Les ordinateurs du futur pourraient-ils fonctionner sur des cellules cérébrales humaines ? Une équipe de chercheurs de l’Université Johns Hopkins le pense certainement. Dans un article publié dans la revue Frontiers in Science, l’équipe décrit ses plans pour «l’intelligence organoïde», un domaine multidisciplinaire émergent cherchant à développer des bio-ordinateurs fonctionnant avec des cellules cérébrales humaines. Un tel développement pourrait non seulement étendre massivement les capacités de l’informatique moderne, mais également ouvrir de nouveaux domaines d’étude.
Les organoïdes sont minuscules, auto- organiser des tissus 3D qui sont généralement dérivés de cellules souches et imiter la principale complexité fonctionnelle et architecturale d’un organe. Il est possible qu’il y ait autant de types d’organoïdes qu’il y a de tissus et d’organes dans le corps. À ce jour, les scientifiques ont produit des cultures d’organoïdes pour les intestins, le foie, le pancréas, les reins, la prostate, les poumons, la cupule optique et le cerveau, et il semble que d’autres soient en route.
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Ces tissus offrent aux scientifiques des opportunités uniques pour étudier les maladies humaines qui ne reposent pas sur les méthodes traditionnelles associées aux modèles animaux. Le recours aux modèles animaux a historiquement conduit à un goulot d’étranglement dans la découverte de traitements car il existe des processus biologiques spécifiques au corps humain et qui ne peuvent pas être modélisés sur les animaux. Le développement des organoïdes promet de surmonter ces limitations. Pourtant, l’équipe de l’Université Johns Hopkins mène la recherche sur les organoïdes dans une direction complètement différente.
« L’informatique et l’intelligence artificielle ont été le moteur de la révolution technologique, mais elles atteignent un plafond », a expliqué Thomas Hartung, professeur de sciences de la santé environnementale à la Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health et à la Whiting School of Engineering, dans un < une rel="nofollow noopener" target="_blank" href="https://www.eurekalert.org/news-releases/980295">déclaration. « 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. »
En 2012, Hartung et ses collègues ont commencé à développer et à assembler des organoïdes cérébraux à l’aide d’échantillons de peau humaine reprogrammés dans des cellules souches embryonnaires. Chaque organoïde contient environ 50 000 cellules et a à peu près la taille du point sur la lettre « i ». Les organoïdes contiennent également des neurones et d’autres caractéristiques qui semblent soutenir des fonctions de base telles que l’apprentissage et la mémorisation. Cela présente un grand potentiel pour la construction d’ordinateurs futuristes.
Un ordinateur alimenté par ce « matériel biologique » pourrait alléger les besoins en consommation d’énergie des superordinateurs et les rendre beaucoup plus durables. Les cerveaux humains peuvent être plus lents que les ordinateurs pour traiter l’information, comme l’arithmétique, mais ils sont de loin supérieurs lorsqu’il s’agit de prendre des décisions logiques. De plus, les cerveaux ont une capacité de stockage globale estimée à 2 500 téraoctets, avec 86 à 100 milliards de neurones qui se connectent.
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« Le cerveau est encore inégalé par les ordinateurs modernes », a déclaré Hartung. « Frontier, le dernier supercalculateur du Kentucky, est une installation de 600 millions de dollars et de 6 800 pieds carrés [632 mètres carrés]. Ce n’est qu’en juin de l’année dernière qu’il a dépassé pour la première fois la capacité de calcul d’un seul cerveau humain, mais en utilisant un million de fois plus d’énergie. »
Bien qu’il puisse s’écouler un certain temps avant que l’intelligence organoïde puisse rivaliser avec n’importe quel type d’ordinateur, Hartung pense que les bio-ordinateurs pourraient être nettement plus rapides, plus efficaces et plus puissants que leurs homologues à base de silicium, et qu’ils nécessiteraient une fraction du énergie pour fonctionner.
« Il faudra des décennies avant d’atteindre l’objectif de quelque chose de comparable à n’importe quel type d’ordinateur », a déclaré Hartung. « Mais si nous ne commençons pas à créer des programmes de financement pour cela, ce sera beaucoup plus difficile. »
L’équipe espère également que leurs recherches ouvriront de nouvelles opportunités pour le dépistage des drogues, en particulier pour les troubles neurodéveloppementaux et la neurodégénérescence. Selon Lena Smirnova, professeure adjointe de santé environnementale et d’ingénierie à Johns Hopkins, qui co-dirige les enquêtes, « Nous voulons comparer les organoïdes cérébraux de donneurs typiquement développés par rapport aux organoïdes cérébraux de donneurs autistes ».
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« Les outils que nous développons vers l’informatique biologique sont les mêmes outils qui permettront nous pour 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 qui expliquent pourquoi les patients ont ces problèmes et troubles cognitifs. »
L’article a été publié dans Frontiers in Sciences.
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