“未來(lái)，計(jì)算機(jī)能靠人腦細(xì)胞運(yùn)行嗎？”這一問(wèn)題看似“腦洞大開(kāi)”，但美國(guó)約翰斯·霍普金斯大學(xué)的研究人員正在摸索答案，并于近日公布了相關(guān)計(jì)劃。

他們認(rèn)為，類(lèi)器官智能技術(shù)（OI）具有實(shí)際的應(yīng)用前景，甚至有望比人工智能更強(qiáng)大。不過(guò)，這項(xiàng)研究仍處于起步階段，預(yù)計(jì)還需要數(shù)十年才可進(jìn)入動(dòng)物試驗(yàn)階段，此外還需應(yīng)對(duì)倫理挑戰(zhàn)。

筆尖大的類(lèi)腦結(jié)構(gòu)

最近大火的ChatGPT讓人們切身意識(shí)到，機(jī)器可以表現(xiàn)出與人類(lèi)相似的智能行為。在一些領(lǐng)域，機(jī)器甚至已經(jīng)超越人類(lèi)。例如在2016年，電子計(jì)算機(jī)程序AlphaGo擊敗了圍棋世界冠軍李世石。

但不可否認(rèn)的是，在許多領(lǐng)域，人工智能仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上人類(lèi)智能。例如，人類(lèi)可以立即分辨出貓和狗，但機(jī)器卻不行。一些網(wǎng)站由此采用“圖靈測(cè)試”來(lái)驗(yàn)證用戶(hù)是人類(lèi)還是機(jī)器。在情感認(rèn)知等方面，人類(lèi)大腦具有難以比擬的能力，這與大腦在進(jìn)化時(shí)形成的大量神經(jīng)元有關(guān)。

因此，能否復(fù)制這種能力，成了科研人員關(guān)心的話(huà)題。這其中就包括美國(guó)約翰斯·霍普金斯大學(xué)的托馬斯·哈通教授。他認(rèn)為，計(jì)算和人工智能一直在推動(dòng)技術(shù)革命，但也正在到達(dá)極限。而生物計(jì)算在提升效率等方面具有不俗潛力。

哈通和自己的同事構(gòu)想，以類(lèi)腦器官為“硬件”，有望開(kāi)發(fā)出“生物計(jì)算機(jī)”。他們于近日將這項(xiàng)研究計(jì)劃發(fā)表在《科學(xué)前沿》期刊上，涉及生物工程和機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域。

所謂“類(lèi)器官”是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)培育的、與某種器官功能類(lèi)似的組織，通常源于干細(xì)胞。多年來(lái)，科學(xué)家以此作為腎臟、肺和其他器官的替代品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而避免對(duì)人體或動(dòng)物造成傷害。

“類(lèi)腦器官”指的便是一種筆尖大小的細(xì)胞培養(yǎng)物，其中存在具有類(lèi)器官功能的神經(jīng)元。之所以能夠提取這種細(xì)胞，得益于干細(xì)胞研究先驅(qū)約翰·戈登和山中伸彌的一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性研究成果——從皮膚等發(fā)育完全的組織中提取細(xì)胞的能力。

在此基礎(chǔ)上，哈通將“類(lèi)腦智能”定義為“在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)培養(yǎng)的人腦模型中再現(xiàn)認(rèn)知功能，如學(xué)習(xí)和感覺(jué)處理”。“類(lèi)腦智能”也被稱(chēng)為“實(shí)驗(yàn)器皿中的智能”。

這項(xiàng)研究還需解決的一個(gè)問(wèn)題，是如何與“類(lèi)腦器官”溝通，以便向它們發(fā)送信息，并接收其正在“思考”的讀數(shù)。“我們開(kāi)發(fā)了一種腦機(jī)接口設(shè)備。”哈通說(shuō)，相當(dāng)于利用這個(gè)密集覆蓋微小電極的設(shè)備給“類(lèi)腦器官”描繪腦電圖。

具有多重意義

類(lèi)器官智能技術(shù)似乎已經(jīng)取得進(jìn)展。去年10月，澳大利亞墨爾本腦皮層實(shí)驗(yàn)室的首席科學(xué)官布雷特·卡根等人發(fā)布研究成果說(shuō)，培養(yǎng)皿中的腦細(xì)胞可以“玩”一款名為“pong”的簡(jiǎn)單電子游戲。他們能夠證明“神經(jīng)元可以目標(biāo)為導(dǎo)向的方式，實(shí)時(shí)地使活動(dòng)適應(yīng)不斷變化的環(huán)境”。哈通說(shuō)，這項(xiàng)研究有助于挖掘類(lèi)器官智能技術(shù)的更多潛力。

若能實(shí)現(xiàn)，這項(xiàng)技術(shù)或給人類(lèi)生活帶來(lái)較大影響。首先，相關(guān)研究有望為人們提供對(duì)大腦更深入的了解。“這為研究人類(lèi)大腦的運(yùn)作方式打開(kāi)了大門(mén)。”哈通說(shuō)，甚至可以進(jìn)行一些此前由于道德倫理約束而無(wú)法對(duì)人腦進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。

約翰斯·霍普金斯大學(xué)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(zèng)的細(xì)胞，從而對(duì)其“類(lèi)腦器官”進(jìn)行比較研究，可能有助于人們進(jìn)一步了解這種疾病。研究對(duì)象的范圍還可能擴(kuò)大至阿爾茨海默病等疾病，并檢驗(yàn)相應(yīng)治療藥物的效果。
此外，這種“生物計(jì)算機(jī)”有望比目前的超級(jí)計(jì)算機(jī)更節(jié)能。例如，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室造價(jià)6億美元的超級(jí)計(jì)算機(jī)“前沿”重達(dá)3629公斤。哈通說(shuō)，這臺(tái)機(jī)器的計(jì)算能力已超越單個(gè)人腦的計(jì)算能力，但它消耗的能量是人腦的100萬(wàn)倍。

研究仍處起步階段

不過(guò)，類(lèi)器官智能技術(shù)要落地仍面臨不少挑戰(zhàn)。一方面，相關(guān)研究仍處于起步階段。哈通說(shuō)，要想利用老鼠的腦力研發(fā)出可與計(jì)算機(jī)媲美的類(lèi)器官智能技術(shù)可能需要幾十年的時(shí)間。

研究范圍也有待擴(kuò)大。據(jù)悉，目前每個(gè)“類(lèi)腦器官”中的細(xì)胞數(shù)量?jī)H與果蠅神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)胞數(shù)量相當(dāng)。哈通說(shuō)，目前，每個(gè)器官大約包含5萬(wàn)個(gè)細(xì)胞，規(guī)模仍然太小。“我們需要將這個(gè)數(shù)字增加到1000萬(wàn)。”

另一方面，當(dāng)計(jì)算機(jī)跨越人類(lèi)與技術(shù)的界限，道德倫理問(wèn)題隨之而來(lái)。例如，“類(lèi)腦器官”能否感知外部環(huán)境，會(huì)否產(chǎn)生意識(shí)、實(shí)現(xiàn)思考，以及細(xì)胞捐贈(zèng)者具有哪些權(quán)利，等等。哈通表示，倫理因素已被納入考量。

美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的教授加里·米勒近日表示，鑒于類(lèi)器官智能技術(shù)在感知等方面的潛力，需及時(shí)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)可能產(chǎn)生的社會(huì)影響進(jìn)行評(píng)估，并采取應(yīng)對(duì)措施。