Auch wenn es wie Science-Fiction klingt, macht eine kleine Gruppe von Forschern Fortschritte bei der Entwicklung von Computern aus lebenden menschlichen Zellen. In der Schweiz arbeiten Wissenschaftler an Biocomputern, die die Art und Weise, wie wir lernen und Daten verarbeiten, revolutionieren könnten. Einige davon funktionieren bereits.
Miniatur-Menschengehirne werden zukünftige Computer antreiben – Konzeptgrafik
Im FinalSpark-Labor in der Schweiz wird an Computern gearbeitet, die von Miniaturgehirnen angetrieben werden, die als Organoide bekannt sind. Dabei handelt es sich um kleine, homogene neuronale Strukturen, die sich von voll entwickelten Gehirnen unterscheiden. Wie die BBC berichtet, könnten diese kleinen, im Labor gezüchteten lebenden Zellen die Zukunft der Biocomputer sein.
Biocomputer – eine neue Ära der Technologie
Der Prozess beginnt mit Stammzellen, die aus menschlicher Haut gewonnen werden und die das Schweizer Labor von einer Klinik in Japan bezieht. Die Spender sind anonym und, was überraschend erscheinen mag, es gibt keinen Mangel an Angeboten. „Wir wählen jedoch nur Stammzellen von offiziellen Lieferanten aus, da deren Qualität von entscheidender Bedeutung ist“, sagt Dr. Fred Jordan, Mitbegründer des Labors FinalSpark, in einem Interview mit der BBC.
Diese Zellen werden dann kultiviert, um sich in Organoide zu verwandeln – kleine, im Labor gezüchtete Gehirne. Obwohl sie in ihrer Komplexität nicht mit dem menschlichen Gehirn vergleichbar sind, enthalten sie dieselben Grundelemente. Nach einigen Monaten sind die Organoide bereit, an Elektroden angeschlossen zu werden, wodurch sie elektrische Signale senden und empfangen können.
Dr. Jordan räumt ein, dass vielen Menschen das Konzept von Biocomputern wahrscheinlich etwas seltsam erscheint. „In der Science-Fiction leben die Menschen schon seit langem mit diesen Ideen“, sagte er gegenüber der BBC. „Wenn man anfängt zu sagen: ‚Ich werde eine Nervenzelle als kleine Maschine verwenden‘, ist das eine ganz andere Sichtweise auf unser Gehirn und lässt einen daran zweifeln, wer wir sind.“
Wie kann man halb-lebende Geräte funktionsfähig halten?
Eines der Hauptprobleme besteht darin, Biocomputer funktionsfähig zu halten, da Organoide keine Blutgefäße haben, die sie mit den notwendigen Nährstoffen versorgen. Professor Simon Schultz vom Imperial College London betont, dass dies derzeit das größte Problem für Wissenschaftler in diesem Bereich ist.
Manchmal beobachten sie vor dem Tod der Organoide eine erhöhte Aktivität – ähnlich wie bei einem beschleunigten Herzschlag und einer erhöhten Gehirnaktivität, die bei manchen Menschen am Ende ihres Lebens zu beobachten sind. Leider sind viele dieser Zellen gestorben. „Ich denke, dass wir in den letzten fünf Jahren etwa 1000 oder 2000 solcher Todesfälle verzeichnet haben”, sagte Dr. Jordan. Er fügt hinzu, dass sie jedes Mal das Experiment unterbrechen, um den Grund für dessen Beendigung zu verstehen, und es dann wiederholen.
Die Technologie der Biocomputer entwickelt sich weltweit
FinalSpark hat in den letzten vier Jahren gewisse Erfolge erzielt: Seine Organoide können nun bis zu vier Monate überleben. Das Schweizer Labor ist nicht das einzige Unternehmen, das an Biocomputern arbeitet. Das australische Unternehmen Cortical Labs gab 2022 bekannt, dass es gelungen ist, künstliche Neuronen das Spiel Pong zu spielen. In den USA entwickeln Wissenschaftler der Johns Hopkins University „Mini-Gehirne”, um die Informationsverarbeitung im Zusammenhang mit der Entwicklung von Medikamenten gegen neurologische Erkrankungen zu erforschen.
Die erste Karte der Gehirnaktivität in der Geschichte. Bei der Entscheidungsfindung „leuchtet” sie auf
Die Wissenschaftler weisen jedoch darauf hin, dass sich diese Technologie noch in einem frühen Entwicklungsstadium befindet. „Biocomputer sollten künstliche Intelligenz auf Siliziumbasis ergänzen, nicht ersetzen, und gleichzeitig die Modellierung von Krankheiten weiterentwickeln und den Einsatz von Tieren reduzieren”, sagte Dr. Lena Smirnova von der Johns Hopkins University in den USA.
