盡管人工智能有令人印象深刻的記錄，但其計算能力與人腦相比卻相形見絀。現在，科學家們揭開了一條推動計算發展的革命性道路：類器官智能，實驗室培育的大腦類器官充當生物硬件。

 “未來，計算機能靠人腦細胞運行嗎？”這一問題看似“腦洞大開”，但美國約翰斯·霍普金斯大學的研究人員正在摸索答案，并于近日公布了相關計劃。

 他們認為，類器官智能技術（OI）具有實際的應用前景，甚至有望比人工智能更強大。不過，這項研究仍處于起步階段，預計還需要數十年才可進入動物試驗階段，此外還需應對倫理挑戰。

筆尖大的類器官智能是如何實現的？

 最近大火的ChatGPT讓人們切身意識到，機器可以表現出與人類相似的智能行為。在一些領域，機器甚至已經超越人類。例如在2016年，電子計算機程序AlphaGo擊敗了圍棋世界冠軍李世石。

 但不可否認的是，在許多領域，人工智能仍遠遠比不上人類智能。例如，人類可以立即分辨出貓和狗，但機器卻不行。一些網站由此采用“圖靈測試”來驗證用戶是人類還是機器。在情感認知等方面，人類大腦具有難以比擬的能力，這與大腦在進化時形成的大量神經元有關。

 因此，能否復制這種能力，成了科研人員關心的話題。這其中就包括美國約翰斯·霍普金斯大學的托馬斯·哈通教授。他認為，計算和人工智能一直在推動技術革命，但也正在到達極限。而生物計算在提升效率等方面具有不俗潛力。

 哈通和自己的同事構想，以類腦器官為“硬件”，有望開發出“生物計算機”。他們于近日將這項研究計劃發表在《科學前沿》期刊上，涉及生物工程和機器學習等領域。

 所謂“類器官”是在實驗室內培育的、與某種器官功能類似的組織，通常源于干細胞。多年來，科學家以此作為腎臟、肺和其他器官的替代品進行實驗，從而避免對人體或動物造成傷害。

 “類腦器官”指的便是一種筆尖大小的細胞培養物，其中存在具有類器官功能的神經元。之所以能夠提取這種細胞，得益于干細胞研究先驅約翰·戈登和山中伸彌的一項開創性研究成果——從皮膚等發育完全的組織中提取細胞的能力。

 在此基礎上，哈通將“類腦智能”定義為“在實驗室內培養的人腦模型中再現認知功能，如學習和感覺處理”。“類腦智能”也被稱為“實驗器皿中的智能”。

 這項研究還需解決的一個問題，是如何與“類腦器官”溝通，以便向它們發送信息，并接收其正在“思考”的讀數。“我們開發了一種腦機接口設備。”哈通說，相當于利用這個密集覆蓋微小電極的設備給“類腦器官”描繪腦電圖。

 Thomas Hartung教授團隊研究的“類器官智能”屬于一種三維細胞培養物，具備一些器官的關鍵特性，可以理解為真正器官的“青春mini”版。

 這項研究的核心是培養類腦器官。“類腦器官”指的是一種筆尖大小的細胞培養物，其中存在具有類器官功能的神經元。之所以能夠提取這種細胞，得益于干細胞研究先驅約翰·戈登和山中伸彌的一項開創性研究成果——從皮膚等發育完全的組織中提取細胞的能力。

 在此基礎上，Thomas Hartung教授將“類腦智能”定義為“在實驗室內培養的人腦模型中再現認知功能，如學習和感覺處理”。“類腦智能”也被稱為“實驗器皿中的智能”。

 大多數細胞培養物是扁平的，而在這項研究中，類器官將其三維化，并因此使培養物的細胞密度增加了 1000 倍，進而允許神經元形成更多的連接，進行更復雜的信息處理和計算。

 該研究首先要通過微流控灌注系統模擬真實大腦的結構和培養環境。人腦的復雜結構很大一部分得益于致密、豐富的脈管系統。

 其次，這項技術還需解決如何與“類腦器官”溝通的問題。該研究團隊稱目前開發了一種腦機接口設備——“類器官腦電圖帽”的裝置，它是一個密密麻麻地覆蓋著微小電極的柔性外殼，通過它可以實現向類器官傳輸和接收信號。

 由類器官智能推動實現的生物計算機的硬件就是由上千萬個腦細胞三維培養物組成的“類腦細胞陣列”，這些類腦細胞與傳感器和輸出設備相連接，并通過機器學習、大數據分析等技術進行訓練。

 也就是說，類器官智能計劃至少包括四方面內容：通過人類干細胞技術和生物工程的進步來重建大腦架構，并對其認知能力潛力進行建模；通過接口方面的突破，讓人們能夠向類器官傳遞輸入信號，測量輸出信號，并采用反饋機制來模擬學習過程；通過新穎的機器學習、大數據和AI技術，讓人們能夠了解大腦類器官；在類器官智能的開發過程中討論出一個公認的倫理框架。

最終類器官智能技術將整合不同的刺激和記錄工具，以及類器官網絡的交互，以實現更復雜的計算。

具有多重意義

 類器官智能技術似乎已經取得進展。去年10月，澳大利亞墨爾本腦皮層實驗室的首席科學官布雷特·卡根等人發布研究成果說，培養皿中的腦細胞可以“玩”一款名為“pong”的簡單電子游戲。他們能夠證明“神經元可以目標為導向的方式，實時地使活動適應不斷變化的環境”。哈通說，這項研究有助于挖掘類器官智能技術的更多潛力。

 若能實現，這項技術或給人類生活帶來較大影響。首先，相關研究有望為人們提供對大腦更深入的了解。“這為研究人類大腦的運作方式打開了大門。”哈通說，甚至可以進行一些此前由于道德倫理約束而無法對人腦進行的實驗。

 約翰斯·霍普金斯大學的研究員莉娜·斯米爾諾娃還表示，若能獲得普通人和自閉癥患者捐贈的細胞，從而對其“類腦器官”進行比較研究，可能有助于人們進一步了解這種疾病。研究對象的范圍還可能擴大至阿爾茨海默病等疾病，并檢驗相應治療藥物的效果。

 此外，這種“生物計算機”有望比目前的超級計算機更節能。例如，美國橡樹嶺國家實驗室造價6億美元的超級計算機“前沿”重達3629公斤。哈通說，這臺機器的計算能力已超越單個人腦的計算能力，但它消耗的能量是人腦的100萬倍。

研究仍處起步階段

 不過，類器官智能技術要落地仍面臨不少挑戰。一方面，相關研究仍處于起步階段。哈通說，要想利用老鼠的腦力研發出可與計算機媲美的類器官智能技術可能需要幾十年的時間。

 研究范圍也有待擴大。據悉，目前每個“類腦器官”中的細胞數量僅與果蠅神經系統的細胞數量相當。哈通說，目前，每個器官大約包含5萬個細胞，規模仍然太小。“我們需要將這個數字增加到1000萬。”

科技倫理問題不容忽視

 另一方面，這個雄心勃勃的項目背后，存在著不容忽視的倫理問題，例如“類腦器官”能否感知外部環境，會否產生意識、實現思考，以及細胞捐贈者具有哪些權利等等。

 Thomas Hartung教授表示，目前已建立一種“嵌入式倫理”方法，這些科學倫理問題都將由科學家、倫理學家和公眾組成的團隊持續評估。

 美國哥倫比亞大學的教授加里·米勒也于近日表示，鑒于類器官智能技術在感知等方面的潛力，需及時對這項技術可能產生的社會影響進行評估，并采取應對措施。

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