NML, 28/02/2023
Por Emily Henderson
A inteligência artificial (IA) há muito se inspira no cérebro humano. Essa abordagem provou ser altamente bem-sucedida: a IA possui conquistas impressionantes – desde o diagnóstico de condições médicas até a composição de poesia. Ainda assim, o modelo original continua superando as máquinas de várias maneiras. É por isso que, por exemplo, podemos 'provar nossa humanidade' com triviais testes de imagem online. E se, em vez de tentar tornar a IA mais parecida com o cérebro, fôssemos direto à fonte?
Cientistas de várias disciplinas estão trabalhando para criar biocomputadores revolucionários, onde culturas tridimensionais de células cerebrais, chamadas de organoides cerebrais, servem como hardware biológico. Eles descrevem seu roteiro para concretizar essa visão na revista Frontiers in Science.
"Chamamos esse novo campo interdisciplinar de 'inteligência organoide' (OI)", disse o professor Thomas Hartung, da Universidade Johns Hopkins. "Uma comunidade de cientistas de ponta se reuniu para desenvolver essa tecnologia, que acreditamos lançará uma nova era de biocomputação rápida, poderosa e eficiente."
O que são organoides cerebrais e por que eles seriam bons computadores?
Organoides cerebrais são um tipo de cultura de células cultivadas em laboratório. Embora os organoides cerebrais não sejam “minicérebros”, eles compartilham aspectos-chave da função e estrutura do cérebro, como neurônios e outras células cerebrais essenciais para funções cognitivas, como aprendizado e memória. Além disso, enquanto a maioria das culturas de células é plana, os organoides têm uma estrutura tridimensional. Isso aumenta a densidade celular da cultura em 1.000 vezes, o que significa que os neurônios podem formar muito mais conexões.
Mas mesmo que os organoides cerebrais sejam uma boa imitação de cérebros, por que eles dariam bons computadores? Afinal, os computadores não são mais inteligentes e rápidos que os cérebros?
"Enquanto os computadores baseados em silício certamente são melhores com números, os cérebros são melhores no aprendizado", explicou Hartung. "Por exemplo, o AlphaGo [a IA que derrotou o jogador Go número um do mundo em 2017] foi treinado com dados de 160.000 jogos. Uma pessoa teria que jogar cinco horas por dia por mais de 175 anos para experimentar tantos jogos."
Os cérebros não são apenas aprendizes superiores, eles também são mais eficientes em termos de energia. Por exemplo, a quantidade de energia gasta treinando o AlphaGo é mais do que o necessário para sustentar um adulto ativo por uma década.
“Os cérebros também têm uma capacidade incrível de armazenar informações, estimada em 2.500 TB”, acrescentou Hartung. "Estamos atingindo os limites físicos dos computadores de silício porque não podemos colocar mais transistores em um chip minúsculo. Mas o cérebro é conectado de forma completamente diferente. Ele tem cerca de 100 bilhões de neurônios ligados por mais de 1015 pontos de conexão. É uma enorme diferença de poder em comparação com a nosso tecnologia atual".
Como seriam os biocomputadores de inteligência organoide?
De acordo com Hartung, os organoides cerebrais atuais precisam ser ampliados para OI. "Eles são muito pequenos, cada um com cerca de 50 mil células. Para a OI, precisaríamos aumentar esse número para 10 milhões", explica.
Paralelamente, os autores também estão desenvolvendo tecnologias para se comunicar com os organoides: ou seja, enviar-lhes informações e ler o que eles estão 'pensando'. Os autores planejam adaptar ferramentas de várias disciplinas científicas, como bioengenharia e aprendizado de máquina, bem como projetar novos dispositivos de estimulação e gravação.
"Desenvolvemos um dispositivo de interface cérebro-computador que é uma espécie de tampa de EEG para organoides, que apresentamos em um artigo publicado em agosto passado. É uma casca flexível densamente coberta por minúsculos eletrodos que podem tanto captar sinais do organoide e transmitir sinais para ele", disse Hartung.
Os autores prevêem que, eventualmente, a OI integraria uma ampla gama de ferramentas de estimulação e registro. Isso orquestrará as interações entre redes de organoides interconectados que implementam cálculos mais complexos.
Inteligência organoide pode ajudar a prevenir e tratar condições neurológicas
A promessa da OI vai além da computação e vai para a medicina. Graças a uma técnica inovadora desenvolvida pelos Noble Laureates John Gurdon e Shinya Yamanaka, organoides cerebrais podem ser produzidos a partir de tecidos adultos. Isso significa que os cientistas podem desenvolver organoides cerebrais personalizados a partir de amostras de pele de pacientes que sofrem de distúrbios neurais, como a doença de Alzheimer. Eles podem então realizar vários testes para investigar como fatores genéticos, medicamentos e toxinas influenciam essas condições.
"Com a OI, também poderíamos estudar os aspectos cognitivos das condições neurológicas", disse Hartung. "Por exemplo, poderíamos comparar a formação da memória em organoides derivados de pessoas saudáveis e de pacientes com Alzheimer e tentar reparar déficits relativos. Também poderíamos usar OI para testar se certas substâncias, como pesticidas, causam problemas de memória ou aprendizado."
Levando em consideração considerações éticas
A criação de organoides do cérebro humano que podem aprender, lembrar e interagir com seu ambiente levanta questões éticas complexas. Por exemplo, eles poderiam desenvolver a consciência, mesmo de forma rudimentar? Eles poderiam sentir dor ou sofrimento? E que direitos as pessoas teriam em relação aos organoides cerebrais feitos de suas células?
Os autores estão cientes dessas questões. "Uma parte fundamental de nossa visão é desenvolver a OI de maneira ética e socialmente responsável", disse Hartung. "Por esta razão, desde o início estabelecemos uma parceria com especialistas em ética para estabelecer uma abordagem de 'ética incorporada'. Todas as questões éticas serão continuamente avaliadas por equipes compostas por cientistas, especialistas em ética e o público, à medida que a pesquisa evolui."
A que distância estamos da primeira inteligência organoide?
Embora a OI ainda esteja em sua infância, um estudo publicado recentemente por um dos coautores do artigo – Dr. Brett Kagan, do Cortical Labs – fornece prova de conceito. Sua equipe mostrou que uma cultura normal e plana de células cerebrais pode aprender a jogar o videogame Pong.
“A equipe deles já está testando isso com organoides cerebrais”, acrescentou Hartung. “E eu diria que replicar esse experimento com organoides já preenche a definição básica de OI. A partir daqui, é só uma questão de construir a comunidade, as ferramentas e as tecnologias para realizar todo o potencial da OI”, concluiu.
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