Was früher Monate oder Jahre mühsamer Laborarbeit brauchte, gelingt dank der integrierten Plattform nun oft binnen weniger Stunden oder Tage.
Weltweit bauen Unternehmen im Eiltempo neue Rechenzentren für Modelle der Künstlichen Intelligenz (KI). Forschende prüfen inzwischen, ob sich dafür auch lebende menschliche Zellen in Computersystemen einsetzen lassen.
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Ein australisches Start-up meldet nun einen Durchbruch: Es hat nach eigenen Angaben das weltweit erste Gerät entwickelt, mit dem sich auf lebenden menschlichen Gehirnzellen „Code ausführen“ lässt.
Cortical Labs hat ein System gebaut, das im Labor gezüchtete Neuronen mit Silizium-Hardware verbindet. Nutzerinnen und Nutzer können damit Anwendungen von der Neurowissenschaft und Krankheitsforschung bis hin zu Robotik und KI erproben.
Das System mit dem Namen CL1 gewinnt Neuronen aus Stammzellen und setzt sie auf Chips, die elektrische Signale senden und empfangen.
Kagan sagte: „Biologie ist unglaublich energieeffizient. Wir Menschen brauchen keine riesigen Datenmengen. Wir nutzen diese Zellen eher wie ein Ingenieurwerkzeug, um etwas zu bauen, das es so noch nie gegeben hat und das Eigenschaften haben könnte, die wir bislang nicht nutzen konnten. Und bisher sind die Ergebnisse sehr vielversprechend“, sagte Brett J. Kagan, Chief Scientific Officer und Chief Operating Officer von Cortical Labs, gegenüber Euronews Next.
„Man braucht nur ein wenig Blut oder etwas Haut und kann daraus eine unbegrenzte Menge dieser Zellen gewinnen, die sich anschließend in Neuronen umwandeln lassen“, ergänzte Kagan.
Das Unternehmen arbeitet nach eigenen Angaben an biobasierten Rechenzentren in Melbourne und Singapur. Dort sollen mehrere Einheiten des Systems stehen, auf die Kundinnen und Kunden aus der Ferne zugreifen können.
Wie sich CL1 vom klassischen Siliziumchip unterscheidet
CL1 ermöglicht einen direkten Austausch mit den Neuronen. Das System schickt elektrische Signale als Eingabe und misst in Echtzeit, wie die Zellen darauf reagieren.
Wie klassische Computersysteme arbeitet CL1 mit Siliziumchips. Diese tragen jedoch Mikroelektroden, die mit den lebenden Neuronen kommunizieren, Signale senden und deren Antworten als Teil der Berechnung auslesen.
Im Unterschied zu herkömmlichen Siliziumrechnern nutzt das schuhkartongroße System lebende Zellkulturen, die in einer nährstoffreichen Flüssigkeit überleben müssen. Fachleute sprechen dabei von „Wetware“.
In Melbourne in Australien betreibt Cortical Labs nach eigenen Angaben bereits ein kleines Rechenzentrum mit rund 120 solchen Modulen.
Die Idee, Neuronen im Labor zu züchten, ist nicht neu. Neu sei, so Cortical Labs, dass das Unternehmen ein standardisiertes System geschaffen habe, das Zellkulturen deutlich einfacher mit elektronischen Schnittstellen verbindet und keine aufwendigen Speziallaboraufbauten mehr braucht.
Effizienz aus der menschlichen Biologie
Was früher Monate oder Jahre spezieller Laborarbeit nötig machte, lässt sich mit der integrierten Plattform nun in Stunden oder Tagen erledigen, erklärt das Unternehmen.
Die Interaktion mit biologischen Neuronen auf diese Weise könnte Rechner deutlich energieeffizienter und anpassungsfähiger machen als klassische Systeme.
Kagan sagte: „Biologie ist unglaublich energieeffizient. Wir Menschen brauchen keine riesigen Datenmengen. Ich habe eine kleine Tochter. Damit sie lernt, was ein Hund ist, braucht sie nur ein paar Bilder von einem Hund zu sehen. Maschinelles Lernen benötigt Zehntausende, Hunderttausende Beispiele, je nach Aufgabe. Wir können außerdem mit Unsicherheit umgehen, mit verrauschten Informationen“, so Kagan weiter.
Zellen menschlichen Ursprungs könnten auch in der Forschung neue Möglichkeiten eröffnen. Da die Neuronen aus Spenderproben gezüchtet werden, tragen sie deren genetische Merkmale. Forschende können so im Labor testen, wie verschiedene Zelltypen auf Behandlungen reagieren.
Gleichzeitig bleiben herkömmliche Siliziumcomputer bei präzisen, schnellen mathematischen Berechnungen deutlich überlegen, betont Kagan. Die heutigen KI-Systeme stoßen allerdings zunehmend an praktische Grenzen, weil sie immer größere Datenmengen und Rechenleistung benötigen.
Künftige Systeme werden daher wahrscheinlich biologische und Silizium-Technologien kombinieren, um Fähigkeiten zu erreichen, die keiner der beiden Ansätze allein bieten kann, sagt der Mitgründer.
„Die Zukunft des Rechnens beginnt, wenn wir alle verfügbaren Werkzeuge nutzen können, um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen“, so Kagan.
Einige Fachleute stimmen zu, dass biologische Systeme Vorteile wie geringen Energieverbrauch und hohe Anpassungsfähigkeit bieten. Sie bezweifeln jedoch, wie weit sich die derzeitigen Ansätze tatsächlich skalieren lassen.
„Wenn man nur ein flaches Netzwerk menschlicher Neuronen nutzt, glaube ich nicht, dass das große Vorteile gegenüber klassischen Siliziumsystemen bringt“, sagte Alysson R. Muotri, Direktor des Sanford Stem Cell Education and Integrated Space Stem Cell Orbital Research (ISSCOR) Center an der University of California in San Diego, Euronews Next.
Größeres Potenzial sieht er in komplexeren, dreidimensionalen, hirnähnlichen Strukturen, den sogenannten Organoiden. Diese befinden sich allerdings noch im experimentellen Stadium.
Ethische Fragen rund um biologische Computertechnik
Der Einsatz menschlicher Zellen in Computersystemen wirft ethische Fragen auf. Forschende betonen jedoch, dass das Ausmaß der Bedenken von der Komplexität des Systems abhängt.
Muotri sieht bei einfachen Netzwerken menschlicher Neuronen, wie sie Unternehmen wie Cortical Labs einsetzen, noch keine gravierenden Probleme.
Komplexere, gehirnähnliche Strukturen könnten hingegen zu Konflikten führen, warnt er.
„Die anatomische Organisation des Gewebes … kann vermutlich eine Art Erlebnis im Reagenzglas erzeugen“, sagte er. „Dadurch könnte so etwas wie Bewusstsein entstehen … und manche Menschen hätten vermutlich ein Problem damit.“
Solche Bedenken könnten neue Regeln und eine engere Aufsicht nötig machen, je weiter sich die Technologie entwickelt, fügte er hinzu.
Kagan hält dem entgegen, dass der Ansatz von Cortical Labs auch ethische Vorteile bringen könne. Er könnte Tierversuche verringern und zugleich mehr Kontrolle über biologische Systeme erlauben.
„Wir sind überzeugt, dass dies ein deutlich besserer Ansatz ist“, sagte er.