皮膚細胞變AI處理器？瑞士公司用生物計算將AI能耗降低百萬數量級

利用人類皮膚細胞也能造出 AI 處理器？一家名為 FinalSpark 的瑞士公司，認為生物計算是 AI 的下一次進化飛躍。該公司開發了一款生物處理器，這些處理器利用人體神經元來代替傳統的硅基芯片，使用由人類皮膚細胞培育出的類腦器官作為計算單元。生物計算的最大優勢之一，便是神經元計算信息所需要的能量遠遠低于數字計算機。據其估計，活體神經元的能耗甚至不到當前人們使用的數字處理器的一百萬分之一。與全球當前最好計算機之一的惠普 Frontier 計算機相比，在實現大致相同的性能時，生物計算的功耗為 10-20 瓦，而硅基計算的功耗為 21 兆瓦。這讓生物計算展現出了極大的吸引力，其在提升 AI 模型的泛化能力的同時，還能在不犧牲技術進步的情況下減少溫室氣體排放。

圖 | 生物處理器的構成部分（來源：資料圖）

據介紹，這一處理器基于該公司名為 Neuroplatform 的核心技術平臺，其宣稱這是全球首個可遠程訪問的體外生物神經元計算平臺。之所以構建這一平臺是因為，在研究活體神經元的時候盡管可以觀察到輸入神經元的數據與其響應之間的關系，但是很難去測量神經元結構內部的運作，即不知道傳遞函數和系統的狀態。

FinalSpark 在一篇新聞稿中指出，這是一個真正的“黑箱”，它比人工神經網絡中的“黑箱”更難理解，這意味著需要通過大量實驗來開發用于活體神經元計算的算法。正因此，該公司構建了 Neuroplatform 這一 7×24 小時的全天候平臺。

該公司公開表示，其希望有一天能夠看到充滿著“活”服務器的數據中心，這些服務器可以復制 AI 的學習方式，所使用的能耗只有當前方法的一小部分。對于這一生物處理器，FinalSpark 使用業內常用的“濕件”這一名稱來稱呼。這種生物處理器的研發過程涉及到神經元的創建，研發中需要將這些神經元發展為類器官的簇，同時將它們附在電極上，然后就可以像使用微型計算機一樣使用它們。

（來源：資料圖）

對于很多人來說，生物計算的概念可能有點奇怪，但其實這一概念早已出現在科幻小說中——即像使用一臺小機器一樣使用神經元。據了解，FinalSpark 創辦于 2014 年，其產品研發之旅始于從日本一家診所購買的人體皮膚細胞干細胞，這些細胞來自于匿名的捐贈者。公司成立以來，有很多人表示希望捐贈細胞，但是出于對細胞質量的考量，其只選擇來自于官方供應商的干細胞。

圖 | 皮膚細胞變成“微型大腦”的過程（來源：FinalSpark、BBC）

在該公司的實驗室里，有一些裝著幾個白色小球的培養皿。這些小球本質上都是實驗室培育的微型大腦，其由活體干細胞組成，這些干細胞經過培養之后成為了神經元以及能夠支持細胞的簇（即類器官）。它們遠遠不如人腦那么復雜，但是具有相同的構成要素。

經過持續幾個月的發展過程之后，這些類器官就可以附著在電極上，并能針對簡單的鍵盤命令做出反應。其實，這是一種發送電信號和接受電信號的手段，信號的結果會被記錄到連接到該公司系統的普通計算機上。

（來源：資料圖）

由于目前這款生物處理器仍在迭代，因此在使用當前版本的時候，當按下一個鍵它就會通過電極發送電信號，當它起作用的時候就能讓人在電腦屏幕上看到活動所帶來的“跳躍”，這種跳躍實際上是一個看起來有點像腦電圖的移動式圖表。

因為并非真正意義上的成品，因此當連續按鍵多次之后，生物處理器有時會突然暫停反應，隨之而來的就是電腦圖表上出現了異常。對于背后的原因，就連該公司的研發人員也正在嘗試弄懂。而要想實現更長遠的目標就得針對生物處理器進行電刺激操作，以便能夠激發生物計算機神經元的學習能力，從而讓生物處理器最終能夠適應所需執行的任務。

事實上，這和目前的 AI 在道理上是一樣的，即提供一些輸入得到一些輸出。維持普通計算機的運行非常簡單，只需要打開電源即可。在生物計算機上又會發生什么？目前，學界依然未能解答這個問題。因為對于人類來說，血管貫穿著整個人腦，以便通過提供營養來維持大腦的正常運轉。而類器官沒有血管，人們甚至還不知道如何正確地制造類器官，事實上這也是目前該領域的最大挑戰。

