tvt体育本文来自“Frontiers开放科学平台”，文章仅代表作者观点，与“科研圈”无关。

　　本文系 Frontiers 于 2023 年 2 月 28 日发布的旗舰刊Frontiers in Science首批文章的其中一篇。作者表示：“生物计算这一新领域有望在计算速度、处理能力、数据效率和存储能力方面取得前所未有的进步——并且能源需求较低。”

　　尽管人工智能有着令人印象深刻的应用记录，但其计算能力与人脑计算能力相比还是相形见绌。如今，科学家们揭开了一条推动计算机向前发展的革命性道路：类器官智能（OI），其中，实验室培育的人脑类器官用作生物硬件。

　　人工智能（AI）长期以来一直受到人脑启发。经证明，这种方法是非常成功的：人工智能取得了令人印象深刻的成就—— 从诊断医疗状况到创作诗歌。尽管如此，人脑在许多方面仍优于机器。这就是为什么，例如，我们可以在网上通过简单的图像测试“证明我们是否人为操作”。如果我们没有试图让人工智能变得更像人脑，而是直接用人脑类器官来模拟计算机呢？

　　跨多学科科学家正致力于创建颠覆性生物计算机，在生物计算机中，人脑细胞的三维培养物被称为人脑类器官，可用作生物硬件。跨多学科科学家在 Frontiers in Science中描述了实现这一愿景的路线图。

　　“我们将这一新的跨学科领域称为‘类器官智能’（OI）。”约翰斯·霍普金斯大学 Thomas Hartung 教授表示，“一群顶尖科学家合作开发这项技术，我们相信这将开启一个快速、强大、高效的生物计算新时代。”

　　人脑类器官是一种实验室合成的细胞培养物。尽管人脑类器官不是“迷你人脑”，但它们在人脑功能和结构的关键方面是相似的，例如：都有对学习和记忆等认知功能至关重要的神经元和其他脑细胞。此外，大多数细胞培养物是平面结构，但类器官具有三维结构。这使培养物的细胞密度增加了 1,000 倍，意味着神经元可以形成更多连接。

　　但即使人脑类器官是对人脑的良好模拟，为什么是更好的计算机呢？毕竟，计算机不是比人脑更聪明、更快吗？

　　Hartung 解释道：“虽然使用硅芯片的计算机善于数字计算，但人脑更善于学习。例如，AlphaGo（2017 年击败世界头号围棋选手的人工智能）是根据 160,000 场比赛数据研发的，而一个人要在 175 年以上的时间里每天玩 5 个小时游戏才能积攒相同经验。”

　　人脑不仅在学习上更为优秀，而且耗能也比电脑更少。例如，训练 AlphaGo 所花费的能量远超过保持一个成年人思维活跃十年所需的能量。

　　“人脑还具有惊人的信息存储能力，估计容量为 2,500 TB。”Hartung 补充道，“我们正在接近用硅芯片的计算机的物理极限，因为我们无法将更多的晶体管封装在一个微型芯片中。但人脑的接线方式完全不同。人脑有大约 1,000 亿个神经元通过  10^15 （>

　　10 的 15 次方）多个连接点进行连接。与我们目前的技术相比，功能空前强大。”

　　根据 Hartung 的说法，目前的人脑类器官需要扩大规模，以实现类器官智能。他解释道：“人脑类器官太小了，每个都包含大约 50,000 个细胞。对于类器官智能，我们需要将这一数字增加到 1,000 万。”

　　与此同时，作者也在研发与类器官通信的技术：换言之，向类器官发送信息并读出类器官的“想法”。作者计划优化生物工程和机器学习等各种学科中的已有设备，并设计新的设备来刺激大脑和记录脑信号。

　　Hartung 表示：“我们研发了一种脑机接口设备，该设备是一种用于类器官的 EEG（脑电图）帽，我们在去年 8 月份发表的一篇文章中介绍了该设备。该设备有一个柔性外壳，上面密布着微型电极，既能接收来自类器官的信号，又能向类器官传输信号。”

