דמיינו מחשב שלא רק מחקה את פעולת המוח האנושי, אלא משלב בתוכו רקמת מוח סינטטית. זה אמנם נשמע כמו סצנה מסרט מדע בדיוני עתידי, אך למעשה המציאות לא רחוקה מכך. האנליסט דולב וקנין מסביר על הטכנולוגיה המרעישה “מחשוב ביולוגי”, יתרונותיה והאתגרים הנלווים לתחום. גלו כיצד טכנולוגיה בצמיחה עשויה לשנות את גישתנו לעיבוד נתונים ומחקר רפואי.
המחשב הבא - מעבר לשבבי סיליקון ומעגלים חשמליים
ליבת המושג “מחשב” מתייחסת למכשיר המסוגל לבצע פעולות חישוביות ובעל יכולת עיבוד מידע, ולא בהכרח מכיל מעבדים מבוססי שבבי סיליקון או רכיבים אלקטרוניים אחרים, כל עוד מסוגל לבצע פעולות אלו. מנקודת מבט זו, מוחנו הוא ללא ספק יחידות עיבוד עוצמתית המסוגלת לבצע חישובים רבים בזמן קצר.
מחשוב ביולוגי מתייחס לשימוש במולקולות ומערכות ביולוגיות על מנת לבצע חישובים, אחסון נתונים ועיבוד מידע. הדבר נעשה ע”י שימוש ברקמות חיות, כמו קבוצות תאים, כדי לנצל מסלולים ביוכימיים, ביו-אלקטרוניים וביו-מכניים הקיימים בתא או ברקמה על מנת לקלוט, לעבד ולפלוט מידע.
התאים כיחידת עיבוד
התחום זכה להתפתחויות בתקופה האחרונה ובניהם הצגת אינטליגנציה אורגנואידית (Organoid intelligence, OI) – הכולל שימוש בתרביות תאים, כדוגמת תאי מוח אנושיים, כבסיס למחשב ביולוגי. בחודש דצמבר האחרון קבוצת חוקרים פרסמה במגזין Nature Electronics מאמר המתאר מערכת אורגנואיד המכילה רקמת מוח תלת מימדית, תאי הרקמה גודלו מתאי גזע במעבדה והמערכת מדמה רקמה אנושית בה הנוירונים מקושרים אחד לשני ויכולים לתקשר. כדי לבחון את יכולות המערכת, הצוות אימון את הרקמה לזהות את קולם של שמונה אנשים שונים ובחן את יכולת הזיהוי הקולי אשר זיהתה את הדובר/ת ב-78% מהמקרים! חשוב להדגיש כי מדובר במערכת מבוססת רקמות ללא מחשב “מסורתי” המבצע עיבוד.
יתרונות המחשבים הביולוגיים
יכולת הזיהוי הקולי של האורגנואיד אכן מרשימה, אך מה יתרונם על פני מחשבים אחרים? ובכן, אורגנואידים מתוארים כטכנולוגיה יעילה, מהירה וחסכונית באנרגיה ביחס למחשבים מסורתיים. לדוגמה, בשנת 2013, מחשב-על דימה במשך 40 דקות 1% מהפעילות המוחית הנוצרת בשנייה אחת בלבד, מה שמדגיש את יכולות החישוב הגבוהות של המוח ומספק קנה מידה להבנת כוח המחשוב הדרוש כדי לחקות פעולות מוחיות. דוגמאות אחרות מתייחסות לצריכת החשמל של אותם מחשבי-על לעומת רקמה מוחית, חומרה נדרשת ועוד.
בנוסף מחשבים ביולוגיים פותחים צוהר לשיטות מחקר חדשות והבנה מעמיקה יותר. הטכנולוגיה צפויה לאפשר שכפול מבנים פונקציונליים בדומה לרקמה אנושית, ולהדגים את השינויים המתרחשים במחלות שונות. לדוגמה, מחקרים קליניים לא הצליחו לאתר טיפול יעיל עבור מחלת האלצהיימר לאורך השנים, דבר המדגיש את הצורך בפיתוח גישות מחקר חדשות. מחשוב ביולוגי מקרב אותנו צעד נוסף להבנת מנגנוני מחלות ופיתוח טיפולים חדשניים, ולמעשה מוסיף שכבת ידע נוספת הודות לאותות אשר נקלטים ממנו.
מבט לעתיד ומגבלות הטכנולוגיה
למרות כל ההתרגשות הכרוכה בנושא, חשוב להכיר במגבלות הטכנולוגיה, שכן היא עדיין נמצאת בשלבים מוקדמים. המודלים הקיימים מכילים כ-50,000 תאים, מספר נמוך משמעותית מזה של מוח אנושי המכיל עשרות מיליארדי תאים. אחד האתגרים הגדולים הוא הגדלת המודלים, נושא מורכב שכן המודלים מבוססי רקמה חיה, הדורשת נוטריינטים. בנוסף, תחום האתיקה דורש התייחסות רחבה. השימוש ברקמה אנושית המחקה מחשבות אנושיות מעלה שאלות משמעותיות: האם הרקמה פיתחה מודעות, האם היא יכולה לחוות כאב ושאלות נוספות, אשר יידרשו לקבל מענה לאורך שלבי הפיתוח.
אם כן, נדמה כי יעבור זמן מה עד שיהיה לנו מחשב ביולוגי בבית, אך אין ספק כי הפיתוחים האחרונים בתחום מעוררים עניין רב ומציגים את פוטנציאל הטכנולוגיה בפיתוח מערכות מחשוב חדשניות וחקר מחלות קיימות.