尽管人工智能有着令人印象深刻的记录，但它的计算能力与人脑相比相形见绌。科学家们揭示了推动计算向前发展的革命性途径：类器官智能 (OI)，其中实验室培养的大脑类器官用作生物硬件。“这个新的生物计算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——所有这些都需要更低的能源需求，”作者在科学前沿发表的一篇文章中说。
人工智能 (AI) 长期以来一直受到人脑的启发。这种方法被证明是非常成功的：人工智能拥有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，原始模型在许多方面仍然优于机器。这就是为什么，例如，我们可以通过简单的在线图像测试来“证明我们的人性”。如果我们不尝试让 AI 更像大脑，而是直奔源头会怎么样？
多个学科的科学家正在努力创造革命性的生物计算机，其中脑细胞的三维培养物（称为脑类器官）用作生物硬件，他们在科学前沿杂志上描述了实现这一愿景的路线图。
“我们将这个新的跨学科领域称为‘类器官智能’(OI)，”约翰霍普金斯大学的 Thomas Hartung 教授说。“一群顶尖科学家聚集在一起开发这项技术，我们相信这将开启一个快速、强大和高效的生物计算新时代。”
什么是大脑类器官，它们为什么能制造出好的计算机？
脑类器官是一种实验室培养的细胞培养物。尽管大脑类器官不是“迷你大脑”，但它们共享大脑功能和结构的关键方面，例如神经元和其他对学习和记忆等认知功能至关重要的脑细胞。此外，虽然大多数细胞培养物是扁平的，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，这意味着神经元可以形成更多的连接。
但即使大脑类器官是对大脑的很好的模仿，它们为什么能制造出好的计算机呢？毕竟，计算机不是比大脑更聪明、更快吗？
“虽然基于OI的计算机在数字方面肯定更好，但大脑更擅长学习，”Hartung 解释道。“例如，AlphaGo （在 2017 年击败世界排名第一的围棋选手的 AI）接受了 160,000 场比赛的数据训练。一个人必须每天玩 5 个小时，玩 175 年以上才能体验这么多游戏。”
大脑不仅是优秀的学习者，它们也更节能。例如，训练 AlphaGo 所花费的能量超过维持一个活跃的成年人十年所需的能量。
“大脑还具有惊人的信息存储能力，估计为 2,500TB，”Hartung 补充道。“我们正在达到硅计算机的物理极限，因为我们无法将更多的晶体管封装到一个微型芯片中。但是大脑的连接方式完全不同。它有大约 1000 亿个神经元通过超
连接点连接。与我们目前的技术相比，这是一个巨大的功率差异。”
类器官智能生物计算机会是什么样子？
根据 Hartung 的说法，目前的大脑类器官需要针对 OI 进行放大。“它们太小了，每个包含大约 50,000 个细胞。对于 OI，我们需要将这个数字增加到 1000 万，”他解释道。
与此同时，作者们也在开发与类器官交流的技术：换句话说，向它们发送信息并读出它们的“想法”。作者计划采用来自不同科学学科的工具，例如生物工程和机器学习，以及设计新的刺激和记录设备。
“我们开发了一种脑机接口设备，它是一种类器官脑电图帽，我们在去年 8 月发表的一篇文章中介绍了它。它是一个灵活的外壳，上面密密麻麻地覆盖着微小的电极，这些电极既可以从类器官接收信号，也可以向它传输信号，”Hartung 说。
作者设想最终 OI 将整合范围广泛的刺激和记录工具。这些将协调跨互连类器官网络的交互，实现更复杂的计算。
类器官智能可以帮助预防和治疗神经系统疾病
OI 的承诺超越了计算领域，进入了医学领域。得益于诺贝尔奖获得者John Gurdon 和Shinya Yamanaka发的一项突破性技术，可以从成人组织中生产类脑器官。这意味着科学家可以从患有阿尔茨海默病等神经疾病的患者的皮肤样本中开发出个性化的大脑类器官，然后他们可以进行多项测试来研究遗传因素、药物和毒素如何影响这些状况。
“有了 OI，我们也可以研究神经系统疾病的认知方面，”Hartung 说。“例如，我们可以比较来自健康人和阿尔茨海默氏症患者的类器官的记忆形成，并尝试修复相对缺陷。我们还可以使用 OI 来测试某些物质（例如杀虫剂）是否会导致记忆或学习问题。”
考虑道德因素
创造能够学习、记忆并与环境互动的人脑类器官引发了复杂的伦理问题。例如，他们能否发展出意识，即使是最基本的意识？他们会经历痛苦吗？人们对用他们的细胞制成的脑类器官有什么权利？
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道德和对社会负责的方式发展 OI，”Hartung 说。“出于这个原因，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不断评估。”
我们离第一个类器官智能还有多远？
尽管 OI 仍处于起步阶段，但该文章的合著者之一——Cortical Labs 首席科学官 Brett Kagan 博士最近发表的一项研究提供了概念证明。他的团队表明，正常的、扁平的脑细胞培养物可以学习玩电子游戏 Pong。
“他们的团队已经在用大脑类器官对此进行测试，”Hartung 补充道。“我想说，用类器官复制这个实验已经满足了 OI 的基本定义。从现在开始，只需构建社区、工具和技术即可实现 OI 的全部潜力，”他总结道。
