未來計算機(jī)在人腦細(xì)胞上運行？

　　類器官智能，最前沿生物計算向我們走來

　　【科技創(chuàng)新世界潮】

　　◎本報記者 張夢然

　　盡管人工智能(AI)創(chuàng)造的記錄令人印象深刻，但它的學(xué)習(xí)能力與人腦相比依然相形見絀。現(xiàn)在，科學(xué)家們揭示了一條革命性道路：類器官智能，即以實驗室培養(yǎng)的大腦類器官充當(dāng)生物硬件。

　　AI長期以來都受人腦的啟發(fā)，這種方法被證明是非常成功的，讓AI擁有了從醫(yī)療診斷到詩歌創(chuàng)作的多方面成就。但毫無疑問，原始模型——人腦目前在許多方面仍然優(yōu)于機(jī)器，那如果不是試圖讓AI更像大腦，而是直接從源頭入手呢？

　　多領(lǐng)域科學(xué)家正在努力創(chuàng)造新一代生物計算機(jī)，他們試圖以腦細(xì)胞的三維培養(yǎng)物(大腦類器官)作為生物硬件，并在《科學(xué)前沿》雜志上描述了實現(xiàn)這一愿景的路線圖。

　　美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)托馬斯·哈通教授說：“我們稱這個新的跨學(xué)科領(lǐng)域為‘類器官智能’(OI)。一群頂尖科學(xué)家正聚集在一起開發(fā)這項技術(shù)，其將開啟一個快速、強(qiáng)大和高效的生物計算新時代?！?/p>

　　大腦類器官為什么是更好的計算機(jī)？

　　大腦類器官是一種誕生于實驗室的細(xì)胞培養(yǎng)物。它不是“迷你大腦”，但它可“共享”大腦功能和結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵方面，例如神經(jīng)元和其他腦細(xì)胞。此外，雖然大多數(shù)細(xì)胞培養(yǎng)物是扁平的，但類器官卻具有三維結(jié)構(gòu)，這使培養(yǎng)物的細(xì)胞密度增加了一倍，也意味著神經(jīng)元可形成更多的連接。

　　但人們依然會問：當(dāng)前的計算機(jī)不是比大腦更聰明、更快嗎？

　　哈通解釋說，雖然硅基計算機(jī)在數(shù)字方面肯定更好，但大腦更擅長學(xué)習(xí)，而且更節(jié)能。例如，訓(xùn)練著名AI“阿爾法狗”所花費的能量，超過維持一個活躍的成年人10年所需的能量。

　　“大腦還具有驚人的存儲信息的能力?！惫ㄑa(bǔ)充道，“我們正在達(dá)到硅計算機(jī)的物理極限，因為人類不能再將更多的晶體管封裝到一個微小的芯片中了。但是大腦的連接完全不同，它有大約100億個神經(jīng)元通過超千個點連接起來。與目前的技術(shù)相比，這是一個巨大的功率差異。”

　　OI生物計算機(jī)什么樣？

　　根據(jù)哈通的說法，目前的大腦類器官需要擴(kuò)大規(guī)模?！八鼈兲×?，每個包含大約50000個細(xì)胞。對于OI，我們需要將這個數(shù)字增加到10萬?！?/p>

　　與此同時，研究人員還在開發(fā)與類器官通信的技術(shù)。即向它們發(fā)送信息并讀出它們在“想什么”。這需要采用生物工程和機(jī)器學(xué)習(xí)，以及設(shè)計新的刺激和記錄設(shè)備。

　　哈通團(tuán)隊還開發(fā)了一種腦機(jī)接口設(shè)備，在去年8月發(fā)表的一篇論文中，這是一個柔性外殼，密密麻麻地覆蓋著微小的電極，既可從類器官中接收信號，也可向其傳輸信號。

　　按科學(xué)家設(shè)想，最終OI將整合廣泛的刺激和記錄工具。它們將類器官網(wǎng)絡(luò)連接、激活、協(xié)調(diào)，從而實現(xiàn)更復(fù)雜的計算。

　　OI可助神經(jīng)系統(tǒng)疾病防治

　　OI還將超越計算，進(jìn)入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。由于諾貝爾獎獲得者約翰·戈登和山中伸彌開發(fā)的突破性技術(shù)，大腦類器官可從成人組織中產(chǎn)生。這意味著科學(xué)家可從患有神經(jīng)疾病(如阿爾茨海默病)的患者的皮膚樣本中開發(fā)個性化的大腦類器官。以此進(jìn)行多項測試，調(diào)查遺傳因素、藥物和毒素如何影響這些條件。

　　哈通舉例稱，科學(xué)家從此可比較健康人和阿爾茨海默病患者的類器官的記憶形成，并嘗試修復(fù)缺陷。

　　建立“嵌入式倫理”方法

　　創(chuàng)造能夠?qū)W習(xí)、記憶并與環(huán)境互動的人腦類器官的同時，必然面臨復(fù)雜的倫理問題。它們能否發(fā)展意識？它們會經(jīng)歷痛苦嗎？科學(xué)界對由細(xì)胞制成的大腦類器官擁有怎樣的權(quán)利？

　　研究人員敏銳地意識到這些問題。哈通表示，要以合乎道德和對社會負(fù)責(zé)的方式發(fā)展OI，出于這個原因，從一開始他們就與倫理學(xué)家合作，建立了“嵌入式倫理”方法。隨著研究的發(fā)展，所有倫理問題都將由科學(xué)家、倫理學(xué)家和公眾組成的團(tuán)隊不斷進(jìn)行評估。

　　離第一個OI還有多遠(yuǎn)？

　　盡管OI仍處于起步階段，但科學(xué)家最近發(fā)表的一項研究已提供了概念證明。研究顯示，正常的、扁平的腦細(xì)胞培養(yǎng)物可以學(xué)會玩電子乒乓游戲。

　　哈通對此總結(jié)道，研究團(tuán)隊已經(jīng)在用大腦類器官進(jìn)行測試，用類器官復(fù)制這個實驗已經(jīng)滿足了OI的基本定義。從現(xiàn)在開始，只需建立社區(qū)、工具和技術(shù)，人類即可實現(xiàn)OI的全部潛力。（科技日報）