不過可以肯定的是，當說到一臺生物處理器“死亡”時指的肯定是濕件的死亡。在過去四年間，該公司取得了一些新進展，比如其類器官已經可以存活長達四個月，但當它們消亡時卻會伴隨一些令人感到毛骨悚然的情況。比如，在其生命的最后幾分鐘或最后幾十秒，它們會出現活動迅速增加的情況，類似于一些人類在臨終前出現的心率加快和大腦活動增加。過去幾年間，該公司記錄了大約 1,000 例到 2,000 例類似死亡案例。當出現死亡時，該公司的研發人員必須結束實驗去了解死亡原因，然后才能啟動新的實驗。雖然令人感到毛骨悚然，但是研發人員盡量采取不帶感情色彩的做法，因為這些類器官只不過是用來自于不同材料的不同基板制作而成的計算機而已。

就該公司的創始團隊而言，聯合創始人兼聯席 CEO 弗雷德·喬丹（Fred Jordan）早年博士畢業于瑞士洛桑聯邦理工學院的信號處理專業，擔任該公司的 CEO 已經將近 12 年。2024 年，他和團隊發表了一篇題為《用于濕件計算研究的開發式可遠程訪問的神經平臺》的論文，以經過同行審議的方式展示了該公司的成果。

圖 | 弗雷德·喬丹（Fred Jordan）（來源：領英）

該公司的另一位聯席 CEO 馬丁·庫特（Martin Kutter），早年亦是博士畢業于洛桑聯邦理工學院，并在幾年前申請到了一項名為“基于生物神經網絡的認知計算方法與系統”發明專利。

圖 | 馬丁·庫特（Martin Kutter）（來源：領英）

FinalSpark 已經經歷 11 年的發展，AI 的發展讓其產品迎來了更大的市場。面對 AI 領域日益嚴重的高能耗問題，部分企業正在尋找替代能源的生產方式，以便持續提高硅基服務器的使用率，這些替代能源主要包括聚變能、地熱能和核能。然而，FinalSpark 在一篇新聞稿中指出，這些能源的生產方式要么不夠成熟，要么會引發公眾對于安全性的擔憂，因此這是其從神經形態計算這一非常規計算來著手的原因。

2025 年，有研究團隊在 Advanced Science 的一篇綜述論文中介紹了生物計算對于發展 AI 的必要性。該綜述論文指出，隨著深度學習和大模型技術的飛速發展，AI 在訓練過程中的計算需求、模型參數和能耗都在大幅增長，這導致開發頂級 AI 模型的成本正在不斷攀升。AI 發展也會對其運行的載體即硅基芯片提出更高性能要求。然而，由于量子干涉和熱漲落等影響，晶體管的制造工藝正在逼近物理極限，功耗問題也變得愈發突出。一言以蔽之，傳統硅基芯片的能耗、運行效率、計算負載和學習能力正在成為 AI 獲得更好發展的瓶頸。

為了實現更加強大的計算能力，人們開始在生物計算和生物芯片方面開展研究，即開展濕件計算的研究。濕件計算是一個結合了硬件、軟件和生物學的新興計算領域，其核心是利用生物組織和生物細胞來執行計算任務。濕件計算在能耗、自我學習能力和并行處理能力上具有較大潛力，這使得濕件計算比傳統基于硅的 AI 訓練方法有著更加顯著的成本優勢。那些利用體外細胞培養的神經網絡和腦器官，可以通過電生理活動針對外界刺激做出反應，從而實現數據計算和決策等功能。

此前，已有大量研究表明，經過一定的訓練之后，體外培養的神經網絡和腦器官可以實現特定任務，比如避開障礙、語音識別、控制機械臂、在虛擬世界中玩游戲等。總的來說，在功耗、學習能力和訓練速度上，生物芯片都優于硅基芯片。與平面二維網絡培養的神經網絡相比，類器官在神經元數量、神經元類型、計算性能和工作壽命等方面都具備一定優勢，這讓其在濕件領域有著廣闊的發展前景。

圖 | 人工神經網絡和生物神經網絡的區別（來源：資料圖）

正因此，FinalSpark 的生物計算產品可以說是未來可期。但是，目前濕件依然很難完全取代現有計算機芯片所使用的材料，同時對于硅基 AI 來說生物計算是一種補充而非替代。此外，在生物計算的發展上，該領域還要進一步推進疾病建模以及減少動物使用。

參考資料：

公司官網 https://finalspark.com

官方資料 https://finalspark.com/wetware-computing-that-bold-idea-of-using-living-neuronal-networks-to-compute/

官方資料 https://finalspark.com/unconventional-computing/

聯合創始人兼聯席 CEO 弗雷德·喬丹（Fred Jordan）的領英主頁 https://www.linkedin.com/in/fred-jordan-anticounterfeiting-brandprotection-authentication/

聯席 CEO 馬丁·庫特（Martin Kutter）的領英主頁 https://www.linkedin.com/in/martin-kutter-529a1/

相關綜述論文 https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202508120

其他報道 https://www.bbc.com/news/articles/cy7p1lzvxjro

其他報道 https://www.tomshardware.com/pc-components/cpus/swiss-lab-where-researchers-are-working-to-create-computers-powered-by-mini-human-brains-revealed-in-new-report-mini-brain-organoids-revealed-developers-say-we-shouldnt-be-scared-of-them

排版：劉雅坤