Výzkum organických počítačů postupuje, praktické využití je ale daleko

Nejde o nadsázku. Jedna firma, která takovou službu nabízí, sídlí například v městečku na břehu Ženevského jezera. Týmy výzkumníků z celého světa si mohou zaplatit přístup k jejím systémům a posílat úkoly chuchvalcům živých neuronů. Biologické útvary velké asi jako zrnko písku dokážou přijímat elektrické signály a reagovat na ně podobně, jako to dělají běžné počítače.

Existence „wetware“ neboli biopočítačů se může zdát neuvěřitelná. V několika akademických laboratořích a startupech se ale odborníci už dnes pokoušejí přeměnit lidské neurony na funkční výpočetní zařízení. Cílem je vytvořit biologický ekvivalent tranzistoru a jednoho dne možná nabídnout výkon podobný křemíkovým superpočítačům – ovšem s výrazně menší spotřebou.

Motivací pro tento na první pohled bizarní výzkum není jen akademická zvědavost. Jde o možné řešení jednoho z nejpalčivějších problémů moderních technologií: obrovské a neustále rostoucí potřeby energie.

IT specialisté s obdivem hledí k úžasné efektivitě lidského mozku. Ten běží na „příkonu“ méně než 20 wattů – což je výkon, který jinak stačí sotva na roztočení malého stolního ventilátoru. Přesto dokážou miliardy neuronů v naší hlavě zpracovat objem dat odpovídající zhruba miliardě miliard (tedy „exa“) matematických operací za sekundu.

Nejlepší moderní superpočítače se této rychlosti sice dokážou vyrovnat, ovšem s násobně vyšší spotřebou energie (údajně cca milionkrát vyšší). Cesta k výkonnějším strojům založeným na křemíku je energeticky neudržitelná zejména v éře rozvoje AI nástrojů, jejichž trénink vyžaduje stále více výpočetních zdrojů.

Proto se hledají alternativy. První, umírněnější cestou je takzvané neuromorfní počítání. To se snaží mimořádně efektivní strukturu mozku napodobit pomocí křemíkových čipů. Inspiruje se tím, jak se propojují neurony. Biologické počítače představují radikálnější přístup. Místo aby mozek napodobovaly v křemíku, snaží se přimět k výpočtům samotné neurony.

Jak takový biologický počítač vzniká? Proces jako ze sci-fi románu začíná u suroviny zvané indukované pluripotentní kmenové buňky, známé pod zkratkou iPS.

Tyto buňky lze v laboratoři „přeprogramovat“ zpět do univerzálního stavu, z něhož se pak mohou vyvinout téměř v jakýkoli typ buňky v těle. To znamená, že s vhodným „nastavením“ lze danou buňku donutit k téměř jakékoliv z mnoha specializovaných činností, které jsou zapotřebí, aby naše tělo fungovalo.

Vědci tyto buňky kultivují a pomocí pečlivě namíchaného koktejlu živin a růstových faktorů je přimějí, aby se proměnily (tzv. diferencovaly) právě v mozkové buňky. Cílem je vypěstovat nejen samotné neurony, ale také podpůrné buňky, které jsou pro jejich funkci klíčové, jako jsou astrocyty nebo oligodendrocyty.

Nejčastějším přístupem je kultivace buněk do trojrozměrných shluků, kterým odborníci říkají organoidy. Tato 3D struktura se podobá miniaturnímu kousku mozkové tkáně. Aby bylo možné s organoidem komunikovat, usadí se na speciální podložku – pole mikroelektrod. To slouží jako obousměrné rozhraní pro čtení i zápis.

Když chce výzkumník organoidu položit otázku nebo zadat úkol, vyšle do něj skrze elektrody sérii elektrických pulzů. Tyto signály mění způsob, jakým ionty proudí dovnitř a ven z neuronů. Pokud je stimulace dostatečně silná nebo správně načasovaná, některé neurony v reakci „vypálí“ svůj vlastní elektrický impulz.

