被置于冰箱內(nèi)的FinalSpark公司的人腦類器官。圖片來源：《自然》網(wǎng)站

生物計(jì)算是指利用生物系統(tǒng)固有的信息處理機(jī)理研究開發(fā)的一種新的計(jì)算模式。科學(xué)家正嘗試培養(yǎng)人類神經(jīng)元，并將其構(gòu)建成具備“生物晶體管”功能的系統(tǒng)。

英國《自然》網(wǎng)站在日前的報道中指出，部分科學(xué)家認(rèn)為，生物計(jì)算系統(tǒng)有望成為傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的低能耗替代方案，具備媲美人工智能與量子計(jì)算機(jī)的潛力。

然而，并非所有人都對此持樂觀態(tài)度。英國劍橋大學(xué)發(fā)育生物學(xué)家瑪?shù)铝铡ぬm卡斯特等人認(rèn)為，當(dāng)前的研究存在炒作之嫌，結(jié)果或許適得其反。若這些系統(tǒng)被賦予感知與意識的設(shè)想成為共識，可能會對科研界帶來深遠(yuǎn)影響。

生物計(jì)算備受關(guān)注

為模仿大腦的高效結(jié)構(gòu)，一些科學(xué)家嘗試用硅芯片模擬神經(jīng)元的連接與放電機(jī)制，這一領(lǐng)域被稱為神經(jīng)形態(tài)計(jì)算。而另一些科學(xué)家則另辟蹊徑，直接利用生物神經(jīng)元，開發(fā)能耗極低卻性能強(qiáng)大的生物計(jì)算設(shè)備。

生物計(jì)算的技術(shù)路徑與硅芯片截然不同。科學(xué)家利用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞培育出三維類腦器官，其中既包含神經(jīng)元，也包含起支持作用的其他細(xì)胞。通過電極陣列與這些細(xì)胞交互，電信號可改變神經(jīng)元內(nèi)外的離子流動，甚至觸發(fā)名為“動作電位”的電脈沖。電極捕捉到這些生物信號后，再由算法轉(zhuǎn)化為可用信息。

今年8月，英國布里斯托大學(xué)機(jī)器人學(xué)家本杰明·沃德-切里爾與團(tuán)隊(duì)利用約一萬個人腦神經(jīng)元組成的類器官，“識別”了盲文字母。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，單個類器官對特定字母的識別準(zhǔn)確率達(dá)61%，而3個類器官協(xié)同工作時，準(zhǔn)確率提升至83%。這證明，這類生物系統(tǒng)已具備信息處理的基本能力，能完成對輸入的辨別與識別任務(wù)。

此外，2024年的一項(xiàng)研究也顯示，一種由小鼠神經(jīng)元類器官構(gòu)建的系統(tǒng)，甚至能玩“倒立擺”這類電腦游戲，“倒立擺”游戲的任務(wù)是維持移動小車上一根搖擺桿的平衡。

瑞士腦器官培育公司FinalSpark的聯(lián)合創(chuàng)始人弗雷德·喬丹認(rèn)為，生物神經(jīng)元的能效是人工神經(jīng)元的100萬倍。生物計(jì)算有望緩解當(dāng)前AI日益飆升的能耗壓力。或許在不久的將來，基于腦細(xì)胞的處理器將逐步替代推動本輪AI熱潮的傳統(tǒng)芯片。

應(yīng)用場景日益廣闊

目前，已有多個科研團(tuán)隊(duì)免費(fèi)使用FinalSpark公司提供的類器官。美國密歇根大學(xué)安娜堡分校科學(xué)家正通過不同類型的刺激，觀察類器官的行為反應(yīng)；德國柏林自由大學(xué)研究者則致力于利用機(jī)器學(xué)習(xí)工具，從神經(jīng)放電模式中高效提取信息。

與FinalSpark類似，澳大利亞Cortical Labs公司也開放了其神經(jīng)培養(yǎng)物的在線訪問，并推出了全球首臺生物計(jì)算機(jī)CL1。該設(shè)備將培養(yǎng)神經(jīng)元與可編程接口相結(jié)合，用戶可通過它發(fā)送指令并分析電響應(yīng)。公司已向全球多個實(shí)驗(yàn)室交付少量設(shè)備，部分用戶致力于研究神經(jīng)可塑性與網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)等基礎(chǔ)機(jī)制，也有團(tuán)隊(duì)探索其在機(jī)器人技術(shù)中的應(yīng)用，甚至嘗試開發(fā)基于腦細(xì)胞的娛樂程序，包括游戲與實(shí)驗(yàn)性音樂產(chǎn)品。

美國加州大學(xué)圣迭戈分校阿利松·莫特瑞團(tuán)隊(duì)所培育的神經(jīng)類器官，每個都包含約250萬個不同類型的神經(jīng)元。他們正嘗試將類器官應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)難題——預(yù)測亞馬孫雨林區(qū)域可能發(fā)生的漏油擴(kuò)散路徑。

前景可期尚存質(zhì)疑

盡管前景可期，但約翰·霍普金斯大學(xué)研究員莉娜·斯米諾娃指出，當(dāng)前的生物計(jì)算仍如“空中樓閣”，遠(yuǎn)不及生物醫(yī)學(xué)研究那般觸手可及。她認(rèn)為，未來二十年這一局面或?qū)⒂瓉碇卮筠D(zhuǎn)變。

喬丹也坦言，目前這些生物計(jì)算系統(tǒng)的能力，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法與支撐全球數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的硅基硬件相提并論。

蘭卡斯特則對部分實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)提出質(zhì)疑。她不認(rèn)為目前展示的結(jié)果能被稱為真正的“計(jì)算”。去年一項(xiàng)研究顯示，即便是不含神經(jīng)元的非生物水凝膠，也能“學(xué)會”玩乒乓球游戲。在她看來，這類僅呈現(xiàn)簡單反饋的系統(tǒng)，所謂的“學(xué)習(xí)”行為可能只是隨機(jī)噪聲。

部分科學(xué)家則擔(dān)心，“瓶中大腦”這類科幻意象可能引發(fā)倫理爭議，甚至招致監(jiān)管限制。蘭卡斯特警告，神經(jīng)類器官目前主要應(yīng)用于基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)研究，若對生物計(jì)算過度炒作，可能導(dǎo)致全面禁令，反而殃及那些旨在造福人類的正當(dāng)研究。（記者 劉 霞）