Contexte et définition
Le terme "Wetware" ou biocomputing désigne l'utilisation de cellules cérébrales humaines comme support de calcul. Dans un laboratoire situé à Vevey, en Suisse, des équipes entretiennent des cellules nerveuses humaines en leur apportant un milieu nutritif afin de les conserver en vie et de les intégrer à des dispositifs expérimentaux destinés au traitement de l'information.
Principe de fonctionnement
L'approche consiste à utiliser des neurones vivants plutôt que des circuits en silicium. Selon les promoteurs de la méthode, il s'agit d'exploiter directement les propriétés de communication et de transformation de l'information propres aux réseaux neuronaux biologiques. Des électrodes sont apposées sur des amas cellulaires pour enregistrer et stimuler l'activité électrique des neurones. Les réponses à des stimulations peuvent être analysées comme états distincts et exploitées pour représenter des informations.
Fabrication des organoïdes et intégration
Les bioprocesseurs sont obtenus à partir de cellules souches différenciées en neurones. Ces neurones sont reliés entre eux pour former des amas d'environ un millimètre, qualifiés d'organoïdes cérébraux. Des électrodes permettent l'enregistrement et la stimulation de ces organoïdes. Selon les équipes impliquées, ces structures peuvent vivre plusieurs mois en laboratoire et être maintenues via des systèmes de perfusion et de contrôle des conditions de culture.
Applications expérimentales
Plusieurs établissements universitaires conduisent des expérimentations à distance avec des organoïdes fournis par des entreprises spécialisées. Des usages investigués comprennent l'intégration d'organoïdes dans des plateformes robotiques pour des tâches de reconnaissance sensorielle et l'utilisation d'organoïdes comme modèles pour l'étude de troubles neurologiques. Des chercheurs rapportent des tentatives d'encodage de signaux d'entrée et d'interprétation des signaux de sortie pour réaliser des fonctions de classification ou de contrôle.
Défis techniques
Les équipes décrivent plusieurs difficultés techniques : le codage des données de façon compréhensible pour un organoïde, l'interprétation des réponses neuronales, la variabilité et la fragilité des cultures (les organoïdes peuvent mourir et nécessiter de recommencer les expériences) ainsi que l'écart de performance entre ces systèmes expérimentaux et les standards des processeurs électroniques actuels. Des affirmations sur l'efficacité énergétique relative des neurones biologiques par rapport aux neurones artificiels ont été formulées par des promoteurs du domaine et sont présentées comme des éléments motivant la recherche.
Questions éthiques
L'utilisation de tissus cérébraux soulève des questions éthiques concernant le statut et le bien‑être des organoïdes. Les chercheurs interrogés indiquent que les organoïdes étudiés ne présentent pas les caractéristiques sensorielles associées à la perception de douleur et que leur nombre de neurones reste très inférieur à celui d'un cerveau humain. Des collaborations avec des spécialistes en éthique ont été mises en place pour évaluer les implications des travaux et définir des cadres de recherche.
Observations et limites actuelles
Les équipes font état d'activités neuronales parfois difficiles à relier de façon directe à des entrées expérimentales, ce qui illustre les limites de compréhension des mécanismes d'organisation de l'activité dans ces structures. Le domaine reste expérimental et les utilisations pratiques à grande échelle ne sont pas établies.
