全球首臺“活體計算機”邁向國際，十所高校加盟研發(fā)

科學(xué)家們正在培育微小的活體人類腦細胞團，并將其用于驅(qū)動計算機。這一新興領(lǐng)域被稱為生物計算或濕件計算，目前全球少數(shù)研究機構(gòu)正在探索，旨在利用人腦的生物效率創(chuàng)造一種全新的處理器。

瑞士初創(chuàng)公司FinalSpark是該領(lǐng)域的先驅(qū)之一。由弗雷德·喬丹博士聯(lián)合創(chuàng)立的公司正在試驗"生物處理器"，即被稱為"類器官"的神經(jīng)元團，它們能夠執(zhí)行簡單的計算任務(wù)。"與其試圖用硅來模擬大腦，不如使用真實的東西，"喬丹告訴法新社。

這些大腦類器官由人類皮膚細胞培育而成，這些細胞被重編程為干細胞，然后發(fā)育成神經(jīng)元。每個類器官的大小與果蠅大腦相當，包含約一萬個神經(jīng)元，僅為人腦一千億神經(jīng)元的極小一部分。然而，它們已經(jīng)能夠展示基本的學(xué)習(xí)行為和對電刺激的反應(yīng)。

活體計算機如何工作

在FinalSpark的實驗室里，類器官被保存在營養(yǎng)豐富的溶液中，并與作為通信橋梁的電極相連。當科學(xué)家通過電極發(fā)送電脈沖時，神經(jīng)元會以活動峰值的形式作出反應(yīng)，這相當于數(shù)字計算中的二進制1和0。

曾參觀該實驗室的BBC科學(xué)編輯佐伊·克萊曼描述了按下鍵盤按鍵觸發(fā)類器官電脈沖的體驗。當它工作時，屏幕顯示神經(jīng)活動有微弱的跳躍，類似于腦電圖讀數(shù)。"你按下一個鍵，就能在屏幕上看到一點活動的跳躍作為回應(yīng)，"她寫道。

生物計算領(lǐng)域的最新進展也探索了讓這些微型大腦更有效學(xué)習(xí)的方法。一些實驗表明，可以用多巴胺（大腦天然的愉悅化學(xué)物質(zhì)）來"獎勵"類器官，以強化期望的神經(jīng)活動。這個過程模擬了人腦通過獎勵和動機進行學(xué)習(xí)的方式，為更有效地訓(xùn)練活體處理器提供了一條可能的生物學(xué)途徑。

這些實驗標志著向教會類器官"學(xué)習(xí)" —— 像人工智能系統(tǒng)那樣響應(yīng)、適應(yīng)和處理信息 —— 邁出了第一步，但能耗卻低得多。據(jù)喬丹稱，生物神經(jīng)元的能效比人工神經(jīng)元高一百萬倍。這種效率可能使?jié)窦蔀榻鉀Q當前依賴高耗能硅芯片的人工智能模型能源需求激增問題的潛在方案。

然而，維持這些活體計算機的過程非常精細。與傳統(tǒng)處理器不同，類器官一旦死亡就無法重啟。"類器官沒有血管，"倫敦帝國理工學(xué)院神經(jīng)技術(shù)中心主任西蒙·舒爾茨教授解釋道。"我們還不知道如何正確地培育它們。所以這是當前最大的持續(xù)挑戰(zhàn)。"

目前，F(xiàn)inalSpark的類器官最多能存活四個月。在它們死亡之前，科學(xué)家有時會記錄到神經(jīng)活動的突然爆發(fā)，喬丹將這種現(xiàn)象描述為類似于人類死亡前大腦的最終活動激增。"這很令人難過，因為我們不得不停止實驗，找出死亡原因，然后重新開始，"他說。

生物計算的未來之路

盡管這項技術(shù)仍處于起步階段，但研究人員看到了生物計算的巨大潛力。除了取代硅芯片，它還能為了解人腦如何運作提供見解，并有助于神經(jīng)學(xué)研究和藥物測試。

FinalSpark的工作是全球范圍內(nèi)日益增長的努力的一部分。據(jù)法新社報道，已有十所大學(xué)與該公司合作，其網(wǎng)站上甚至還設(shè)有展示神經(jīng)元活動的實時直播。2022年，澳大利亞公司Cortical Labs通過訓(xùn)練人工神經(jīng)元玩電子游戲《Pong》展示了類似的進展。與此同時，約翰斯·霍普金斯大學(xué)的研究人員正在研究利用微型大腦來模擬阿爾茨海默癥和自閉癥等疾病。

盡管如此，科學(xué)家們告誡說，濕件不太可能在短期內(nèi)取代硅基計算。"生物計算應(yīng)該補充 —— 而非取代 —— 硅基人工智能，同時還應(yīng)推進疾病建模并減少動物使用，"約翰斯·霍普金斯大學(xué)的列娜·斯米爾諾娃博士告訴BBC。

關(guān)于創(chuàng)造和操控活體腦細胞所涉及的倫理維度仍在討論中。FinalSpark與倫理學(xué)家合作，以確保研究保持在明確的道德邊界內(nèi)。該公司強調(diào)，其類器官缺乏疼痛感受器和復(fù)雜的大腦結(jié)構(gòu)，無法體驗意識。

即使這項技術(shù)仍處于實驗階段，其影響已是深遠。生物計算有朝一日可能會徹底改變數(shù)據(jù)中心的運作方式，使用活體組織代替硅芯片。對于在科幻小說啟發(fā)下長大的喬丹來說，這一刻感覺就像那些故事中的情節(jié)。"當你看科幻電影或讀科幻書時，我總覺得有點難過，因為我的生活不像書里那樣，"他告訴BBC。"現(xiàn)在我感覺自己就在書里，書寫著這本書。"

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