Thí nghiệm nuôi não mini để vận hành máy tính sinh học

Não mini từ tế bào gốc

Tại thị trấn Vevey (bang Vaud, Thụy Sĩ), phòng thí nghiệm FinalSpark do tiến sĩ Fred Jordan đồng sáng lập đang gây chú ý khi nuôi cấy thành công những bộ não tí hon (organoid) từ tế bào gốc, với tham vọng xây dựng máy tính sinh học có khả năng học hỏi và tiêu thụ ít năng lượng hơn so với các siêu máy chủ hiện tại.

Quy trình bắt đầu bằng việc sử dụng tế bào gốc từ da người, được mua từ phòng khám ở Nhật Bản. Dưới bàn tay của tiến sĩ Flora Brozzi – nhà sinh vật học tế bào tại FinalSpark – những tế bào này phát triển thành các khối cầu trắng nhỏ, mỗi khối chứa hàng nghìn neuron và tế bào hỗ trợ, mô phỏng cấu trúc cơ bản của não bộ.

Sau vài tháng nuôi cấy, organoid sẽ được gắn vào điện cực để thử nghiệm. Khi được kích thích điện, chúng có thể phản ứng lại với những tín hiệu đơn giản, tạo ra dữ liệu hiển thị trên màn hình giống như điện não đồ. Đây được coi là bước khởi đầu quan trọng cho mục tiêu dài hạn: khiến neuron trong máy tính sinh học có thể tự học hỏi và thích ứng nhằm thực hiện nhiệm vụ một cách thông minh.

Thách thức lớn hiện nay là duy trì sự sống của những bộ não mini. FinalSpark cho biết, trong 4 năm qua, họ đã nâng thời gian tồn tại của organoid lên đến 4 tháng, ghi nhận nhiều hoạt động giống nhịp tim hoặc sóng não trước khi chúng ngừng hoạt động. Đây là những tín hiệu hứa hẹn cho tương lai của máy tính sinh học.

Ứng dụng và thách thức của máy tính sinh học

Máy tính sinh học là khái niệm không mới, nhưng nghiên cứu ở FinalSpark đang chứng minh tiềm năng to lớn của nó. So với chip silicon, não bộ tiêu thụ năng lượng cực kỳ hiệu quả, có khả năng xử lý song song và thích ứng liên tục. Chính vì vậy, nếu thành công, công nghệ này có thể giảm tiêu thụ năng lượng khổng lồ trong các trung tâm dữ liệu AI hiện nay.

Tuy nhiên, việc phát triển máy tính sinh học vẫn ở giai đoạn sơ khai. Các organoid hiện nay còn kém xa não người về độ phức tạp, và khả năng “học” vẫn hạn chế. Tiến sĩ Lena Smirnova (Đại học Johns Hopkins, Mỹ) nhận định: “Máy tính sinh học sẽ hỗ trợ chứ chưa thể thay thế chip silicon. Tuy nhiên, nó sẽ hữu ích trong việc lập mô hình bệnh thần kinh và giảm phụ thuộc vào thí nghiệm trên động vật.”

Trên thế giới, nhiều tổ chức cũng theo đuổi hướng đi này. Cortical Labs (Australia) từng khiến dư luận xôn xao khi phát triển neuron nhân tạo có thể chơi game Pong. Trong khi đó, các nhà khoa học Mỹ tại Johns Hopkins đang dùng organoid để nghiên cứu các bệnh thần kinh như Alzheimer và tự kỷ.

Điểm đặc biệt trong nghiên cứu của FinalSpark là khả năng triển khai nhanh và linh hoạt. Ngày 27/9, nhóm đã đưa hai robot gắn organoid tới bờ biển Bắc Carolina chỉ trong vòng 48 giờ để theo dõi bão Imelda. Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi, từ dự báo thiên tai cho đến vận hành dữ liệu phức tạp.

Mặc dù còn nhiều thách thức, giới khoa học tin rằng não mini và máy tính sinh học sẽ trở thành một phần quan trọng của hạ tầng công nghệ tương lai. Không chỉ giúp giảm chi phí và năng lượng, chúng còn mở ra cánh cửa mới để con người hiểu rõ hơn về hoạt động của não bộ – “máy tính sinh học hoàn hảo” nhất mà tự nhiên từng tạo ra.