Des scientifiques développent des mini-cerveaux humains pour alimenter les ordinateurs de nouvelle génération

Il peut avoir ses racines dans la science-fiction, mais un petit nombre de chercheurs progressent réellement en essayant de créer des ordinateurs à partir de cellules vivantes. Bienvenue dans le monde étrange de la bioinformatique.

Parmi ceux qui mènent la voie se trouve un groupe de scientifiques en Suisse, que j’ai rencontrés.
Un jour, ils espèrent que nous pourrons voir des centres de données remplis de serveurs « vivants » qui reproduisent des aspects de la manière dont l’intelligence artificielle (IA) apprend – et qui pourraient utiliser une fraction de l’énergie des méthodes actuelles.

Telle est la vision du Dr Fred Jordan, cofondateur du laboratoire FinalSpark que j’ai visité.
Nous sommes tous habitués aux idées de matériel et de logiciel dans les ordinateurs que nous utilisons actuellement.

Le terme quelque peu étonnant que le Dr Jordan et d’autres dans le domaine utilisent pour désigner ce qu’ils créent est « wetware ».

En termes simples, cela implique de créer des neurones qui sont développés en grappes appelées organoïdes, qui peuvent ensuite être connectés à des électrodes – à ce stade, le processus d’essayer de les utiliser comme de mini-ordinateurs peut commencer.

Le Dr Jordan reconnaît que, pour beaucoup de gens, le concept même de bioinformatique est probablement un peu bizarre.

« Dans la science-fiction, les gens vivent avec ces idées depuis longtemps », a-t-il dit.
« Quand vous commencez à dire : ‘Je vais utiliser un neurone comme une petite machine’, c’est une vision différente de notre propre cerveau et cela vous fait vous interroger sur ce que nous sommes. »

Pour FinalSpark, le processus commence avec des cellules souches dérivées de cellules cutanées humaines, qu’ils achètent dans une clinique au Japon. Les donneurs réels sont anonymes.
Mais, peut-être surprenant, ils ne manquent pas d’offres.

« Nous avons beaucoup de gens qui nous approchent », a-t-il dit.
« Mais nous sélectionnons seulement des cellules souches provenant de fournisseurs officiels, car la qualité des cellules est essentielle. »

Dans le laboratoire, la biologiste cellulaire de FinalSpark, le Dr Flora Brozzi, m’a tendu un plat contenant plusieurs petites sphères blanches.

Chaque petite sphère est essentiellement un mini-cerveau cultivé en laboratoire, fait de cellules souches vivantes qui ont été cultivées pour devenir des grappes de neurones et de cellules de soutien – ce sont les « organoïdes ».

Ils sont loin de la complexité d’un cerveau humain, mais ils ont les mêmes blocs de construction.
Après avoir subi un processus qui peut durer plusieurs mois, les organoïdes sont prêts à être connectés à une électrode et ensuite incités à répondre à des commandes simples de clavier.
C’est un moyen d’envoyer et de recevoir des signaux électriques, avec les résultats enregistrés sur un ordinateur normal connecté au système.

C’est un test simple : vous appuyez sur une touche qui envoie un signal électrique à travers les électrodes, et si cela fonctionne (ce qui n’est pas toujours le cas), vous pouvez à peine voir un petit saut d’activité sur un écran en réponse.

Ce qui est affiché est un graphique en mouvement qui ressemble un peu à un EEG.
J’appuie sur la touche plusieurs fois en succession rapide, et les réponses s’arrêtent soudainement. Puis il y a une courte et distinctive explosion d’énergie sur le graphique.

Quand j’ai demandé ce qui s’était passé, le Dr Jordan a dit qu’il y avait encore beaucoup de choses qu’ils ne comprennent pas sur ce que font les organoïdes et pourquoi. Peut-être que je les ai agacés.
Les stimulations électriques sont des étapes importantes vers l’objectif plus grand de l’équipe de déclencher l’apprentissage dans les neurones du bioordinateur afin qu’ils puissent éventuellement s’adapter pour effectuer des tâches.

