Ilmuwan Ciptakan Otak Mini untuk Komputer

Hal ini juga dapat memberikan lebih banyak wawasan tentang bagaimana otak manusia beroperasi dan bagaimana otak manusia dipengaruhi oleh kondisi neurodegeneratif, seperti penyakit Alzheimer dan Parkinson.

Untuk studi baru, yang diterbitkan di jurnal Nature Electronics, para peneliti menggunakan teknik yang disebut komputasi reservoir; dalam konteks ini, organoid berfungsi sebagai "reservoir". Dalam sistem seperti itu, reservoir menyimpan informasi dan bereaksi terhadap informasi yang dimasukkan.

Sebuah algoritme belajar untuk mengenali perubahan yang dipicu dalam reservoir oleh input yang berbeda dan kemudian menerjemahkan perubahan ini sebagai output.

Dengan menggunakan kerangka kerja ini, para peneliti memasang organoid otak ke dalam sistem ini dengan memasoknya dengan input listrik yang dikirim melalui elektroda.

"Pada dasarnya, kita dapat menyandikan informasi - seperti gambar atau informasi audio - ke dalam pola temporal-spasial stimulasi listrik," kata salah satu penulis studi, Feng Guo, seorang profesor teknik sistem cerdas di Indiana University Bloomington.

Dengan kata lain, organoid merespons secara berbeda tergantung pada waktu dan distribusi spasial listrik dari elektroda. Algoritme belajar menafsirkan respons listrik organoid terhadap rangsangan tersebut.

Meskipun organoid otak jauh lebih sederhana daripada otak yang sebenarnya - organoid pada dasarnya adalah sebuah bola kecil dari sel-sel otak - organoid memiliki kemampuan untuk beradaptasi dan berubah sebagai respons terhadap rangsangan.

Respons dari berbagai jenis sel otak, sel pada tahap perkembangan yang berbeda, dan struktur seperti otak dalam organoid memberikan analog kasar dengan cara otak kita berubah sebagai respons terhadap sinyal listrik. Perubahan-perubahan dalam otak tersebut mendorong kemampuan kita untuk belajar.

Dengan menggunakan perangkat keras yang tidak biasa ini, para peneliti melatih algoritma hibrida mereka untuk menyelesaikan dua jenis tugas: satu yang berkaitan dengan pengenalan suara dan satu lagi dengan matematika.

Pada tugas pertama, komputer menunjukkan akurasi sekitar 78 persen dalam mengenali suara vokal bahasa Jepang dari ratusan sampel audio. Dan itu cukup akurat dalam menyelesaikan tugas matematika, tetapi sedikit lebih rendah daripada jenis pembelajaran mesin tradisional.

Pertama Kali Organoid Otak Digunakan

Penelitian ini menandai pertama kalinya organoid otak digunakan dengan AI, tetapi penelitian sebelumnya telah menggunakan jenis jaringan saraf yang ditanam di laboratorium dengan cara yang sama.

Sebagai contoh, para ilmuwan telah menjalin jaringan otak dengan suatu bentuk pembelajaran penguatan, suatu jenis pembelajaran mesin yang mungkin memiliki lebih banyak kesamaan dengan cara manusia dan hewan lain belajar daripada komputasi reservoir.

Penelitian di masa depan dapat mencoba menggabungkan organoid otak dengan pembelajaran penguatan, kata Lena Smirnova, asisten profesor kesehatan lingkungan dan teknik di Johns Hopkins University yang ikut menulis komentar tentang studi baru ini.

Salah satu keuntungan menciptakan biokomputer adalah efisiensi energi, karena otak kita menggunakan energi yang jauh lebih sedikit daripada sistem komputasi canggih saat ini. Namun, Smirnova mengatakan bahwa mungkin butuh waktu beberapa dekade sebelum teknologi seperti ini dapat digunakan untuk menciptakan biokomputer yang dapat digunakan secara umum.

Meskipun organoid belum mendekati replikasi otak manusia seutuhnya, Smirnova berharap teknologi ini akan memberikan para ilmuwan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana otak bekerja, termasuk pada penyakit seperti Alzheimer.

Mereplikasi struktur otak (dengan organoid) dan fungsi (dengan komputasi) dapat memungkinkan para peneliti untuk lebih memahami bagaimana struktur otak terkait dengan pembelajaran dan kognisi, misalnya.

Seperti organoid pada umumnya, sistem komputasi ini diharapkan dapat membantu menggantikan pengujian obat pada hewan, tambah Smirnova, yang menimbulkan masalah etika dan tidak selalu memberikan hasil yang berguna karena hewan sangat berbeda dengan manusia.

Memasukkan organoid yang berasal dari jaringan otak manusia ke dalam pengujian obat dapat membantu menutup kesenjangan tersebut.