“未來，計算機能靠人腦細(xì)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(xué)的研究人員正在摸索答案，并于近日公布了相關(guān)計劃。

他們認(rèn)為，類器官智能技術(shù)（OI）具有實際的應(yīng)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(yù)計還需要數(shù)十年才可進入動物試驗階段，此外還需應(yīng)對倫理挑戰(zhàn)。

筆尖大的類腦結(jié)構(gòu)

最近大火的ChatGPT讓人們切身意識到，機器可以表現(xiàn)出與人類相似的智能行為。在一些領(lǐng)域，機器甚至已經(jīng)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(rèn)的是，在許多領(lǐng)域，人工智能仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(wǎng)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(rèn)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(jīng)元有關(guān)。

因此，能否復(fù)制這種能力，成了科研人員關(guān)心的話題。這其中就包括美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)的托馬斯·哈通教授。他認(rèn)為，計算和人工智能一直在推動技術(shù)革命，但也正在到達(dá)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(gòu)想，以類腦器官為“硬件”，有望開發(fā)出“生物計算機”。他們于近日將這項研究計劃發(fā)表在《科學(xué)前沿》期刊上，涉及生物工程和機器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域。

所謂“類器官”是在實驗室內(nèi)培育的、與某種器官功能類似的組織，通常源于干細(xì)胞。多年來，科學(xué)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(xì)胞培養(yǎng)物，其中存在具有類器官功能的神經(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開創(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“類腦智能”定義為“在實驗室內(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(fā)送信息，并接收其正在“思考”的讀數(shù)。“我們開發(fā)了一種腦機接口設(shè)備。”哈通說，相當(dāng)于利用這個密集覆蓋微小電極的設(shè)備給“類腦器官”描繪腦電圖。

具有多重意義

類器官智能技術(shù)似乎已經(jīng)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(xué)官布雷特·卡根等人發(fā)布研究成果說，培養(yǎng)皿中的腦細(xì)胞可以“玩”一款名為“pong”的簡單電子游戲。他們能夠證明“神經(jīng)元可以目標(biāo)為導(dǎo)向的方式，實時地使活動適應(yīng)不斷變化的環(huán)境”。哈通說，這項研究有助于挖掘類器官智能技術(shù)的更多潛力。

若能實現(xiàn)，這項技術(shù)或給人類生活帶來較大影響。首先，相關(guān)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(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的細(xì)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(yīng)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(jié)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(dá)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(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，要想利用老鼠的腦力研發(fā)出可與計算機媲美的類器官智能技術(shù)可能需要幾十年的時間。

研究范圍也有待擴大。據(jù)悉，目前每個“類腦器官”中的細(xì)胞數(shù)量僅與果蠅神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)胞數(shù)量相當(dāng)。哈通說，目前，每個器官大約包含5萬個細(xì)胞，規(guī)模仍然太小。“我們需要將這個數(shù)字增加到1000萬。”

另一方面，當(dāng)計算機跨越人類與技術(shù)的界限，道德倫理問題隨之而來。例如，“類腦器官”能否感知外部環(huán)境，會否產(chǎn)生意識、實現(xiàn)思考，以及細(xì)胞捐贈者具有哪些權(quán)利，等等。哈通表示，倫理因素已被納入考量。

美國哥倫比亞大學(xué)的教授加里·米勒近日表示，鑒于類器官智能技術(shù)在感知等方面的潛力，需及時對這項技術(shù)可能產(chǎn)生的社會影響進行評估，并采取應(yīng)對措施。