Früher brauchte spezialisierte Laborarbeit Monate oder Jahre. Dank der integrierten Plattform lässt sich das heute in wenigen Stunden oder Tagen erledigen.
Weltweit bauen Unternehmen im Eiltempo neue Rechenzentren, um KI-Modelle mit genügend Rechenleistung zu versorgen. Forschende prüfen inzwischen, ob sich lebende menschliche Zellen direkt in Computersystemen einsetzen lassen.
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Ein australisches Start-up meldet nun einen Durchbruch: Es habe das weltweit erste Gerät entwickelt, auf dem sich Programmcode auf lebenden menschlichen Gehirnzellen ausführen lässt.
Das Unternehmen Cortical Labs kombiniert in seinem System im Labor gezüchtete Neuronen mit Silizium-Hardware. So sollen sich Anwendungen von der Neurowissenschaft und Krankheitsforschung bis hin zu Robotik und künstlicher Intelligenz testen lassen.
Das System mit dem Namen CL1 gewinnt Neuronen aus Stammzellen und setzt sie auf spezielle Chips, die elektrische Signale senden und empfangen.
„Wir nutzen diese Zellen eher ingenieurmäßig: Wir bauen damit etwas, das es so noch nie gegeben hat und das Fähigkeiten haben könnte, die wir bisher nicht nutzen konnten. Und bisher sind die Ergebnisse sehr vielversprechend“, sagte Brett J. Kagan, wissenschaftlicher Direktor und operativer Geschäftsführer von Cortical Labs, gegenüber Euronews Next.
„Man braucht nur etwas Blut oder ein kleines Stück Haut, und daraus lässt sich eine praktisch unbegrenzte Menge dieser Zellen erzeugen, die wir dann in Neuronen umwandeln können“, ergänzte Kagan.
Nach Unternehmensangaben arbeitet Cortical Labs an biobasierten Rechenzentren in Melbourne und Singapur. Dort sollen zahlreiche Einheiten des Systems laufen, auf die Kundinnen und Kunden aus der Ferne zugreifen können.
Was unterscheidet CL1 vom herkömmlichen Siliziumchip?
CL1 ermöglicht eine direkte Interaktion mit den Neuronen. Das System schickt elektrische Signale als Eingaben und wertet in Echtzeit aus, wie die Zellen darauf reagieren.
Wie in herkömmlichen Computersystemen kommen auch hier Siliziumchips zum Einsatz. Diese sind jedoch mit Mikroelektroden versehen, die mit den lebenden Neuronen kommunizieren, Signale einspeisen und deren Antworten für die Berechnung auslesen.
Im Unterschied zu klassischen, rein siliziumbasierten Rechnern arbeitet das schuhkartongroße Gerät mit lebenden Zellkulturen. Sie überleben nur in einer nährstoffreichen Flüssigkeit – ein Ansatz, den Fachleute häufig als „Wetware“ bezeichnen.
Rund 120 solcher Einheiten betreiben laut Cortical Labs bereits ein kleines Rechenzentrum in Melbourne.
Die Idee, Neuronen im Labor zu züchten, ist nicht neu. Neu sei jedoch, so Cortical Labs, dass das Unternehmen ein standardisiertes System entwickelt habe. Zellkulturen lassen sich damit relativ einfach an elektronische Schnittstellen anschließen, ohne aufwändige Spezialaufbauten im Labor.
Menschliche Biologie als Effizienzmodell
Was zuvor Monate oder Jahre spezialisierter Laborarbeit erforderte, lasse sich mit der integrierten Plattform nun in wenigen Stunden oder Tagen erledigen, erklärt das Unternehmen.
Die Interaktion mit biologischen Neuronen auf diese Weise könnte Rechner deutlich energieeffizienter und anpassungsfähiger machen als heutige Systeme.
„Biologie ist extrem energieeffizient. Wir Menschen brauchen keine riesigen Datenmengen“, sagte Kagan.
„Ich habe eine kleine Tochter. Damit sie lernt, was ein Hund ist, muss sie nur ein paar Bilder von Hunden sehen. Maschinelles Lernen braucht dafür Zehntausende oder Hunderttausende Beispiele, je nach Aufgabe. Wir kommen zudem mit Unsicherheit und verrauschten Informationen zurecht“, führte er aus.
Zellen menschlichen Ursprungs eröffnen zudem neue Möglichkeiten für die Forschung. Da die Neuronen aus Spenderproben hervorgehen, tragen sie deren genetische Merkmale. Forschende können so im Labor untersuchen, wie verschiedene Zelltypen auf bestimmte Behandlungen reagieren.
Dennoch bleiben klassische Computer auf Siliziumbasis bei präzisen, schnellen mathematischen Berechnungen deutlich überlegen, betonte Kagan. Die Entwicklung heutiger KI-Systeme stoße womöglich an praktische Grenzen, weil sie immer mehr Daten und Rechenleistung verschlingen.
Zukünftige Systeme dürften deshalb biologische und siliziumbasierte Ansätze kombinieren, um Fähigkeiten zu erreichen, die keine der beiden Welten allein bieten kann, so der Mitgründer.
„Die Zukunft des Rechnens beginnt, wenn wir alle verfügbaren Werkzeuge gemeinsam nutzen, um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen.“
Einige Fachleute bestätigen zwar Vorteile biologischer Systeme wie geringen Energiebedarf und hohe Anpassungsfähigkeit, stellen aber infrage, wie weit sich die derzeitigen Ansätze tatsächlich treiben lassen.
„Wenn man nur ein flaches Netzwerk menschlicher Neuronen nutzt, glaube ich nicht, dass es große Vorteile gegenüber herkömmlichen, siliziumbasierten Systemen hat“, 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, gehirnähnlichen Strukturen, den sogenannten Organoiden. Sie gelten bislang allerdings als experimentell.
Biologische Computertechnik wirft ethische Fragen auf
Der Einsatz menschlicher Zellen in Computersystemen wirft ethische Fragen auf. Forschende verweisen jedoch darauf, dass der Grad der Sorge von der Komplexität des Systems abhängt.
Muotri sieht bei einfachen Netzwerken menschlicher Neuronen, wie sie Unternehmen wie Cortical Labs verwenden, derzeit keine gravierenden Probleme.
Komplexere, gehirnähnliche Strukturen könnten jedoch Herausforderungen mit sich bringen, warnte er.
„Die anatomische Organisation des Gewebes kann vermutlich so etwas wie Erleben in der Petrischale hervorbringen“, sagte er. „Das könnte eine Form von Bewusstsein entstehen lassen – und der Gedanke daran ist für manche Menschen schwer auszuhalten.“
Solche Bedenken könnten nach seiner Einschätzung neue Regeln und eine strengere Aufsicht nötig machen, wenn sich die Technologie weiterentwickelt.
Nach Ansicht von Kagan bietet der Ansatz von Cortical Labs auch ethische Vorteile. Er könne Tierversuche verringern und ermögliche zugleich eine streng kontrollierte Nutzung biologischer Systeme.
„Wir halten das für einen deutlich besseren Weg“, sagte er.