實驗室培養的大腦類器官的放大圖像，具有針對不同細胞類型的熒光標記。（粉紅色—神經元；紅色—少突膠質細胞；綠色—星形膠質細胞；藍色—所有細胞核）。圖片來源：托馬斯·哈通/約翰斯·霍普金斯大學

科技日報記者?張夢然

盡管人工智能（AI）創造的記錄令人印象深刻，但它的學習能力與人腦相比依然相形見絀。現在，科學家們揭示了一條革命性道路：類器官智能，即以實驗室培養的大腦類器官充當生物硬件。

AI長期以來都受人腦的啟發，這種方法被證明是非常成功的，讓AI擁有了從醫療診斷到詩歌創作的多方面成就。但毫無疑問，原始模型——人腦目前在許多方面仍然優于機器，那如果不是試圖讓AI更像大腦，而是直接從源頭入手呢？

多領域科學家正在努力創造新一代生物計算機，他們試圖以腦細胞的三維培養物（大腦類器官）作為生物硬件，并在《科學前沿》雜志上描述了實現這一愿景的路線圖。

美國約翰斯·霍普金斯大學托馬斯·哈通教授說：“我們稱這個新的跨學科領域為‘類器官智能’（OI）。一群頂尖科學家正聚集在一起開發這項技術，其將開啟一個快速、強大和高效的生物計算新時代。”

   大腦類器官為什么是更好的計算機？

大腦類器官是一種誕生于實驗室的細胞培養物。它不是“迷你大腦”，但它可“共享”大腦功能和結構的關鍵方面，例如神經元和其他腦細胞。此外，雖然大多數細 胞培養物是扁平的，但類器官卻具有三維結構，這使培養物的細胞密度增加了一倍，也意味著神經元可形成更多的連接。

但人們依然會問：當前的計算機不是比大腦更聰明、更快嗎？

哈通解釋說，雖然硅基計算機在數字方面肯定更好，但大腦更擅長學習，而且更節能。例如，訓練著名AI“阿爾法狗”所花費的能量，超過維持一個活躍的成年人10年所需的能量。

“大腦還具有驚人的存儲信息的能力。”哈通補充道，“我們正在達到硅計算機的物理極限，因為人類不能再將更多的晶體管封裝到一個微小的芯片中了。但是大腦 的連接完全不同，它有大約100億個神經元通過超千個點連接起來。與目前的技術相比，這是一個巨大的功率差異。”

   OI生物計算機什么樣？

根據哈通的說法，目前的大腦類器官需要擴大規模。“它們太小了，每個包含大約50000個細胞。對于OI，我們需要將這個數字增加到10萬。”

與此同時，研究人員還在開發與類器官通信的技術。即向它們發送信息并讀出它們在“想什么”。這需要采用生物工程和機器學習，以及設計新的刺激和記錄設備。

哈通團隊還開發了一種腦機接口設備，在去年8月發表的一篇論文中，這是一個柔性外殼，密密麻麻地覆蓋著微小的電極，既可從類器官中接收信號，也可向其傳輸信號。

按科學家設想，最終OI將整合廣泛的刺激和記錄工具。它們將類器官網絡連接、激活、協調，從而實現更復雜的計算。

   OI可助神經系統疾病防治

OI還將超越計算，進入醫學領域。由于諾貝爾獎獲得者約翰·戈登和山中伸彌開發的突破性技術，大腦類器官可從成人組織中產生。這意味著科學家可從患有神經 疾病（如阿爾茨海默病）的患者的皮膚樣本中開發個性化的大腦類器官。以此進行多項測試，調查遺傳因素、藥物和毒素如何影響這些條件。

哈通舉例稱，科學家從此可比較健康人和阿爾茨海默病患者的類器官的記憶形成，并嘗試修復缺陷。

   建立“嵌入式倫理”方法

創造能夠學習、記憶并與環境互動的人腦類器官的同時，必然面臨復雜的倫理問題。它們能否發展意識？它們會經歷痛苦嗎？科學界對由細胞制成的大腦類器官擁有怎樣的權利？

研究人員敏銳地意識到這些問題。哈通表示，要以合乎道德和對社會負責的方式發展OI，出于這個原因，從一開始他們就與倫理學家合作，建立了“嵌入式倫理”方法。隨著研究的發展，所有倫理問題都將由科學家、倫理學家和公眾組成的團隊不斷進行評估。

   離第一個OI還有多遠？

盡管OI仍處于起步階段，但科學家最近發表的一項研究已提供了概念證明。研究顯示，正常的、扁平的腦細胞培養物可以學會玩電子乒乓游戲。

哈通對此總結道，研究團隊已經在用大腦類器官進行測試，用類器官復制這個實驗已經滿足了OI的基本定義。從現在開始，只需建立社區、工具和技術，人類即可實現OI的全部潛力。