نقدم لكم الذكاء العضوي (OI).

النقاط الرئيسية

• العضيات هي أعضاء بشرية مُصغرة ثلاثية الأبعاد تُستخدم في البحث العلمي وتنمو في طبق معملي من خلايا جذعية بشرية.
• تُعد الحوسبة الحيوية (الحوسبة البيولوجية) بديلاً للحوسبة القائمة على السيليكون التي تعمل بالكائنات العضوية.
• يهدف توجيه الدماغ لحوسبة الذكاء العضوي (OI) إلى الاستفادة من عضيات الدماغ لحفظ المُدخلات وحوسبتها.

نُشرت دراسة جديدة في دورية (Frontiers in Science) توضح الحوسبة الحيوية مع دراسة الذكاء العضوي (OI) كمجال ناشئ متعدد التخصصات يجمع بين الذكاء الاصطناعي (AI) وعلم الأحياء والخلايا الجذعية والحوسبة والهندسة وعلم الأعصاب.

كتب المؤلف الرئيسي توماس هارتونج، أستاذ علوم الصحة البيئية في كلية جونز هوبكنز بلومبرج للصحة العامة ومدرسة وايتينغ للهندسة بالتعاون مع باحثين منُتسبين إلى جامعة جونز هوبكنز ومختبرات كورتيكال وجامعة كاليفورنيا سان دييغو وجامعة لوكسمبورغ: “إن تكييف نماذج أبحاث الذكاء العضوي (OI) مع الأمراض التنكسية العصبية سيُقدم أول نموذج قبل سريري قائم على الإنسان لمساعدتنا على فهم وتطوير علاجات فعالة لهذه الأمراض الفتاكة.

أضاف الباحثون.”لقد ابتكرنا مصطلح “الذكاء العضوي” (OI) لوصف مجال ناشئ يهدُف لتوسيع تعريف الحوسبة الحيوية نحو دمج الدماغ بحوسبة الذكاء العضوي (OI) للاستفادة من آلية التجميع الذاتي لمزارع خلايا الدماغ البشرية ثلاثية الأبعاد (عضيات الدماغ) لحفظ المدخلات وحسابها.

الذكاء العضوي في طبق

العضيات هي أعضاء بشرية مُصغرة ثلاثية الأبعاد تُستخدم في البحث العلمي وتنمو في طبق معملي به الخلايا الجذعية متعددة القدرات المشتقة من الأنسجة البشرية، وتتمثل إحدى التحديات في أبحاث علم الأعصاب وأمراض الدماغ في امتلاك القدرة على إجراء البحوث على أنسجة الدماغ البشرية التي تعمل فعليًا وتستخدم العديد من الدراسات البحثية القوارض كبديل، ولكن لها عيوبها حيث وجدت دراسة أجراها معهد ألين لعلوم الدماغ ونُشرت في مجلة نيتشر Nature بعام 2019 اختلافات واسعة النطاق بين أنواع الخلايا البشرية المتماثلة والفئران مثل التعبير الجيني والمورفولوجيا، والتوزيعات الصفائحية والتعديلات في النَسب وتؤكد الاختلافات الخاصة بالكائنات على أهمية إجراء البحوث باستخدام الخلايا البشرية وأهمية استخدام العضيات كبديل.

قال الباحثون: “تُلخص عضيات الدماغ البنية النسيجية للأعضاء ووظائفها بشكل أقرب بكثير من المزارع التقليدية ثنائية الأبعاد 2D حيث يُمكن أن تحتوي على المحاور الميلينية ولا تُظهر نشاطًا فيزيولوجيًا كهربائيًا تلقائيًا فحسب، بل تُظهر أيضًا سلوكًا مُتذبذبًا مُعقدًا وكثافة خلايا عالية وأنماط طبقية مختلفة وكلها تجعل عضيات الدماغ متفوقة على المزارع أحادية الطبقة التقليدية.

