由人類腦細胞驅(qū)動的計算新領(lǐng)域：“有機體智能”

約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員在"類器官智能"的新領(lǐng)域取得突破。據(jù)研究人員稱，由人類腦細胞驅(qū)動的"生物計算機"可能在我們的有生之年被開發(fā)出來。這項技術(shù)預(yù)計將成倍地擴大現(xiàn)代計算的能力，并開辟新的研究領(lǐng)域。

最近發(fā)表在《科學(xué)前沿》雜志上的一篇文章概述了該團隊的"類器官智能"計劃。

"帶領(lǐng)這項工作的約翰霍普金斯大學(xué)彭博公共衛(wèi)生學(xué)院和懷特工程學(xué)院的環(huán)境健康科學(xué)教授托馬斯-哈同說："計算和人工智能一直在推動技術(shù)革命，但它們正在達到一個上限。"生物計算是壓縮計算能力和提高其效率的巨大努力，以突破我們目前的技術(shù)極限。"

托馬斯-哈同實驗室生產(chǎn)的腦器官模型的放大圖像，染色后顯示為洋紅色的神經(jīng)元，藍色的細胞核，以及紅色和綠色的其他支持細胞。資料來源：Jesse Plotkin/約翰霍普金斯大學(xué)

近二十年來，科學(xué)家們一直在使用微小的器官組織，即類似于完全生長的器官的實驗室培養(yǎng)的組織，來進行腎臟、肺部和其他器官的實驗，而不需要借助于人類或動物試驗。最近，哈同和約翰-霍普金斯大學(xué)的同事們一直在研究大腦器官，即具有神經(jīng)元和其他特征的筆點大小的球體，有望維持學(xué)習(xí)和記憶等基本功能。

哈同說："這開啟了對人類大腦如何工作的研究。"因為你可以開始操縱這個系統(tǒng)，做一些你在道德上無法用人類大腦做的事情。"

實驗室在2012年開始使用來自人類皮膚樣本的細胞，將其重新編程為類似胚胎干細胞的狀態(tài)，將腦細胞生長并組裝成功能性器官。每個類器官包含約50000個細胞，大約相當于一只果蠅的神經(jīng)系統(tǒng)的大小。他現(xiàn)在設(shè)想用這種大腦類器官建立一個未來的計算機。

在這種"生物硬件"上運行的計算機可能在未來十年開始緩解超級計算的能源消耗需求，這種需求正變得越來越不可持續(xù)。盡管計算機處理涉及數(shù)字和數(shù)據(jù)的計算比人類更快，但大腦在做出復(fù)雜的邏輯決定方面要聰明得多，比如區(qū)分狗和貓。

托馬斯-哈同在他位于約翰霍普金斯大學(xué)彭博公共衛(wèi)生學(xué)院的實驗室里與腦器官在一起。資料來源：威爾-柯克/約翰霍普金斯大學(xué)

"大腦仍然是現(xiàn)代計算機無法比擬的，"哈同說。"Frontier"是肯塔基州最新的超級計算機，是一個價值6億美元、占地6800平方英尺的裝置。僅在去年6月，它首次超過了單個人腦的計算能力--但使用的能量是100萬倍。"

可能需要幾十年的時間，類器官智能才能為像老鼠一樣聰明的系統(tǒng)提供動力。但是，通過擴大腦器官的生產(chǎn)規(guī)模，用人工智能訓(xùn)練它們，他預(yù)見到未來生物計算機將支持卓越的計算速度、處理能力、數(shù)據(jù)效率和存儲能力。

哈同說："在我們實現(xiàn)與任何類型的計算機相媲美的目標之前，還需要幾十年的時間。但如果我們不開始為此創(chuàng)建資金項目，它將會更加困難。"

共同領(lǐng)導(dǎo)調(diào)查的約翰霍普金斯大學(xué)環(huán)境健康和工程系助理教授Lena Smirnova說，類器官智能也可以徹底改變神經(jīng)發(fā)育障礙和神經(jīng)變性的藥物測試研究。

斯米爾諾瓦說："我們想比較來自典型發(fā)育的捐贈者的腦器官和來自自閉癥捐贈者的腦器官。我們正在開發(fā)的生物計算工具，也是讓我們了解自閉癥特有的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)變化的工具，而不必使用動物或接觸病人，這樣我們就可以了解病人為什么有這些認知問題和障礙的根本機制。"

為了評估利用類器官智能工作的倫理影響，一個由科學(xué)家、生物倫理學(xué)家和公眾成員組成的不同聯(lián)盟已經(jīng)被嵌入到團隊中。