KI in der Biotechnologie: das große Interview mit Dr. Fred Jordan, Mitgründer von FinalSpark

Im Rahmen eines neuen Artikels über künstliche Intelligenz in der Biotechnologie führte Techopedia kürzlich ein Interview mit Dr. Fred Jordan, dem Mitgründer von FinalSpark, über dessen innovative Arbeit im Bereich der neuronalen Forschung und Biotechnologie.

Jordan erläuterte, wie FinalSpark lebende Neuronen aus menschlichen Stammzellen für fortschrittliches Computing einsetzt.

Zudem sprachen wir über die ethischen Aspekte dieser Technologie, die Möglichkeit, dass Organoide (selbstorganisierte dreidimensionale Gewebekulturen) ein Bewusstsein erlangen, und darüber, wie diese Fortschritte einen Wandel auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz (KI) und der Biotechnologie bewirken könnten.

KI in der Biotechnologie: Der Ansatz der neuronalen Forschung von FinalSpark

Frage: Können Sie erklären, wie FinalSpark lebende, aus menschlichen Stammzellen gewonnene Neuronen für die Datenverarbeitung nutzt?

Antwort: Nun, die allererste Antwort ist, dass es noch nicht funktioniert – aber das „noch“ ist ein wichtiges Wort.

Im Moment verwenden wir induzierte pluripotente Stammzellen, die aus menschlichen Hautzellen gewonnen werden [induzierte pluripotente Stammzellen, oder iPSCs, sind spezialisierte Zellen, die im Labor aus erwachsenen Zellen erzeugt werden und sich dann in jeden Zelltyp im Körper verwandeln können].

Dann können wir IPSCs in Neuronen [Zellen im Nervensystem, die Informationen durch elektrische und chemische Signale übertragen] und Gliazellen [unterstützende Zellen im Nervensystem, die den Neuronen Struktur, Nahrung und Isolierung bieten] differenzieren.

Wir setzen diese Zellen zusammen, sie bilden einen kleinen Gehirnorganoiden, sehr klein – 500 Mikrometer, etwa einen halben Millimeter.

Bis jetzt haben wir ein Bit an Informationen gespeichert.

Stellen Sie sich das wie die Leistung der ersten Quantencomputer vor, die vor 20 Jahren 1 „Qubit“ (Quantenbit) an Daten speichern konnten. Jetzt haben wir unser erstes „Bibit“, also ein biologisches Bit.

Frage: Wie programmiert man diese Neuronen so, dass sie mit Elektronik arbeiten?

Antwort: Ehrlich gesagt, wissen wir das noch nicht ganz genau. Das ist unser Forschungsgebiet. Was ich Ihnen sagen kann, ist unser Ansatz, der einige vorläufige Ergebnisse liefert.

Wir verwenden Stimulation, d. h. wir stimulieren zum richtigen Zeitpunkt mit dem richtigen Muster, um das gewünschte Verhalten zu erzwingen.

Wir haben Elektroden, die mit einem Computer verbunden sind, und entscheiden genau, wann die einzelnen Elektroden stimuliert werden sollen.

Wir setzen KI ein, und interessanterweise verwenden wir manchmal auch künstliche neuronale Netze (ANN).

KI dient dazu, den richtigen Zeitpunkt für das Senden einer bestimmten Strommenge an eine Elektrode zu bestimmen.

Frage: Wie wird das Organoid genau stimuliert?

Antwort: Wir stimulieren das Organoid, indem wir bestimmte Stromstärken an eine Elektrode senden.

Ein anderer Ansatz, den wir verwenden, ist die chemische Stimulation – wir arbeiten derzeit viel mit Dopamin [ein Neurotransmitter im Gehirn, der Stimmung, Motivation und Belohnung beeinflusst].

Wir setzen Dopamin genau zum richtigen Zeitpunkt direkt in das Hirnorganoid frei, indem wir ein Verfahren namens „uncaging“ anwenden.

Wir kapseln Dopamin in einen molekularen Käfig ein, der für das Organoid zunächst unsichtbar ist.

Wenn wir den Organoiden „belohnen“ wollen, setzen wir ihn bestimmten Lichtfrequenzen aus. Dieses Licht öffnet den Käfig, setzt das Dopamin frei und bietet dem Organoid den gewünschten Anreiz.