تتطور الكائنات العضية باستخدام الخلايا الجذعية المُستحثة متعددة القدرات (iPSCs) حيث تتمتع الخلايا الجذعية متعددة القدرات بالقدرة على التطور إلى أنواع أخرى من الخلايا الجذعية (خلايا غير متخصصة تُنتج خلايا متنوعة).

نشر فريق من العلماء بقيادة جامعة تافتس في عام 2018 دراستهم التي أظهرت كيف طوروا نموذجًا ثلاثي الأبعاد لأنسجة الدماغ البشري الذي أظهر نشاطًا عصبيًا عفويًا لمدة تسعة أشهر على الأقل.

وفقًا للباحثين، فإن الخلايا الجذعية المُستحثة متعددة القدرات وخلق عضيات دماغية ثلاثية الأبعاد باستخدام طريقة الخلايا الجذعية المُستحثة متعددة القدرات (iPSC) ستجعل منهج الذكاء العضوي الخاص بهم ممكنًا.

كتب الباحثون: “شهد العقد الماضي ثورة في مزارع خلايا الدماغ والانتقال من المزارع أحادية الطبقة التقليدية إلى مزارع ثلاثية الأبعاد مُنظمة تشبه الأعضاء مثل “عضيات الدماغ” ويمكن أن تتولد هذه الخلايا إما من الخلايا الجذعية الجنينية أو من خلايا الخلايا الجذعية المُستحثة متعددة القدرات (iPSC) الأقل إشكالية من الناحية الأخلاقية والتي تُؤخذ عادةً من عينات الجلد. أنتج مركز جونز هوبكنز بدائل للتجارب على الحيوانات من بينها العضيات الدماغية بمستويات عالية من التوحيد القياسي وقابلية التوسع.

تُقدم العضيات طريقة لإجراء البحوث الطبية الحيوية وعلوم الأعصاب والأدوية وعلوم الحياة، التي قد تساعد في تسريع اكتشاف وتطوير علاجات جديدة للصرع والتصلب الجانبي الضموري ((ALS) أو داء لو غيريغ) ومرض الزهايمر، وباركنسون، وهنتنغتون وضمور العضلات وأمراض أخرى.

علم تعلم الآلة بالذكاء الاصطناعي

سيكون الدمح بين تعلم الآلة والذكاء الاصطناعي جزءًا مهمًا من أنظمة الذكاء العضوي ويتم تطبيقه من أجل فك تشفير مجموعات البيانات الهائلة لتسجيلات النشاط العصبي التي التقطتها مصفوفة الأقطاب الكهربائية العضوية الدقيقة ويتصور الباحثون استخدام إمكانات التعرف على الأنماط في التعلم الآلي للذكاء الاصطناعي، للمساعدة في تحديد وظائف العضيات والتغيرات الهيكلية التي تتضمن عمليات مثل التشفير التلقائي واكتشاف الإشارات باستخدام نماذج التسلسل الزمني وتفكيك أنماط الإشارة من ضوضاء الخلفية وتكامل المُستشعرات لتسريع المعالجة على أساس التعلم الآلي غير الخاضع للرقابة وتقليل الأبعاد والهدف هو تعيين المدخلات والمخرجات من الروابط العصبية للعضيات.

الذكاء البيولوجي الاصطناعي عن طريق الحوسبة الحيوية

تعد الحوسبة الحيوية (الحوسبة البيولوجية) بديلاً للحوسبة القائمة على السيليكون حيث كشف بريت كاغان، كبير المسؤولين العلميين في مختبرات كورتيكال (Cortical Labs) وزملاؤه في البحث عن أول ذكاء بيولوجي اصطناعي لإظهار سلوك تكيفي فوري يُسمى “DishBrain” وهو نظام خلايا دماغية نمت في طبق معملي المعروفة باستخدامها في عالم ألعاب كمبيوتر مستوحى من لعبة الأركيد الكلاسيكية “Pong” في خريف العام الماضي.

