用人脑模拟计算机，会让计算机更聪明吗？

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文｜根新将来，做者｜陈根

2月28日，在国际学术期刊《人工智能前沿》杂志上，科学家颁发题目为《成立类器官智能社区的首个类器官智能（OI）研讨会》的文章，提出了一个史无前例的新概念——类器官智能，并发布了首个“类器官智能”道路图。

事实上，不论是类器官，仍是智能，科学界和科技界都有相当的研究，但类器官智能却是一个全新的概念。类器官智能试图让计算机在脑细胞上运行，将人脑类器官做为生物硬件停止计算，那关于计算机行业以及生物界都是一次倾覆性立异，那或许将开启一个快速、强大、高效的生物计算新时代。

望文生义，类器官，就是其类似于组织器官的人造器官模子。详细来说，类器官是在体外用3D培育手艺对干细胞或器官祖细胞停止诱导分化构成的在构造和功用上都类似目的器官或组织的三维细胞复合体。类器官具有不变的表型和遗传学特征，可以在体外持久培育。

因为类器官能够在很大水平模仿目的组织或器官的遗传特征和表不雅特征，因而，类器官在器官发育、精准医疗、再生医学、药物挑选、基因编纂、疾病建模等范畴都被寄予厚望。研究人员能够通过利用患者的诱导性多能干细胞（iPSCs）可成立有价值的疾病模子，并能在体外模仿重现病人疾病模子；同时，类器官的成立能够实现对药物药效和毒性停止更有效、更实在的检测。

好比，在肿瘤治疗来说，类器官就具有奇特的优势。一方面，研究人员能够从患者来源的安康和肿瘤组织样品中成立类器官。而类器官的培育和成立，则可用于研究肿瘤生成过程中的突变过程，通过从统一肿瘤的差别区域培育无性繁衍的类细胞器，能够用来研究肿瘤内部的异量性。

另一方面，类器官的培育可用于临床前癌症的治疗检测及药物药效和毒性测试，那可将肿瘤的遗传布景与药物反响相联系关系。来自统一患者安康组织的类器官的成立供给了通过挑选选择性杀死肿瘤细胞而又不损害安康细胞的化合物来开发毒性较小的药物的时机。自我更新的肝细胞类器官培育物可用于测试潜在新药的肝毒性，而那则是临床试验中药物失败的原因之一。

不外，差别于类器官在生物学和医学标的目的的应用，类器官智能提出，能够基于类器官根底，将类器官应用于计算。

持久以来，人工智能（AI）都遭到人脑启发。好比，人工智能的深度进修就像生物神经大脑的工做机理一样，通过适宜的矩阵数量，多层组织链接一路，构成神经收集“大脑”停止精准复杂的处置。深度进修的呈现，让图像、语音等感知类问题获得了实正意义上的打破。

不成承认，模仿人脑机造的人工智能今天获得了史无前例的胜利，虽然如斯，今天，人脑在许多方面仍优于机器。

好比，人脑的神经元能够以千赫兹的频次来发放动做电位，超越计算机100万倍。而且，大脑是高度并行的，而计算机则是线性机器。计算机工做逻辑遵照TTL逻辑的刻板信号，大脑则以十分灵敏且暖和的体例发出信号，那是大脑在处置信号上的庞大优势。同时，大脑十分低耗能，但计算机耗能极高——训练 AlphaGo 所破费的能量远超越连结一个成年人思维活泼十年所需的能量。

相较于计算机，人脑所具有的种种优势也启发了科学家——我们为什么不间接用人脑类器官来模仿计算机呢？

基于用人脑类器官模仿计算机的设想，美国约翰·霍普金斯大学于 2022年2月22日至-24 日组织了第一个类器官智能研讨会，由此构成了一个类器官智能（OI ）研究社区，并通过了摸索类器官智能的巴尔的摩宣言。

巴尔的摩宣言呼吁国际科学界摸索基于人脑的类器官细胞的潜力，促进我们对大脑的理解，并摸索生物计算新形式，同时认识到息争决相关的伦理问题。会议缔造了“类器官智能”(OI，Organoid Intelligence)一词来描述那种研究和开发办法。

该宣言称，OI有望阐明人类认知功用（如记忆和进修）的心理学。它为生物和混合计算供给了改动游戏规则的时机，能够克制硅基计算的严重限造。它供给了在大脑和机器之间的接口方面获得空前前进的前景。最初，OI能够在建模和治疗痴呆症和其他神经生成性疾病方面获得打破，那些疾病会在全球范畴内形成庞大且不竭增长的疾病承担。

