實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的大腦類(lèi)器官的放大圖像，具有針對(duì)不同細(xì)胞類(lèi)型的熒光標(biāo)記。（粉紅色—神經(jīng)元；紅色—少突膠質(zhì)細(xì)胞；綠色—星形膠質(zhì)細(xì)胞；藍(lán)色—所有細(xì)胞核）。圖片來(lái)源：托馬斯·哈通/約翰斯·霍普金斯大學(xué)
科技日?qǐng)?bào)記者?張夢(mèng)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(jiàn)絀?，F(xiàn)在，科學(xué)家們揭示了一條革命性道路：類(lèi)器官智能，即以實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的大腦類(lèi)器官充當(dāng)生物硬件。
AI長(zhǎng)期以來(lái)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(shī)歌創(chuàng)作的多方面成就。但毫無(wú)疑問(wèn)，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(jì)算機(jī)，他們?cè)噲D以腦細(xì)胞的三維培養(yǎng)物（大腦類(lèi)器官）作為生物硬件，并在《科學(xué)前沿》雜志上描述了實(shí)現(xiàn)這一愿景的路線圖。
美國(guó)約翰斯·霍普金斯大學(xué)托馬斯·哈通教授說(shuō)：“我們稱(chēng)這個(gè)新的跨學(xué)科領(lǐng)域?yàn)椤?lèi)器官智能’（OI）。一群頂尖科學(xué)家正聚集在一起開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，其將開(kāi)啟一個(gè)快速、強(qiáng)大和高效的生物計(jì)算新時(shí)代?！?/p>
大腦類(lèi)器官為什么是更好的計(jì)算機(jī)？
大腦類(lèi)器官是一種誕生于實(shí)驗(yàn)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(lèi)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(huì)問(wèn)：當(dāng)前的計(jì)算機(jī)不是比大腦更聰明、更快嗎？
哈通解釋說(shuō)，雖然硅基計(jì)算機(jī)在數(shù)字方面肯定更好，但大腦更擅長(zhǎng)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(fèi)的能量，超過(guò)維持一個(gè)活躍的成年人10年所需的能量。
“大腦還具有驚人的存儲(chǔ)信息的能力?！惫ㄑa(bǔ)充道，“我們正在達(dá)到硅計(jì)算機(jī)的物理極限，因?yàn)槿祟?lèi)不能再將更多的晶體管封裝到一個(gè)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(gè)神經(jīng)元通過(guò)超千個(gè)點(diǎn)連接起來(lái)。與目前的技術(shù)相比，這是一個(gè)巨大的功率差異。”
OI生物計(jì)算機(jī)什么樣？
根據(jù)哈通的說(shuō)法，目前的大腦類(lèi)器官需要擴(kuò)大規(guī)模。“它們太小了，每個(gè)包含大約50000個(gè)細(xì)胞。對(duì)于OI，我們需要將這個(gè)數(shù)字增加到10萬(wàn)?！?/p>
與此同時(shí)，研究人員還在開(kāi)發(fā)與類(lèi)器官通信的技術(shù)。即向它們發(fā)送信息并讀出它們?cè)凇跋胧裁础?。這需要采用生物工程和機(jī)器學(xué)習(xí)，以及設(shè)計(jì)新的刺激和記錄設(shè)備。
哈通團(tuán)隊(duì)還開(kāi)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(gè)柔性外殼，密密麻麻地覆蓋著微小的電極，既可從類(lèi)器官中接收信號(hào)，也可向其傳輸信號(hào)。
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(lèi)器官網(wǎng)絡(luò)連接、激活、協(xié)調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的計(jì)算。
OI可助神經(jīng)系統(tǒng)疾病防治
OI還將超越計(jì)算，進(jìn)入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。由于諾貝爾獎(jiǎng)獲得者約翰·戈登和山中伸彌開(kāi)發(fā)的突破性技術(shù)，大腦類(lèi)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?。ㄈ绨柎暮Ｄ。┑幕颊叩钠つw樣本中開(kāi)發(fā)個(gè)性化的大腦類(lèi)器官。以此進(jìn)行多項(xiàng)測(cè)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(chēng)，科學(xué)家從此可比較健康人和阿爾茨海默病患者的類(lèi)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(dòng)的人腦類(lèi)器官的同時(shí)，必然面臨復(fù)雜的倫理問(wèn)題。它們能否發(fā)展意識(shí)？它們會(huì)經(jīng)歷痛苦嗎？科學(xué)界對(duì)由細(xì)胞制成的大腦類(lèi)器官擁有怎樣的權(quán)利？
研究人員敏銳地意識(shí)到這些問(wèn)題。哈通表示，要以合乎道德和對(duì)社會(huì)負(fù)責(zé)的方式發(fā)展OI，出于這個(gè)原因，從一開(kāi)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(wèn)題都將由科學(xué)家、倫理學(xué)家和公眾組成的團(tuán)隊(duì)不斷進(jìn)行評(píng)估。
離第一個(gè)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(xiàng)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(huì)玩電子乒乓游戲。
哈通對(duì)此總結(jié)道，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在用大腦類(lèi)器官進(jìn)行測(cè)試，用類(lèi)器官?gòu)?fù)制這個(gè)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)滿足了OI的基本定義。從現(xiàn)在開(kāi)始，只需建立社區(qū)、工具和技術(shù)，人類(lèi)即可實(shí)現(xiàn)OI的全部潛力。
腦組織
3D微流體系統(tǒng)
