Bên trong nơi tạo ra máy tính chạy bằng tế bào não sống

[S9g*]

Bên trong phòng thí nghiệm của Cortical Labs, một công ty có trụ sở tại Melbourne, Úc, CL1, máy tính sinh học đầu tiên trên thế giới được kết hợp với tế bào não người đang dần dần hình thành ra.

(Minh họa)

Trong một phòng thí nghiệm rộng lớn nằm bên ngoài Cambridge, một "máy tính sinh học" thật đáng kinh ngạc đang dần dần hình thành ra. Với 200,000 tế bào não người, được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, nằm trên mạch điện tử silicon, có nhiệm vụ truyền tải hoạt động dòng điện đồng bộ lên màn hình cho thế giới bên ngoài.

CL1, với kích thước chỉ bằng khoảng hai hộp đựng giày, được nghiên cứu và chế tạo ra do Cortical Labs , một công ty đặt trụ sở tại Melbourne, Úc đang nỗ lực tạo dựng ra dạng "trí tuệ sinh học tổng hợp" (SBI), một hình thức máy điện toán mới có thể mang lại tiềm năng vượt xa các thiết bị điện tử thông thường cùng những kỹ thuật tiến bộ mới khác như điện toán lượng tử.

Máy tính sinh học chạy bằng tế bào não sống
"Giống như bộ não của chúng ta, máy tính sinh học sẽ tiêu thụ năng lượng ít hơn nhiều lần so với các thiết bị điện tử thông thường khi cho xử lý nguồn thông tin. Các ứng dụng trong tương lai có thể bao gồm robot, an ninh và metaverse", Hon Weng Chong, CEO Cortical Labs nói với Financial Times.

Trong công cuộc tìm kiếm ra các giải pháp nhằm thay thế cho những thiết bị điện tử thông thường, vốn tốn kém rất nhiều năng lượng đã kích thích lĩnh vực điện toán sinh học mới này ra đời. Ý tưởng đằng sau thiết bị này nhằm mục đích khai thác trực tiếp trí tuệ của tế bào não, thay vì chỉ mô phỏng nó trong silicon thông qua xử lý "thần kinh hình thái" và AI.

Các ứng dụng ban đầu của CL1 đang được cho áp dụng trong nghiên cứu về thần kinh học và dược phẩm, giúp khám phá ra cách các hóa chất và tìm ra những loại thuốc mới khác nhau, có ảnh hưởng đến quá trình xử lý thông tin của tế bào não.

"Các giai đoạn đổi mới tiếp theo sẽ tạo ra các hình thức điện toán mới và tiến bộ hơn ngoài các hệ thống AI thông thường. Nó sẽ sử dụng cùng một bộ xử lý có tên neuron — vốn là nền tảng của trí tuệ trong các sinh vật sống", Chong nói thêm.

Trong khi đó, đối với Mark Kotter, giáo sư về thần kinh học lâm sàng tại Đại học Cambridge và người sáng lập bit.bio, ý nghĩa của CL1 nằm ở chổ nó là "cỗ máy" đầu tiên có thể đánh giá đáng tin cậy về sức mạnh tính toán của tế bào não.

Karl Friston, giáo sư thần kinh học tại University College London, người cũng đã hợp tác về học thuật với một số khoa học gia của Cortical Labs, cho biết thiết bị này có thể được coi là máy tính sinh học mô phỏng đầu tiên xuất hiện trên thị trường.

"Tuy nhiên, món quà thực sự của kỹ thuật này không phải là dành cho khoa học máy tính, ít nhất là ở trong thời điểm hiện nay. Thay vào đó, nó là một kỹ thuật cho phép giới khoa học thực hiện các cuộc thí nghiệm trên một bộ não nhỏ", ông Friston đưa ra nhận xét.

Thách thức và triển vọng trong tương lai
Bên trong hệ thống CL1, các tế bào thần kinh được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm sẽ được đặt trên một mảng điện cực phẳng bằng kim loại và thủy tinh. Tại đây, 59 điện cực sẽ tạo thành cơ sở của một mạng lưới ổn định hơn, cung cấp cho người sử dụng mức độ kiểm soát cao trong việc kích thích mạng lưới thần kinh hoạt động.

Sau đó, "bộ não" SBI này sẽ được đặt vào một hộp hỗ trợ sự sống có hình chữ nhật, được cho kết nối với hệ thống phần mềm để hoạt động theo thời gian thực tế.

"Thành phần mạch được tưới máu hoạt động như một hệ thống hỗ trợ sự sống cho các tế bào. Nó có chức năng lọc ra chất thải, kiểm soát nhiệt độ, trộn khí và bơm khí để duy trì sự lưu thông của mọi thứ", Brett Kagan, giám đốc về khoa học tại Cortical Labs giải thích thêm.

Trong phòng thí nghiệm, Cortical Labs đang cho lắp ráp các hộp để xây dựng một ngăn xếp máy chủ mạng neuron sinh học đầu tiên thuộc loại này. Chúng sẽ chứa 30 đơn vị riêng biệt, với mỗi đơn vị chứa các tế bào trên mảng điện cực của chúng và dự kiến ​​sẽ có thể cho online trong những tháng tới đây.

Quan sát bằng kính hiển vi các tế bào thần kinh đang hình thành trên mạch điện tử. (Ảnh: Financial Times)

Hiện tại, mục tiêu của nhóm nghiên cứu là cho thiết lập ra 4 kệ máy chủ để sử dụng thương mại thông qua hệ thống đám mây trước khi năm 2025 này kết thúc. Một kệ chứa các hộp CL1 chỉ sử dụng khoảng 850-1,000 W năng lượng. Mỗi hộp có giá khoảng 35,000 USD và cũng không cần máy tính bên ngoài để hỗ trợ hoạt động.

Tuy nhiên, một vấn đề lớn khác là các neuron não này chỉ có thể sống được vài tháng trong CL1, được nuôi dưỡng, duy trì bởi một dòng chất lỏng liên tục để cung cấp chất dinh dưỡng và loại bỏ ra chất thải.

"Một nhược điểm của hệ thống như thế này là chúng tôi vẫn chưa tìm ra cách chuyển đổi bộ nhớ. Một khi hệ thống đã chết, bạn phải cho bắt đầu lại từ đầu", Chong nói.

Bên cạnh đó, Chong cũng nhận thức được những lo ngại về mặt đạo đức có thể sẽ phát sinh ra trong tương lai nếu máy tính sinh học và nuôi cấy neuron được phát triển các yếu tố căn bản của ý thức.

"Các hệ thống này có tri giác vì chúng sẽ phản ứng tích cực với các yếu tố kích thích và học hỏi từ chúng. Chúng tôi sẽ tìm hiểu thêm về cách thức mà bộ não con người hoạt động ra sao, nhưng không có ý định tạo ra một bộ não trong bể nuôi", CEO của Cortical Labs có nhận định.