칩에 담긴 인간 뇌세포 판매...세계 최초 바이오컴퓨팅 플랫폼 출시 Human Brain Cells on a Chip for Sale

생물학적 회로 약물 발견 신경형 컴퓨팅 강화 학습

마치 공상과학 소설 에서 튀어나온 듯한 , 호주 스타트업 코티컬 랩스(Cortical Labs)가 세계 최초의 코드 배포형 생물학적 컴퓨터를 출시했습니다. 3월에 출시된 CL1은 실리콘 칩에 인간의 뇌 세포를 융합시켜 밀리초 미만의 전기적 피드백 루프를 통해 정보를 처리합니다.

Human Brain Cells on a Chip for Sale

https://spectrum.ieee.org/biological-computer-for-sale

신경과학 및 생명공학 연구 도구로 설계된 CL1은 뇌 세포가 자극을 처리하고 반응하는 방식을 연구하는 새로운 방식을 제시합니다. 기존의 실리콘 기반 시스템과 달리, 이 하이브리드 플랫폼은 실시간으로 외부 입력에 적응하고, 학습하고, 반응할 수 있는 살아있는 인간 뉴런을 사용합니다.

런던대학교(UCL)의 이론 신경과학자 칼 프리스턴 은 "어떤 관점에서 보면 [CL1]은 최초의 상용 생체모방 컴퓨터, 즉 실제 뉴런을 사용하는 신경모사 컴퓨팅의 궁극으로 볼 수 있습니다."라고 말합니다 . "하지만 이 기술의 진정한 선물은 컴퓨터 과학에 있는 것이 아닙니다. 오히려 과학자들이 작은 합성 뇌를 대상으로 실험을 수행할 수 있도록 하는 기술입니다."

첫 115대는 올여름부터 배송될 예정이며, 가격은 개당 35,000달러, 30대 서버 랙 구매 시 20,000달러입니다. Cortical Labs는 또한 클라우드 기반 "Wetware-as-a-Service"를 개당 주 300달러에 제공하여 사내 세포 배양 시스템에 원격으로 접근할 수 있도록 지원합니다.

각 CL1에는 실제 성인 기증자의 피부 또는 혈액 샘플을 재프로그래밍하여 실험실에서 배양한 80만 개의 인간 뉴런이 들어 있습니다. 이 세포들은 최대 6개월 동안 생존하며 , 영양분을 공급하고, 온도를 조절하고, 노폐물을 걸러내고, 체액 균형을 유지하는 생명 유지 시스템을 통해 영양을 공급받습니다. 그동안 뉴런들은 신호를 발화하고 해석하며, 각각의 상호작용에 적응합니다.

CL1은 에너지 효율과 하드웨어 설치 공간이 작아 장시간 실험에 적합합니다. CL1 랙은 850~1,000와트의 전력을 소비하는데, 이는 AI 워크로드를 실행하는 데이터 센터에 필요한 수십 킬로와트 보다 훨씬 낮습니다.

"뇌세포는 더 넓은 네트워크와 소통하기 위해 작은 전기 펄스를 생성합니다."라고 Cortical Labs의 최고 과학 책임자인 브렛 케이건은 말합니다 . "정보 조각을 나타내는 작은 전기 펄스를 입력하고 그 반응을 읽는 방식으로 비슷한 작업을 수행할 수 있습니다. CL1은 여러 계층의 펌웨어 와 하드웨어가 상호 작용하는 방식으로 추상화된 간단한 코드를 사용하여 실시간으로 이를 수행합니다. 밀리초 미만의 루프가 정보를 읽고, 이에 따라 작동하며, 세포 배양액에 새로운 정보를 기록합니다."

호주에 본사를 둔 Cortical Labs는 최근 대당 가격이 35,000달러인 세계 최초의 바이오컴퓨터를 출시했습니다. 코티컬 랩스

약물 발견을 위한 칩 위의 뇌

케이건은 코티컬 랩스가 대학, 스타트업 , 정부 기관 등에서 신약 개발, 신경계산, AI 가속, 비트코인 채굴 등의 분야에 대한 관심을 크게 받고 있다고 밝혔습니다. 음악 및 엔터테인먼트 업계의 여러 유망 기업들도 코티컬 랩스에 연락을 취했으며, 생물학적 컴퓨팅과 실험 예술을 결합하는 협업을 모색하고 있습니다. 예를 들어, 최근 프로젝트 에서는 사망한 작곡가의 뇌 세포와 연결하기 위해 CL-1을 사용하는 것을 고려했지만, 결국 다른 시스템을 선택했습니다.

