tennessee, pèse 8 000 livres (3 629 kilogrammes), chaque armoire pesant l’équivalent de deux camionnettes standard. La machine a dépassé la capacité de calcul d’un seul cerveau humain en juin, mais elle a utilisé un million de fois plus d’énergie, a déclaré Hartung.
« Le cerveau est encore inégalé par les ordinateurs modernes », a déclaré Hartung.
« Les cerveaux ont également une incroyable capacité à stocker des informations, estimée à 2 500 (téraoctets) », a-t-il ajouté. « Nous atteignons les limites physiques des ordinateurs en silicium car nous ne pouvons pas intégrer plus de transistors dans une minuscule puce. »
Comment un bio-ordinateur pourrait fonctionner
Les pionniers des cellules souches John B. Gurdon et Shinya Yamanaka ont reçu un prix Nobel en 2012 pour avoir développé une technique permettant de générer des cellules à partir de tissus pleinement développés comme la peau. La recherche révolutionnaire a permis à des scientifiques comme Hartung de développer des organoïdes cérébraux qui ont été utilisés pour imiter des cerveaux vivants et de tester et d’identifier des médicaments pouvant présenter des risques pour la santé du cerveau.
Hartung travaille avec des organoïdes cérébraux depuis des années.
Hartung a rappelé que d’autres chercheurs lui avaient demandé si les organoïdes cérébraux pouvaient penser ou atteindre la conscience. La question l’a incité à envisager de fournir aux organoïdes des informations sur leur environnement et sur la manière d’interagir avec lui.
« 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. « Parce que vous pouvez commencer à manipuler le système, à faire des choses que vous ne pouvez pas faire éthiquement avec des cerveaux humains. »
Hartung définit l’intelligence organoïde comme « reproduisant des fonctions cognitives, telles que l’apprentissage et le traitement sensoriel, dans un modèle de cerveau humain développé en laboratoire ».
Les organoïdes cérébraux que Hartung utilise actuellement devraient être mis à l’échelle pour l’OI, ou l’intelligence organoïde. Chaque organoïde contient à peu près le nombre de cellules que l’on trouverait dans le système nerveux d’une drosophile. Un seul organoïde représente environ un trois millionième de la taille du cerveau humain, ce qui signifie qu’il équivaut à environ 800 mégaoctets de mémoire.
« Ils sont trop petits, contenant chacun environ 50 000 cellules. Pour l’OI, nous aurions besoin d’augmenter ce nombre à 10 millions », a-t-il déclaré.
Les chercheurs ont également besoin de moyens de communiquer avec les organoïdes afin de leur envoyer des informations et de recevoir des lectures de ce que les organoïdes « pensent ». Les auteurs de l’étude ont développé un plan qui comprend des outils issus de la bio-ingénierie et de l’apprentissage automatique, ainsi que de nouvelles innovations. Autoriser différents types d’entrées et de sorties sur les réseaux organoïdes permettrait des tâches plus complexes, ont écrit les chercheurs dans l’étude.
« Nous avons développé 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. « C’est une coque flexible qui est 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’OI « qui permettrait aux deux d’explorer les capacités de l’autre ».
Façons d’utiliser l’OI
Les contributions les plus percutantes de l’intelligence organoïde pourraient se manifester dans la médecine humaine, ont déclaré les chercheurs.
Des organoïdes cérébraux pourraient être développés à partir d’échantillons de peau de patients atteints de troubles neuraux, permettant aux scientifiques de tester l’impact de différents médicaments et d’autres facteurs sur eux.
« Avec l’OI, nous pourrions également étudier les aspects cognitifs des conditions neurologiques », a déclaré Hartung. « Par exemple, nous pourrions comparer la formation de la mémoire dans les organoïdes dérivés de personnes en bonne santé et de patients atteints de la maladie d’Alzheimer, et essayer de réparer les déficits relatifs. Nous pourrions également utiliser l’OI pour tester si certaines substances, telles que les pesticides, causent des problèmes de mémoire ou d’apprentissage. »
Les organoïdes cérébraux pourraient également ouvrir une nouvelle façon de comprendre la cognition humaine.