Elektrody na podložce dokážou odpovědi detekovat a zaznamenat. Specializovaný software pak analyzuje vzorce aktivity neuronů. Algoritmy se snaží v elektrickém šumu najít řád a převést biologickou odpověď na použitelnou informaci.

Dosavadní výsledky jsou sice omezené, ale fascinující. Současné biopočítače se neumí „učit“ v lidském slova smyslu. Jejich reakce mají zatím více společného s reflexy – podobně jako když lékař poklepe pacientovi na koleno – než s komplexními procesy rozhodování, které se odehrávají v mozku.

Zřejmě nejznámější demonstrací tohoto principu je experiment z roku 2022, který provedli vědci z firmy Cortical Labs v australském Melbourne. Použili plošší, 2D sítě buněk vypěstované v miskách. Tyto kultury následně propojili s počítačem, na kterém běžela klasická videohra ze 70. let Pong.

Cílem bylo přimět buňky, aby ovládaly virtuální pálku a odrážely míček. Nešlo ovšem o myšlení nebo vědomou hru. Vědci vsadili na chytrý systém zpětné vazby, který využívá přirozené tendence mozkových buněk. Když buňky (zpočátku čistě náhodnými výboji) posunuly pálku správným směrem a zasáhly míček, systém je „odměnil“ tím, že jim poslal organizovaný, předvídatelný elektrický signál. Pokud se naopak spletly a pálku posunuly špatně, byly „potrestány“ dávkou chaotického, nepředvídatelného elektrického šumu.

Mozkové buňky mají tendenci opakovat aktivitu, která vede k předvídatelnému výsledku. Postupem času se tedy síť neuronů „naučila“ zasahovat míček častěji, aby se vyhnula nepříjemnému chaosu a dosáhla preferovaného řádu.

Posun přinesl pokus publikovaný v srpnu 2025. Tým vedený Benjaminem Wardem-Cherrierem z univerzity v Bristolu využil právě „trojrozměrné“ organoidy pronajaté online od švýcarské firmy FinalSpark. Shluky obsahovaly přibližně 10 000 neuronů.

Robot vybavený citlivým hmatovým senzorem nejprve fyzicky „přečetl“ jednotlivá písmena Braillova písma. Data z každého písmene pak vědci převedli na unikátní vzor elektrických pulzů, který se lišil například v načasování nebo intenzitě signálů. Tento specifický vzor následně vyslali přímo do organoidu.

Cílem bylo zjistit, zda organoid na různá písmena reaguje odlišně a zda jsou jeho odpovědi konzistentní. Výsledky byly povzbudivé. Jeden organoid dokázal vytvořit správnou, charakteristickou odpověď pro dané písmeno v průměru v 61 procentech případů. Když vědci zkombinovali a zprůměrovali odpovědi ze tří různých organoidů, aby odfiltrovali náhodný šum, úspěšnost rozpoznání vzrostla na 83 procent.

Organické „minipočítače“ prokázaly, že jsou schopné provést jednoduchou výpočetní úlohu: Rozlišit a identifikovat různé vstupní signály. Dalším krokem by podle vyjádření autorů pro časopis Nature mohlo být vytvoření uzavřené smyčky, kde by odpověď organoidu sloužila jako instrukce pro robota – například „přečti to písmeno znovu“.

Právě skutečnost, že vstupem i výstupem jsou jednoduché elektrické signály, umožňuje snadný dálkový přístup přes web. Experiment s Braillovým písmem je toho důkazem: Robot byl fyzicky v Bristolu ve Velké Británii, ale organoidy, které zpracovávaly data, sídlily ve švýcarském městě Vevey.

Akademický výzkum se rychle mění v byznys. Zmíněná firma FinalSpark nabízí online přístup ke svým organoidům ve dvou režimech. Vybrané akademické skupiny mají přístup zdarma. Komerční klienti si pak mohou za měsíční poplatek 5000 amerických dolarů pronajmout exkluzivní online přístup k vlastnímu organoidnímu systému. Zakladatel firmy Fred Jordan přiznává, že systémy jsou „z praktického hlediska zatím k ničemu“, ale věří, že jde o první krok směrem k reálné aplikaci.