코티컬 랩스는 CL1을 간질 이나 알츠하이머병과 같은 질환을 표적으로 하는 신약 개발 및 질병 모델링을 위한 기반 "플랫폼 기술"로 보고 있습니다. 케이건은 "인간의 뇌 세포를 정보 처리 장치로 사용하기 때문에 다양한 기증자나 세포주를 활용하여 질병이나 개인차를 나타낼 수 있는 유전적 연관성을 찾을 수 있습니다."라고 말합니다.

케이건은 신경정신과 약물이 임상 시험에서 가장 높은 실패율을 보이는 요인 중 하나라고 지적합니다. 그 이유는 기존의 전임상 모델이 실제 뇌 세포 기능, 즉 세포가 실시간 정보를 처리하는 방식을 제대로 포착하지 못하기 때문입니다. 그는 "이 모델을 테스트하려면 실제로 저희와 같은 장치가 필요합니다."라고 말하며, "계산을 테스트할 수는 있지만, 계산은 세포의 실제 기능을 테스트하는 방법이므로 질병 내 기능을 회복할 수 있는지 확인할 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.

최근 발표된 체외 간질 모델을 사용한 논문에서, CL1은 손상된 신경 배양에서 기능을 회복시켰습니다. 케이건은 "간질 세포는 게임을 잘하는 법을 배우지 못하지만, 세포 배양에 항간질제를 투여하면 이전에는 접근하기 어려웠던 다양한 지표뿐만 아니라 더 나은 학습 능력을 갑자기 얻을 수 있습니다."라고 말합니다.

코티컬 랩스의 실험실에서 배양된 뉴런은 전극 배열에 존재합니다. 코티컬 랩스

CL1은 Cortical Labs의 최초 DishBrain 프로토타입을 기반으로 합니다. 이 프로토타입은 세포 배양을 통해 시뮬레이션 환경에서 고전 아케이드 게임 " 퐁 "을 플레이하도록 훈련시켰습니다. 세포 배양은 공을 추적하고 패들을 조종하는 법을 학습하여 시험관 내에서 목표 지향적 행동을 보였습니다.

2022년 Neuron 논문 은 게임 플레이 후 몇 분 이내에 학습이 이루어졌으며, 뉴런이 스스로 조직화되고 감각 피드백에 적응한다고 보고했습니다. Cortical Labs는 다른 실험에서 이러한 생물학적 네트워크가 샘플 효율성과 학습 향상 측면에서 심층 강화 학습 알고리즘 보다 우수한 성능을 보이는 경우가 많다는 것을 발견했습니다 .

디쉬브레인(DishBrain)의 개념 증명은 칼 프리스턴(Karl Friston)의 자유 에너지 원리를 적용하여 능동적 추론(피드백을 통해 놀라움을 최소화하는 뇌의 메커니즘)이 생물학적 신경계에서 나타날 수 있는지 시험했습니다. 2000년대 중반 이 프레임워크를 개발한 프리스턴은 이제 코티컬 랩스(Cortical Labs)의 CL1 기술을 "놀라운 업적"이자 "수년간의 이론 및 생물물리학적 혁신의 정점"이라고 칭합니다.

프리스턴은 "이를 통해 사람들은 자극, 약물, 그리고 합성 손상이 폐쇄 루프 환경에서 신경 회로가 어떻게 학습하고 반응하는지에 미치는 영향을 연구할 수 있습니다. 폐쇄 루프 환경에서 신경망은 시뮬레이션된 세계와 상호 교환을 합니다."라고 덧붙였습니다. "간단히 말해, 실험가들은 이제 철학자들이 수십 년 동안 꿈꿔왔던 '통 속의 뇌'를 손에 쥐게 되었습니다."

Human Brain Cells on a Chip for Sale

https://spectrum.ieee.org/biological-computer-for-sale

https://youtu.be/nyQn4FNVvrQ