2月28日，美国约翰·霍普金斯大学布隆伯格公共卫生学院传授传授托马斯·哈东（Thomas Hartung）在Frontiers in Science 上颁发了一篇文章，提出了类器官智能的革命性战略。而那一文章恰是于类器官智能（OI ）研究社区初次研讨会完毕十个月后的2022年12月5日投稿。

按照Hartung的说法，就大脑的体积而论，其计算才能无与伦比。比照来看下，2022 年，有一台超等计算机的计算才能最末超越了人脑，但耗资 6 亿美圆，占地 680 平方米——约为一个网球排场积的两倍。

不只如斯，今天，计算才能也即将到达极限。根据摩尔定律，微芯片中的晶体管数量每两年翻一番，至今已颠末了 60 年。过不了多久，芯片上现实安拆的晶体管数量便无法再增加。而一个神经元却能够毗连多达 10,000 个其他的神经元，是一种极为差别的信息处置和存储体例。而通过类器官智能，操纵大脑的计算原理，就能够以差别的体例完成计算机构建。

不外，若是想实现类器官智能，脑类器官还需要扩大规模，Hartung解释道：“人脑类器官太小了，每个都包罗大约 50,000 个细胞。关于类器官智能，我们需要将那一数字增加到 1,000 万。”

与此同时，研究人员也在研发与类器官通信的手艺：换言之，向类器官发送信息并读出类器官的“设法”。Hartung方案优化生物工程和机器进修等各类学科中的已有设备，并设想新的设备来刺激大脑和记录脑信号。Hartung暗示，他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，Hartung已在去年 8 月份颁发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，既能领受来自类器官的信号，又能向类器官传输信号。

Hartung设想，最末类器官智能将整合一系列刺激和记录东西。那些将协调互连类器官收集之间的彼此感化，从而实现更复杂的计算。

虽然当前类器官智能仍处于起步阶段，但该文章的配合做者之一—— Cortical Labs 公司的 Brett Kagan 博士比来颁发的一项研究已经为那一概念供给了证据。他的团队表白，尺度脑细胞培育物能学会打“乒乓球” 电子游戏。他们已经在用大脑类器官停止尝试，而用类器官对此停止复造恰是Hartung所说的类器官智能的尺度。

当然，要发掘出类器官智能的全数潜力还有很长的路要走，此中最重要的也是起首要处理的，就是科学打破。好比，需要人类干细胞手艺和生物工程的前进，以重建大脑构造，并模仿其潜在的伪认知才能；需要打破接口手艺，以便向类器官传递输入信号，丈量输出信号，并接纳反应机造来模仿进修过程。同时，还需要新的机器进修、大数据和人工智能手艺，来让我们领会大脑类器官。

此中，就类器官的组织构造和功用而言，类器官研究面对的一个挑战就是若何使细胞组织成足以撑持各细胞类型之间功用彼此感化的空间型态。类器官的生长才能有限，当其超越必然大小时，良多细胞组织仍然是不成熟的。

对大脑类器官来说，祖细胞区域的初步组织是配合特征，但有丝团结后神经元外衣膜的构成更具变数，次要神经元层的组织也并没有切确地再现。就目前而言，类器官仍然存在细胞构造组织的变异性和多能细胞系之间的大小差别，而那些都应该以原位人类皮量发育的细胞构造特征为基准。

就类器官的保实性而言，虽然基因表达研究在处理细胞类型和形态方面有着史无前例的才能，并有助于改善体外办法，但它们在捕捉细胞特征的特征方面仍然存在局限性。目前对类器官的代谢和心理机能保实度的评估仍是困难重重。

除了应对那些科学和手艺挑战外，还需要预见并处理与那项研究相关而且很大水平上未被摸索的伦理挑战。好比，人们关于从本身的细胞发育而成的类器官能否有权力，以及领会类器官智能能否具有意识。从手艺伦理角度来看，人类都必需警觉类器官开展出意识的任何可能性，并减轻和防备那种情况。

也就是说，类器官智能方案至少包罗四方面内容：通过人类干细胞手艺和生物工程的前进来重建大脑架构，并对其认知才能潜力停止建模；通过接口方面的打破，让人们可以向类器官传递输入信号，丈量输出信号，并接纳反应机造来模仿进修过程；通过新颖的机器进修、大数据和AI手艺，让人们可以领会大脑类器官；在类器官智能的开发过程中讨论出一个公认的伦理框架。

不管若何，类器官智能的概念都创始了生物计算的新阶段，接下来，我们需要做的是成立社区生态、东西和手艺，以实现类器官智能的全数潜力。