« Nous voulons comparer les organoïdes cérébraux de donneurs typiquement développés par rapport aux organoïdes cérébraux de donneurs autistes », a déclaré la co-auteure et co-chercheuse de l’étude Lena Smirnova, professeure adjointe de santé et d’ingénierie environnementales à Johns Hopkins, dans un communiqué.
« Les outils que nous développons vers l’informatique biologique sont les mêmes outils qui nous permettront de comprendre les changements dans les réseaux neuronaux spécifiques à l’autisme, sans avoir à utiliser d’animaux ou à accéder aux patients, afin que nous puissions comprendre les mécanismes sous-jacents de la raison pour laquelle les patients ont ces capacités cognitives. des problèmes et des déficiences », a-t-elle déclaré.
L’utilisation d’organoïdes cérébraux pour créer une intelligence organoïde en est encore à ses balbutiements. Développer une OI comparable à un ordinateur avec la puissance cérébrale d’une souris pourrait prendre des décennies, a déclaré Hartung.
Mais il existe déjà des résultats prometteurs qui illustrent ce qui est possible. Le co-auteur de l’étude, le Dr Brett Kagan, directeur scientifique de Cortical Labs à Melbourne, en Australie, et son équipe ont récemment montré que les cellules cérébrales peuvent apprendre à jouer à Pong, le jeu vidéo.
« Leur équipe teste déjà cela avec des organoïdes cérébraux », a déclaré Hartung. « Et je dirais que la reproduction de cette expérience avec des organoïdes répond déjà à la définition de base de l’OI. À partir de là, il s’agit simplement de construire la communauté, les outils et les technologies pour réaliser le plein potentiel de l’OI. »
L’éthique des organoïdes cérébraux
La création d’organoïdes cérébraux humains capables de fonctions cognitives soulève un certain nombre de préoccupations éthiques, notamment s’ils peuvent développer une conscience ou ressentir de la douleur, et si ceux dont les cellules ont été utilisées pour les fabriquer ont des droits concernant les organoïdes.
« Un élément clé de notre vision est de développer l’OI d’une manière éthique et socialement responsable », a déclaré Hartung. « Pour cette raison, nous nous sommes associés à des éthiciens dès le début pour 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. »
Il est crucial d’inclure le public dans la compréhension et le développement de l’intelligence organoïde, a écrit Julian Kinderlerer, professeur émérite de droit de la propriété intellectuelle à l’Université du Cap en Afrique du Sud, dans une perspective politique publiée séparément. Kinderlerer n’a pas été impliqué dans la nouvelle étude sur l’OI.
« Nous entrons dans un nouveau monde, où l’interface entre les humains et les constructions humaines brouille les distinctions », a écrit Kinderlerer. « La société ne peut pas attendre passivement de nouvelles découvertes ; elle doit être impliquée dans l’identification et la résolution d’éventuels dilemmes éthiques et s’assurer que toute expérimentation se situe dans des limites éthiques encore à déterminer. »
Regarder le développement de l’intelligence artificielle comme ChatGPT a amené certains à se demander à quel point les ordinateurs sont proches de réussir le test de Turing, écrit Gary Miller, vice-doyen pour la stratégie de recherche et l’innovation et professeur de sciences de la santé environnementale à l’Université de Columbia à New York, dans un article distinct de Viewpoint publié mardi. Miller n’a pas participé à l’étude Johns Hopkins.
Les réseaux d’organoïdes cérébraux pourraient un jour être utilisés pour soutenir les bio-ordinateurs.
Bien que ChatGPT puisse collecter efficacement des informations sur Internet, il ne peut pas réagir à un changement de température comme le peut un système cellulaire cultivé, a-t-il écrit.
« 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, dans lequel les éthiciens doivent être inclus. Nous devons nous assurer que chaque étape du processus est menée avec une intégrité scientifique, tout en reconnaissant que le problème le plus important est l’impact potentiel sur la société. OI brouille la frontière entre la cognition humaine et l’intelligence artificielle, et la technologie et la biologie progressent à une vitesse qui pourrait dépasser les discussions éthiques et morales qui sont nécessaires.Ce domaine émergent doit adopter une approche vigoureuse pour résoudre les problèmes éthiques et moraux qui accompagnent ce type d’avancée scientifique et doit le faire avant que la technologie ne s’effondre dans l’abîme moral. »