أوضح الباحثون: “نتوقع أن تسمح أنظمة الحوسبة الحيوية المُستندة إلى الذكاء العضوي (OI) بالسرعة في صناعة القرار والتعلم المستمر أثناء المهام وزيادة كفاءة الطاقة والبيانات علاوةً على ذلك، يُمكن أن يساعد تطوير نظرية “الذكاء المعملي” في توضيح الفيسيولوجيا المرضية للأمراض التنموية والتنكسية المدمرة (مثل الخَرَف) ويُحتمل أن تُساعد في تحديد الأساليب العلاجية الجديدة لتلبية الاحتياجات العالمية الرئيسية غير المُلباة”.

الجيل القادم من واجهة الدماغ والحاسوب

أحد العوامل الرئيسية لإنشاء أنظمة ذكاء عضوي هو القدرة على تسجيل النواتج الفيسيولوجية الكهربية للمعالجة ثنائية الاتجاه بين التجمعات العصبية المعقدة ويتطلب الذكاء العضوي (OI)، لكي يكون ناجحًا، نوعًا جديدًا من واجهة الدماغ والحاسوب (BCI) والمعروف أيضًا باسم واجهة الدماغ والآلة (BMI) التي يُمكنها تسجيل النشاط العصبي باستخدام عضيات الدماغ ثلاثية الأبعاد.

قال الباحثون: “استمر تقنيات واجهة الدماغ والآلة في التطور لمدة عقدين على الأقل، لكنها لا تزال بدائية”.

وأضاف: “تُشكل مصفوفات الأقطاب الكهربائية الدقيقة (MEAs) قلب العديد من هذه الواجهات؛ حيث تُستخدم للتحفيز والتسجيل على حدٍ سواء وتوفر تماثل غير مسبوق وقابلية معالجة فردية ومع ذلك، فإن معظمها صُمم للاستخدام مع مزارع الخلايا أحادية الطبقة بتنسيق قائم على رقاقة ثنائية الأبعاد ويُمثل هذا مشكلة محتملة، لأن عضيات الدماغ عبارة عن هياكل كروية ثلاثية الأبعاد ذات اتصال محدود بشريحة مصفوفة قطب كهربائي دقيق (MEA) ثنائية الأبعاد”.

يُشير الباحثون أيضًا أن غالبية شرائح الأقطاب ثنائية الأبعاد غير مرنة، مما يُقلل من جودة التسجيل بسبب عدم التوافق بين شريحة القطب الكهربائي الصلبة والدماغ.

لتمكين أنظمة الذكاء العضوي، يُخطط العلماء لإنشاء نوع جديد من واجهة مصفوفة الأقطاب الدقيقة ثلاثية الأبعاد المرنة المستوحاة من قبعات مخطط كهربية الدماغ (EEG) التي تُشبه قبعات السباحة التي تُسجل نشاط الدماغ دون تدخل جراحي باستخدام أقطاب كهربائية صغيرة موضوعة على سطح فروة الرأس. يُخططون أيضًا لتنمية العضيات داخل غلاف مُغطى بهياكل نانوية متعددة الأقطاب ومجسات وصُممت هذه القشرة فائقة النعومة لتكون مرنة وقابلة للطي ذاتيًا والالتواء لتمكين التحفيز الزماني المكاني ثلاثي الأبعاد عالِ الدقة وتسجيل النشاط عبر كامل السطح العضوي.

أوضح الباحثون: “وختامًا، نحن نهدف إلى إحداث ثورة في الحوسبة البيولوجية التي يُمكن أن تتغلب على العديد من قيود الحوسبة القائمة على السيليكون والذكاء الاصطناعي ولها آثار كبيرة في جميع أنحاء العالم”.

المصدر: https://www.psychologytoday.com

ترجمة: شيماء شكري يوسف

فيسبوك: shimoshookry

لينكد إن: shimaa-shookry

مراجعة وتدقيق: زينب محمد