Organoide Intelligenz und ethische Implikationen

Frage: Wie unterscheidet sich die Intelligenz dieser Organoide von der herkömmlichen künstlichen Intelligenz in Bezug auf ihre Komplexität?

Antwort: Es ist eine Herausforderung, dies zu quantifizieren, aber die neuronalen Netze der KI sind viel einfacher als die biologischen Neuronen, die bei Organoiden verwendet werden.

Jedes Neuron in unserem Gehirn hat etwa 10.000 Verbindungen, was weitaus komplexer ist als alles, was in der konventionellen KI vorkommt.

Außerdem arbeiten Neuronen mit Spikes und senden Signale in alle Richtungen, im Gegensatz zu den festen Input-Output-Modellen der klassischen KI.

Frage: Glauben Sie, dass organoide Intelligenz die menschliche Intelligenz irgendwann übertreffen könnte? Die KI hat den Menschen in bestimmten Bereichen, wie etwa beim Schach, bereits überholt.

Antwort: Es ist ein spekulativer Weg. Die Geschichte zeigt, dass jedes Mal, wenn wir glauben, dass Maschinen die menschliche Intelligenz übertroffen haben, wir feststellen, dass sie es nicht wirklich geschafft haben.

Mit Organoiden verwenden wir echte biologische Komponenten, die eine andere Perspektive bieten.

Es ist jedoch schwer vorherzusagen, ob sie die menschliche Intelligenz jemals übersteigen werden.

Frage: Und die ethischen Überlegungen zur Verwendung von Systemen, die auf lebenden Neuronen basieren? Wie können wir das angehen?

Antwort: Es handelt sich um lebende Systeme, ähnlich wie bei anderen biotechnologischen Anwendungen – zum Beispiel nutzen wir lebende Organismen zur Bierherstellung.

Natürlich sind die ethischen Bedenken umso größer, weil wir menschliche Zellen verwenden. Aus ethischer Sicht ist es interessant, dass all dies ohne die ISPCs nicht möglich wäre.

Ethisch betrachtet dürften wir nicht das Gehirn eines echten Menschen entnehmen, um Experimente durchzuführen.

Mit ein paar Stammzellen können wir Millionen von ihnen herstellen, sie vermehren sich und wir können sie immer wieder verwenden.

Man mag sich fragen, ob wir mit dem technologischen Fortschritt eine Grenze überschreiten, aber ist das sinnvoll? Wohin führt uns die Technologie? Ist sie besser? Leben wir besser?

Die Antwort lautet: Ja, wir leben besser, viel besser – ich bin heute hier viel glücklicher, als ich es vor 1.000 Jahren gewesen wäre.

Dieser Fortschritt kommt mir und der gesamten Menschheit zugute. Es besteht also kein Zweifel, dass die Entwicklung in Richtung Fortschritt für uns von Vorteil ist.

Spekulationen über das Bewusstsein in Organoiden: Prognosen zur KI in der Biotechnologie

Frage: Besteht Ihrer Meinung nach bei der Weiterentwicklung dieser Technologien die Gefahr, dass Organoide ein Gefühl oder ein Bewusstsein entwickeln?

Antwort: Das ist schwer zu sagen. Das Konzept des Bewusstseins ist nicht klar definiert.

In unseren Experimenten arbeiten wir in kleinem Maßstab, und es übersteigt unseren derzeitigen Rahmen, festzustellen, ob Organoide ein Bewusstsein entwickeln können.

Das Verstehen und Definieren des Bewusstseins ist der erste Schritt in solchen Diskussionen.

Frage: Wenn man die Komplexität des menschlichen Gehirns mit der derzeitigen Einfachheit der neuronalen Netze in Organoiden vergleicht, glauben Sie, dass Organoide einen ähnlichen Grad an Komplexität erreichen müssen, um ein Bewusstsein zu entwickeln?

Antwort: Das ist eine vernünftige Annahme, aber sie könnte auch falsch sein.

Wir könnten bessere Chancen haben, diesen Grad an Komplexität zu erreichen, wenn wir biologische Neuronen kultivieren, als wenn wir digitale Computer zur Simulation von künstlichen Neuronen verwenden.

Die Identifizierung des Bewusstseins in Organoiden würde jedoch eine Kommunikationsmethode erfordern, ähnlich wie Babys ihr Unbehagen durch Weinen mitteilen.

