인간의 뇌 세포로 구동되는 “바이오 컴퓨터(biocomputer)”는 현 세기 내에 개발될 수 있다.

미국 존스 홉킨스 대학(Johns Hopkins University) 연구팀은 오늘 Frontiers in Science 저널에 “오가노이드 지능”에 대한 계획을 요약했다.

이 작업을 주도하고 있는 존스 홉킨스대 교수 Thomas Hartung은 “컴퓨팅과 인공 지능은 기술 혁명을 주도해 왔지만 한계에 도달하고 있다”며 “바이오컴퓨팅은 계산 능력을 압축하고 효율성을 높여 현재의 기술적 한계를 뛰어넘기 위한 엄청난 노력”이라고 말했다.

거의 20년 동안 과학자들은 인간이나 동물 실험에 의존하지 않고 신장, 폐 및 기타 장기를 실험하기 위해 완전히 성장한 장기와 유사한 실험실에서 성장한 조직인 작은 오가노이드를 사용해 왔다. 보다 최근에 Johns Hopkins의 Hartung과 동료들은 학습 및 기억과 같은 기본 기능을 유지하는 것을 약속하는 뉴런 및 기타 기능을 가진 펜 도트 크기의 구인 뇌 오가노이드를 연구하고 있다.

Hartung은 “이것은 인간의 두뇌 작동에 대한 연구를 열어준다”며 “인간의 두뇌로는 윤리적으로 할 수 없는 일을 하면서 시스템을 조작할 수 있기 때문”이라고 말했다.

Hartung은 2012년에 배아 줄기 세포와 유사한 상태로 재프로그래밍된 인간 피부 샘플의 세포를 사용하여 뇌 세포를 기능적 오가노이드로 성장시키고 조립하기 시작했다. 각 오가노이드에는 약 5만 개의 세포가 들어 있으며, 초파리의 신경계 크기 정도다. 그는 이제 그러한 뇌 오가노이드로 미래형 컴퓨터를 만드는 것을 구상하고 있다.

이 “생물학적 하드웨어”에서 실행되는 컴퓨터는 향후 10년 안에 점점 더 지속 불가능해지고 있는 슈퍼컴퓨팅의 에너지 소비 요구를 완화하기 시작할 수 있다고 Hartung은 말했다. 컴퓨터가 숫자와 데이터가 포함된 계산을 인간보다 빠르게 처리하지만 개와 고양이를 구분하는 것과 같이 복잡한 논리적 결정을 내리는 데는 뇌가 훨씬 더 똑똑하다.

Hartung은 “뇌는 여전히 현대 컴퓨터와 비교할 수 없다. 켄터키의 최신 슈퍼컴퓨터인 Frontier는 6억 달러 비용으로 6800평방피트에 설치됐다. 작년 6월에야 처음으로 인간 두뇌의 연산 능력을 초과했지만 에너지 사용량은 백만 배나 더 많았다”고 말했다.

연구진에 따르면 오가노이드 지능이 마우스만큼 똑똑한 시스템에 동력을 공급하려면 수십 년이 걸릴 수 있다. 그러나 뇌 오가노이드의 생산을 확대하고 인공 지능으로 훈련함으로써 그는 바이오 컴퓨터가 뛰어난 컴퓨팅 속도, 처리 능력, 데이터 효율성 및 저장 기능을 지원하는 미래를 예견한다.

Hartung은 “어떤 유형의 컴퓨터와도 견줄만한 목표를 달성하려면 수십 년이 걸릴 것”이라며 “하지만 이를 위한 자금 지원 프로그램을 만들지 않으면 훨씬 더 어려울 것이다”라고 말했다.

오가노이드 지능은 또한 신경발달 장애 및 신경퇴화에 대한 약물 테스트 연구에 혁명을 일으킬 수 있다고 조사를 공동 주도하는 존스 홉킨스 조교수 Lena Smirnova가 말했다.

Smirnova는 “우리는 일반적으로 개발된 기증자의 뇌 오가노이드와 자폐증 기증자의 뇌 오가노이드를 비교하고자 한다”며 “우리가 생물학적 컴퓨팅을 위해 개발하고 있는 도구는 동물을 사용하거나 환자에게 접근하지 않고도 자폐증에 특정한 문제와 장애 신경 네트워크의 변화를 이해할 수 있게 해주는 도구와 동일하다”고 말했다.

오가노이드 지능 작업의 윤리적 의미를 평가하기 위해 과학자, 생명윤리학자 및 대중 구성원으로 구성된 다양한 컨소시엄이 팀에 포함됐다.