　　作者设想，tvt体育最终类器官智能将整合一系列刺激和记录工具。这些将协调互连类器官网络之间的相互作用，从而实现更复杂的计算。tvt体育

　　类器官智能的发展前景超越了计算领域，进入到医学领域。借助诺贝尔奖得主 John Gurdon 和 Shinya Yamanaka 研发的一项突破性技术，可以通过成体组织产生人脑类器官。这意味着科学家可以利用患有阿尔茨海默病等神经疾病的患者的皮肤样本研发出自定义人脑类器官。然后，科学家可以进行多次测试，以研究遗传因子、药物和毒素如何影响这些病症。

　　“借助类器官智能，我们也可以研究神经系统疾病的认知方面。”Hartung 表示，“例如，我们可以比较健康人群的类器官记忆形成和阿尔茨海默病患者的类器官记忆形成，并尝试修复相对缺陷。我们还可以利用类器官智能测试杀虫剂等物质是否会导致记忆或学习问题。”

　　创建能够学习、记忆并与环境互动的人脑类器官会引发复杂的伦理问题。例如，人脑类器官能发展出意识吗？即使是初级形式的意识？人脑类器官会体验到疼痛或痛苦吗？人类对于用他们的细胞制造的人脑类器官享有什么权利呢？

　　“嵌入式伦理”方法，即伦理学家、研究人员和公众组成的团队随着研究的发展，在一个持续的过程同识别、讨论和解决伦理问题。

　　作者敏锐地意识到这些问题。“我们愿景的一个关键部分是以伦理和社会责任的方式来发展类器官智能。”Hartung 表示，“为此，我们从一开始就与伦理学家合作，建立一种‘嵌入式伦理’方法。随着研究的发展，所有伦理问题都将由科学家、伦理学家和公众组成的团队持续评估。”

　　尽管类器官智能仍处于起步阶段，但该文章的共同作者之一—— Cortical Labs 公司的 Brett Kagan 博士——最近发表的一项研究为这一概念提供了证据。他的团队表明，正常的平面化人脑细胞培养物可以学会玩视频游戏 Pong 。

　　“他们的团队已经在用人脑类器官进行测试。tvt体育tvt体育”Hartung 补充道，tvt体育“我想说的是，用类器官复制这个实验已经满足了类器官智能的基本定义。此后，需要做的是建立社区生态、工具和技术，以实现类器官智能的全部潜力。”

　　David Gracias：美国约翰斯•霍普金斯大学和约翰•霍普金斯医疗集团

　　Timothy D. Harris：美国珍妮莉亚研究园区和约翰•霍普金斯医疗集团

　　Thomas Hartung：德国康斯坦茨大学和美国约翰斯•霍普金斯大学

　　约翰斯•霍普金斯大学是美国第一所研究型大学。140 多年来，约翰斯•霍普金斯大学在教学和研究领域一直处于世界领先地位，设有 9 个学院——克里格艺术与科学学院、怀廷工程学院、伯格公共卫生学院、开瑞商学院、皮博迪音乐学院、保罗·H·尼采高级国际研究学院以及医学院、护理学院和教育学院——加上支持国家安全和致力于空间科学研究的非学术院系：应用物理实验室。

　　Frontiers in Science是 Frontiers 最新全力打造的一本旗舰期刊，于 2023 年 2 月 28 日正式发布。期刊以邀请制的方式发表经同行评审的、具有杰出影响力学者的最新变革性研究，期待构建一本以 “推进科学解决方案，实现健康星球上的愉悦生活” 为核心目标的跨学科开放获取期刊。

　　Frontiers 总部位于瑞士，是全球领先的开放获取（Open Access）出版商，致力于使科学在全球范围内更加开放。欲了解更多详情，欢迎访问 Frontiers 官方网站：.