Frage: Könnte ein Organoid also theoretisch irgendeine Form von Reaktion oder Kommunikation zeigen?

Antwort: Biomarker könnten auf Reaktionen hinweisen, deren Analyse in Echtzeit jedoch eine Herausforderung darstellt.

Wir könnten die Aktivität und die Spiking-Rate der Neuronen beobachten, aber Parallelen zu menschlichen Gefühlsäußerungen wie Weinen zu ziehen, ist in diesem Stadium spekulativ.

Die Zukunft der KI in der Biotechnologie: Ziele und Projekte von FinalSpark

Frage: Welches Ziel verfolgt FinalSpark in diesem Bereich, und wie stellen Sie sich den Einsatz dieser Technologie in der Zukunft vor?

Antwort: Das ultimative Ziel ist die Entwicklung von Maschinen mit einer Form von Intelligenz. Wir wollen eine echte Funktion schaffen, etwas Nützliches.

Stellen Sie sich vor, Sie geben dem Organoiden ein Bild ein, und er reagiert darauf und erkennt Objekte wie Katzen oder Hunde.

Im Moment konzentrieren wir uns auf eine bestimmte Funktion – die erhebliche Verringerung des Energieverbrauchs, der möglicherweise millionen- bis milliardenfach geringer ist als bei digitalen Computern.

Eine praktische Anwendung könnte daher das Cloud-Computing sein, bei dem diese neuronenbasierten Systeme deutlich weniger Energie verbrauchen.

Dies bietet eine umweltfreundliche Alternative zur herkömmlichen Datenverarbeitung.

Letztlich birgt die Zukunft der KI in der Biotechnologie ein riesiges Potenzial für verschiedene Anwendungen, weil sie eine völlig neue Sichtweise auf Neuronen darstellt.

Das ist so, als hätten die Erfinder des Transistors nichts vom Internet gewusst.

Frage: Gibt es weitere Projekte bei FinalSpark?

Antwort: Ja, es gibt etwas Interessantes zu berichten. Die COVID-19-Pandemie hatte erhebliche Auswirkungen auf uns.

Wir hatten nur begrenzten Zugang zu unserem Labor, was uns dazu veranlasste, unsere Abläufe zu automatisieren und alles aus der Ferne zu betreiben.

Nach drei Jahren war unser Labor vollständig fernbedienbar. Diese Entwicklung machte uns klar, dass, wenn wir von zu Hause aus arbeiten, auch Forschungsgruppen auf der ganzen Welt unsere Neuronen nutzen können.

Wir haben diese Möglichkeit für die Wissenschaftlergemeinschaft geöffnet und Antworten von 32 Forschungsteams erhalten. Aufgrund des großen Interesses haben wir fünf dieser Projekte ausgewählt.

Derzeit nutzen drei Anwendungen aktiv unsere Laboreinrichtungen aus der Ferne, jeweils eine in Frankreich, England und den USA.

Diese Forschungsteams führen Experimente mit unseren Neuronen durch, erzielen Ergebnisse und fördern durch ihre Arbeit das wissenschaftliche Verständnis.

Die Idee ist, ein kollaboratives und zugängliches Forschungsumfeld zu fördern.

Über Fred Jordan

Dr. Fred Jordan ist ein französischer Physiker mit einem Doktortitel in Signalverarbeitung.

Seine zwei Jahrzehnte währende Karriere zeigt sein vielseitiges Fachwissen in den Bereichen Digitaltechnik, Signalverarbeitung und innovative Forschung.

Er und sein Geschäftspartner Martin Kutter gründeten ihr erstes Unternehmen, AlpVision, im Jahr 2000.

Diese Firma ist für ihre einzigartige Technologie bekannt, die mithilfe einer Smartphone-App zwischen echten und gefälschten Produkten unterscheidet. Jordan ist der Geschäftsführer dieses Unternehmens.

Jordan und Kutters Leidenschaft für die Forschung brachte sie dazu, ein weiteres Projekt, FinalSpark, zu starten.

FinalSpark ist ein fortgeschrittenes Forschungs- und Entwicklungsprogramm, das risikoreich ist und viel Engagement erfordert. Deshalb setzen sie ihr eigenes Geld von AlpVision zur Finanzierung des Projekts ein.