« Pour l’IA, c’est toujours la même chose », a-t-il dit.
« Vous donnez une entrée, vous voulez une sortie qui est utilisée.
Par exemple, vous donnez une image d’un chat, vous voulez que la sortie dise si c’est un chat », a-t-il expliqué.

Maintenir les bioordinateurs en vie

Maintenir un ordinateur ordinaire en marche est simple – il a juste besoin d’une alimentation – mais qu’en est-il des bioordinateurs ?

C’est une question à laquelle les scientifiques n’ont pas encore de réponse.

« Les organoïdes n’ont pas de vaisseaux sanguins », a déclaré Simon Schultz, professeur de Neurotechnologie et directeur du Centre for Neurotechnology à l’Imperial College London.

« Le cerveau humain a des vaisseaux sanguins qui le traversent à plusieurs échelles et fournissent des nutriments pour le maintenir en bon état de fonctionnement.

Nous ne savons pas encore comment les fabriquer correctement. C’est donc le plus grand défi en cours. »

Une chose est sûre cependant. Quand nous parlons d’un ordinateur qui meurt, avec le « wetware », c’est littéralement le cas.

FinalSpark a fait des progrès au cours des quatre dernières années : ses organoïdes peuvent maintenant survivre jusqu’à quatre mois.

Mais il y a des découvertes étranges associées à leur mort éventuelle.

Parfois, ils observent une effervescence d’activité des organoïdes avant qu’ils ne meurent – similaire à l’augmentation du rythme cardiaque et de l’activité cérébrale observée chez certains humains en fin de vie.

« Il y a eu quelques événements où nous avons eu une augmentation très rapide d’activité dans les dernières minutes ou dizaines de secondes [de vie] », a dit le Dr Jordan.

« Je pense que nous avons enregistré environ 1 000 ou 2 000 de ces morts individuelles au cours des cinq dernières années. »

« C’est triste parce que nous devons arrêter l’expérience, comprendre la raison pour laquelle il est mort, et ensuite le refaire », a-t-il dit.

Le Prof. Schultz est d’accord avec cette approche sans sentimentalisme.

« Nous ne devrions pas en avoir peur, ce ne sont que des ordinateurs faits d’un substrat différent d’un matériau différent », a-t-il dit.

Applications dans le monde réel

FinalSpark n’est pas le seul groupe de scientifiques travaillant dans le domaine de la bioinformatique.

L’entreprise australienne Cortical Labs a annoncé en 2022 qu’elle avait réussi à faire jouer des neurones artificiels au jeu vidéo Pong des débuts de l’informatique.

Aux États-Unis, des chercheurs de l’Université Johns Hopkins construisent également des « mini-cerveaux » pour étudier comment ils traitent l’information – mais dans le contexte du développement de médicaments pour des conditions neurologiques comme Alzheimer et l’autisme.
L’espoir est que l’IA pourra bientôt supercharger ce type de travail.

Mais, pour l’instant, le Dr Lena Smirnova, qui dirige la recherche à l’Université Johns Hopkins, pense que le wetware est scientifiquement excitant – mais à un stade précoce.

Et elle a dit qu’il y a peu de perspectives qu’il prenne la place du matériau principal actuellement utilisé pour les puces d’ordinateur.

« La bioinformatique devrait compléter – et non remplacer – l’IA au silicium, tout en avançant la modélisation des maladies et en réduisant l’utilisation des animaux », a-t-elle dit.

Le Prof. Schultz est d’accord : « Je pense qu’ils ne pourront pas surpasser le silicium sur beaucoup de choses, mais nous trouverons une niche », a-t-il suggéré.

Même si la technologie se rapproche de plus en plus des applications dans le monde réel, le Dr Jordan reste captivé par ses origines de science-fiction.

« J’ai toujours été fan de science-fiction », a-t-il dit.

« Quand vous avez un film de science-fiction, ou un livre, je me sentais toujours un peu triste parce que ma vie n’était pas comme dans le livre. Maintenant, je sens que je suis dans le livre, en train d’écrire le livre. »