Australská společnost Cortical Labs jde ještě o krok dál. Místo pouhého pronájmu rovnou prodává hardware. Její zařízení s názvem CL1, které firma označuje za „první biologický počítač na světě“, stojí 35 000 dolarů. Zařízení kombinuje jamky s kultivovanými neurony a rozhraní, které uživatelům umožňuje zadávat příkazy a analyzovat odpovědi.

Zákazníky jsou podle firmy nejen neurovědecké laboratoře, ale i vývojáři zkoumající využití neuronů pro zábavní aplikace včetně her nebo „experimentálních hudebních produktů“. Vědecký ředitel Cortical Labs Brett Kagan argumentuje, že jejich 2D přístup je v praxi jednodušší a lépe „řiditelný“. Tým dokonce publikoval studii, ve které tvrdí, že se jejich neuronové systémy učí efektivněji než některé stávající systémy umělé inteligence.

Obor je teprve v plenkách a vůbec není jasné, jakým směrem se vydá. Přesto už se nevyhnul kontroverzím. O největší se postaral zmíněný Brett Kagan a jeho tým. Když v roce 2022 publikovali článek o hře Pong, použili v jeho názvu slovo „sentience“, které lze přeložit jako „vědomí“.

Reakce vědecké komunity byla okamžitá a ostrá. Třicet předních výzkumníků zveřejnilo společnou odpověď, ve které použití tohoto termínu označilo za nevhodné a nepodložené prezentovanými údaji. Varovali, že podobná přehnaná tvrzení vystavují celou oblast výzkumu zbytečnému riziku přísných regulací. Kagan se hájil tím, že termín myslel v jeho nejužším technickém smyslu reakce na smyslové vjemy, ale později připustil, že by ho s nabytými zkušenostmi znovu nepoužil.

Není pochyb o tom, že pokud například tvrzení některých vědců (za ochotné pomoci hledačů senzací v médiích či na sociálních sítích) vytvoří u veřejnosti dojem, že v laboratořích vznikají „mozky ve sklenici“, může to vyvolat morální paniku. Tato panika by mohla vést k plošným regulacím, které by paradoxně zastavily i klíčový lékařský výzkum. Ten se přitom snaží pomoci lidem tím, že modeluje například vývojové poruchy mozku.

Navíc zrovna v tomto případě nešlo o žádný pádný důkaz úžasných hmotností „živé hmoty“. Jiná studie z roku 2024 totiž ukázala, že hrát Pong se s pomocí podobného mechanismu zpětné vazby může „naučit“ i nebiologický hydrogel bez jediného neuronu. To, co v experimentech vypadá jako učení, může být jen jednoduchá fyzikální odezva materiálu na vnější podněty nebo šum.

Křemíkové počítače v dohledné době do starého železa patřit nebudou. Aby se biopočítače posunuly od reflexů ke skutečnému učení, musí vědci zjistit, jak v organoidech simulovat procesy, které stojí za pamětí. Některé týmy experimentují například s podáváním neurotransmiterů, jako je dopamin, které v mozku posilují spojení mezi neurony (synapse) a jsou biologickým základem učení.

V tuto chvíli vůbec není jasné, kam bude výzkum postupovat. Na jedné straně stojí optimisté, kteří věří, že organoidy v sobě nesou „základy lidského intelektu“ a mohly by konkurovat třeba i kvantovým počítačům (dodejme ovšem, že ty ve většině ohledů „křemík“ v dohledné době ani zdaleka nedoženou). Jeden tým z univerzity v Kalifornii už dokonce pracuje na projektu, v jehož rámci mají organoidy předpovídat šíření případných ropných skvrn v Amazonii.

Opačný tábor tvoří skeptici, kteří nabádají k opatrnosti a zpochybňují samotné základy těchto experimentů. Vždyť co může být výjimečného na výkonech, které s trochou „motivace“ zvládne i kus sulcu.

V plné verzi newsletteru TechMIX toho najdete ještě mnohem víc. Přihlaste se k odběru a budete ho dostávat každou středu přímo do své e-mailové schránky.