黑客帝國真的可以！這100萬個「活體人腦細胞」5分鐘學會打游戲
編輯：小咸魚 桃子
近日，Cortical Labs開發(fā)了一種微型人類大腦——盤中大腦 (DishBrain)。AI要90分鐘才學得會的「乒乓球」游戲，這個「大腦」僅僅用了5分鐘就玩得有模有樣了，不由得讓人細思極恐：缸中之腦要成真的了？
100萬個活體人腦細胞在培養(yǎng)皿成功培養(yǎng)。這款電子游戲很經典，名為《Pong》，就是打乒乓球。近日，來自澳大利亞研究團隊Cortical Labs開發(fā)了一種微型人類大腦——盤中大腦 (DishBrain)。他們僅用5分鐘就教會了這些細胞玩游戲，在學習速度上遠超人工智能。其研究成果「In vitro neurons learn and exhibit sentience when embodied in a simulated game-world」目前已在預印本服務器BioRxiv發(fā)表。論文地址：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.12.02.471005v1.full讓人毛骨悚然的是，或許這正是黑客帝國中的「模擬矩陣」。借由和人體大腦神經聯(lián)結的連接器創(chuàng)造出模擬世界，以此囚禁人類的心靈。正如研究團隊同樣將這些人腦細胞生活的世界稱為黑客帝國中的「模擬矩陣」。DishBrain由生長在微電極陣列頂部的單層人類腦細胞組成，而微電極陣列可以刺激這些腦細胞。所以，雖然叫「人腦細胞」，但并非是從人腦中直接提取神經元細胞。科學家提供了一種方案：用人類誘導的方式，讓多能干細胞 (hiPSC) 分化為皮質神經元細胞，然后進行培殖。當然，為了證明人類的腦細胞比嚙齒動物的更聰明，更強，研究人員還采集了小鼠的神經元細胞，也進行了培養(yǎng)和繁殖。研究人員發(fā)現(xiàn)，小鼠皮層細胞可以在營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中生長并維持數(shù)月，并形成了復雜的形態(tài)，有大量的樹突和軸突連接。而人類誘導多能干細胞 (hiPSC) 分化為單層活性異質皮層神經元之后，這些神經元也能顯示出成熟的功能特性，并可以與作為支持的神經膠質細胞形成密集的連接。這樣一來，通過利用活體大腦神經元的計算能力來創(chuàng)造合成生物智能 （SBI）的小目標就完成第一步了。接著，研究人員把這些神經元培養(yǎng)物被放置到 HD-MEA 高密度微電極陣列上，通過刺激這些細胞，就可以在虛擬環(huán)境中打Pong——乒乓球了。通過對比實驗，結果顯示人類神經元在玩游戲過程中確實比小鼠神經元更聰明。由于之前也有科學家提出，人腦的學習能力勝于其他動物，除了數(shù)量上的優(yōu)勢以外，也和人腦的神經元結構與別的動物大為不同有關。于是，研究團隊提供了這樣一個假設：這可能是因為人類神經元樹突長度更長，密度更高。整個裝置的結構是這樣的，中央那個圓形的凹槽便是放置腦細胞和電極的地方。Cortical Labs生物研究人員采用的是來自瑞士一家公司Maxwell Biosystems提供的MaxOne多電極陣列進行實驗。MaxOne 是一個高分辨率的電生理學平臺，26000個鉑金電極排列在8mm*8mm的面積上，最高分辨率可達220*120。該系統(tǒng)基于互補的氧化物半導體(CMOS)技術，可以記錄多達1024個通道數(shù)和多達32個單元的刺激。為了教會迷你「大腦」乒乓球，研究小組讓這片神經元去玩了單人乒乓球游戲。電極陣列的上半部分的神經元負責感知乒乓球的位置，而下半部分神經元分左右兩塊，負責輸出乒乓球拍上下移動的距離。在優(yōu)化誤差方面，Cortical Labs團隊主要使用了最小化變分自由能的預測編碼公式，又名卡爾曼濾波器。這樣，經過一段時間的訓練，神經元們就能學會根據(jù)球的位置來回移動球拍。據(jù)論文作者Kagan介紹，「在游戲中，人腦細胞相信自己就是那個球拍?！?/span>沒錯，2013年，DeepMind首次通過Atari游戲演示了其人工智能強化學習算法的性能。目前，人腦神經元打游戲的效果還是不如DeepMind自家發(fā)展了這么多年的強化學習算法。但是AI玩這個得90分鐘才學得會，而這層腦細胞可是僅僅用了5分鐘就玩得有模有樣了。而人腦的特點不就是勝在節(jié)能環(huán)保嘛！這家位于澳大利亞的實驗室 Cortical Labs 成立于2019年，目標是把活體生物神經元與傳統(tǒng)硅集成電路結合在一起，創(chuàng)造出「芯片新物種」——即體外神經元（In vitro neurons）。他們希望這些合成迷你大腦能夠在消耗較少能量的同時，完成很多人工智能軟件可以執(zhí)行的任務。創(chuàng)始人鐘宏文曾介紹說，Cortical Labs使用兩種方法來制造硬件：或從胚胎中提取小鼠神經元，或使用某種技術將人類的皮膚細胞逆向轉化為干細胞，然后誘導它發(fā)育成人類神經元。Cortical Labs的創(chuàng)始人兼CEO鐘宏文是一位經驗豐富的創(chuàng)業(yè)者，他的創(chuàng)業(yè)精神建立在其擁有的豐富的醫(yī)療和技術專業(yè)知識的基礎上。此前，他是醫(yī)療硬件初創(chuàng)公司CliniCloud的創(chuàng)始人兼首席技術官，而該公司也獲得了臨床醫(yī)生的好評。他是一名執(zhí)業(yè)醫(yī)學博士和軟件工程師，曾在約翰·霍普金斯大學信息學系學習，他經常會利用自己豐富的經驗和多學科背景來促進生物學和計算機科學領域之間的合作。Cortical Labs另一位創(chuàng)始人Andy是一名計算機科學家、研究員和軟件工程師，擁有在三家高科技初創(chuàng)公司的工作經歷。Andy還是墨爾本第一個提供深度學習咨詢的技術團隊的核心成員，到現(xiàn)在已經發(fā)表了幾篇關于人工智能的同行評議論文。他是一個長期社區(qū)組織者，也是備受尊敬的墨爾本ML/AI Meetup的創(chuàng)始人，該組織擁有6000多名成員。他們的團隊中還有首席硬件工程師Andrew Doherty，首席科學家Brett Kagan博士，首席設計師Laura Summers。在 Cortical Labs團隊看來，AGI達到人類智力水平的唯一方法是使用人類神經元。有網(wǎng)友表示，我對馬斯克的看法很感興趣。他曾在矩陣模擬中提到乒乓球游戲。30年后，我們或許像現(xiàn)在談論量子計算機一樣談論「大腦計算機」。參考資料：
https://www.youtube.com/watch?v=9ksLuRoEq6Ahttps://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.12.02.471005v1.fullhttps://futurism.com/the-byte/brain-cells-play-ponghttps://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-10322247/Human-brain-cells-grown-petri-dish-learn-play-Pong-faster-AII.htmlhttps://corticallabs.com/https://www.timedoo.com/19277.html
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