Ce qui demandait auparavant des mois, voire des années de travail spécialisé en laboratoire peut désormais s’effectuer en quelques heures ou jours grâce à sa plateforme intégrée.
Alors que les entreprises du monde entier se livrent une course pour construire davantage de centres de données afin d’alimenter les modèles d’intelligence artificielle (IA), des chercheurs étudient la possibilité d’utiliser des cellules humaines vivantes dans des systèmes informatiques.
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Une start-up australienne affirme avoir mis au point le premier appareil au monde permettant aux utilisateurs de « faire tourner du code » sur des cellules cérébrales humaines vivantes.
Cortical Labs a développé un système qui associe des neurones cultivés en laboratoire à du matériel en silicium, ce qui permet d’explorer des applications allant des neurosciences et de la modélisation des maladies à la robotique et à l’intelligence artificielle (IA).
Ce système, baptisé CL1, consiste à développer des neurones à partir de cellules souches puis à les déposer sur des puces capables d’envoyer et de recevoir des signaux électriques.
« Nous utilisons ces cellules dans une logique d’ingénierie pour construire quelque chose qui n’a encore jamais vraiment existé et qui pourrait présenter des propriétés dont nous n’avons encore jamais pu tirer parti. Et, jusqu’à présent, les résultats sont très enthousiasmants », explique Brett J. Kagan, directeur scientifique et directeur des opérations de Cortical Labs, à Euronews Next.
« Il suffit d’un peu de sang ou de peau pour générer une quantité illimitée de ces cellules, que l’on peut ensuite transformer en neurones », ajoute Kagan.
L’entreprise affirme travailler à la mise en place d’infrastructures de calcul biologique à Melbourne et à Singapour, où plusieurs unités de son système pourraient être installées et accessibles à distance.
En quoi est-il différent d’une puce en silicium classique ?
CL1 permet aux utilisateurs d’interagir directement avec les neurones, en leur envoyant des signaux électriques en entrée et en interprétant en temps réel la manière dont les cellules réagissent.
Comme les systèmes informatiques classiques, il utilise des puces en silicium, mais celles-ci sont dotées de microélectrodes qui communiquent avec les neurones vivants, en envoyant des signaux et en lisant leurs réponses dans le cadre du calcul.
Contrairement aux ordinateurs traditionnels à base de silicium, ce système de la taille d’une boîte à chaussures s’appuie sur des cultures de cellules vivantes qui doivent baigner dans un liquide riche en nutriments pour survivre, une approche parfois qualifiée de « wetware ».
Environ 120 unités de ce type de système font déjà fonctionner un petit centre de données à Melbourne, en Australie, selon Cortical Labs.
Si l’idée de cultiver des neurones en laboratoire n’est pas nouvelle, Cortical Labs affirme avoir innové en standardisant un système qui facilite la connexion des cultures cellulaires à des interfaces électroniques, sans recourir à des installations de laboratoire complexes et conçues sur mesure.
Une efficacité tirée de la biologie humaine
Ce qui nécessitait auparavant des mois, voire des années de travail en laboratoire spécialisé peut désormais être réalisé en quelques heures ou quelques jours grâce à cette plateforme intégrée, affirme l’entreprise.
Interagir avec des neurones biologiques de cette façon pourrait rendre l’informatique plus économe en énergie et plus adaptable que les systèmes classiques.
« La biologie est incroyablement économe en énergie. Nous, les humains, n’avons pas besoin d’énormes quantités de données », explique Kagan.
« J’ai une petite fille, et pour qu’elle apprenne ce qu’est un chien, il lui suffit de voir quelques images de chien. L’apprentissage automatique a besoin de dizaines de milliers, voire de centaines de milliers d’exemples, selon la tâche. Et nous sommes aussi capables de gérer l’incertitude, des informations bruitées », ajoute-t-il.
L’utilisation de cellules d’origine humaine pourrait également avoir des applications en recherche. Parce que les neurones sont cultivés à partir d’échantillons de donneurs, ils peuvent refléter des caractéristiques génétiques et permettre aux scientifiques d’étudier, en laboratoire, la façon dont les cellules réagissent à différents traitements.
Cela dit, les ordinateurs classiques à base de silicium restent nettement plus efficaces pour effectuer des calculs mathématiques précis et rapides, souligne Kagan. Les avancées des systèmes d’IA actuels atteignent peut-être leurs limites pratiques, car ils exigent des volumes de données et une puissance de calcul toujours plus importants.
Selon le cofondateur, les systèmes de demain devraient plutôt combiner approches biologiques et silicium afin d’atteindre des performances qu’aucune des deux ne permettrait d’obtenir seule.
« L’avenir de l’informatique, c’est le moment où nous serons capables d’exploiter tous les outils dont nous disposons pour obtenir le meilleur résultat ».
Certains experts reconnaissent que les systèmes biologiques offrent des atouts comme une faible consommation d’énergie et une grande capacité d’adaptation, mais s’interrogent sur la portée réelle des approches actuelles.
« Si vous ne faites appel qu’à un réseau plat de neurones humains, je ne pense pas qu’il présente d’avantages majeurs par rapport aux systèmes traditionnels à base de silicium », estime Alysson R. Muotri, directeur du Sanford Stem Cell Education and Integrated Space Stem Cell Orbital Research (ISSCOR) Center de l’Université de Californie à San Diego, aux États-Unis, interrogé par Euronews Next.
Selon lui, des structures cérébrales tridimensionnelles plus complexes, dites organoïdes, offriraient un potentiel bien plus important, même si elles restent pour l’instant expérimentales.
Des questions éthiques autour de la biologie dans l’informatique
L’utilisation de cellules humaines en informatique soulève des questions éthiques, même si les chercheurs estiment que le degré de préoccupation dépend de la complexité du système.
Muotri affirme ne pas voir de problème majeur avec des réseaux simples de neurones humains, comme ceux utilisés par des entreprises telles que Cortical Labs.
Il avertit toutefois que des structures cérébrales plus complexes pourraient poser problème.
« L’organisation anatomique de ce tissu… peut probablement générer une forme d’expérience dans une boîte de Petri », explique-t-il. « Cela pourrait créer une sorte de conscience… et certaines personnes pourraient être mal à l’aise à l’idée de le savoir. »
De telles préoccupations, ajoute-t-il, pourraient nécessiter de nouvelles règles et un contrôle renforcé à mesure que la technologie progresse.
Kagan estime que l’approche de Cortical Labs pourrait présenter des avantages éthiques, en réduisant notamment le recours à l’expérimentation animale et en offrant un meilleur contrôle sur les systèmes biologiques.
« Nous pensons qu’il s’agit d’une approche bien meilleure », conclut-il.