詹士 發(fā)自 凹非寺

這有一個(gè)放在盤中的「大腦」，它以為自己是游戲角色，其活著的意義就是完成游戲任務(wù)。

有「黑客帝國(guó)」內(nèi)味兒了？？？

現(xiàn)實(shí)中，這個(gè)盤中大腦有人做出來(lái)了，命名就是DishBrain，它長(zhǎng)這樣：

造出該大腦的是個(gè)澳大利亞的科研團(tuán)隊(duì)。他們將80萬(wàn)個(gè)活體細(xì)胞放在培養(yǎng)皿中，將它們通過(guò)電極，連接到經(jīng)典乒乓球游戲Pong中，讓其沉浸其中，提升技藝——

實(shí)驗(yàn)顯示，該「大腦」5分鐘內(nèi)就學(xué)會(huì)了打游戲，而該速度比AI快了17倍。

目前該研究論文已被Neuron正式發(fā)表。

實(shí)際上，該研究?jī)?nèi)容已于2021年12月在預(yù)印本論文平臺(tái)bioRxiv對(duì)外公開(kāi)，一度引發(fā)不小關(guān)注——

此番登上Neuron，意味著該項(xiàng)研究成果正式被認(rèn)可并發(fā)表，BBC、衛(wèi)報(bào)、yahoo、Nature等更多媒體與平臺(tái)也跟進(jìn)報(bào)道。

一起看看正式版的論文說(shuō)了些什么。

制造「盤中之腦」

科學(xué)家從小鼠及人身上提取干細(xì)胞，在電極陣列刺激誘導(dǎo)下以特定方法分別誘導(dǎo)分化，在體外重建生物神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)（BNN）。他們將該套系統(tǒng)命名為盤中大腦（DishBrain）。

在培養(yǎng)過(guò)程中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)第15.5天，小鼠胚胎干細(xì)胞已初步分化，人類干細(xì)胞已分化出活躍的單層異質(zhì)皮層神經(jīng)元，具備一定成熟的功能性。在此后，皮層細(xì)胞還會(huì)形成密集的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

研究者還觀察了細(xì)胞活性，體外培養(yǎng)14天后，培養(yǎng)的皮層細(xì)胞爆發(fā)出強(qiáng)大活性，且表現(xiàn)出自發(fā)放電的生理活動(dòng)。

然后，研究人員將培養(yǎng)后的DishBrain通過(guò)電極與游戲電子系統(tǒng)連接，形成一套帶反饋系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

該環(huán)境是一個(gè)低延遲實(shí)時(shí)系統(tǒng)，讓「大腦」可即時(shí)收到游戲反饋?zhàn)龀雠袛唷Ｑ芯繄F(tuán)隊(duì)依靠一套供應(yīng)商的交互軟件，讓「大腦」可感知非侵入式電刺激。

至于輸出控制，DishBrain通過(guò)對(duì)8個(gè)電極輸入電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)游戲Pong里擊球板的控制，不同區(qū)域信號(hào)代表不同操作，掌控?fù)羟虬迳舷乱苿?dòng)。

一旦球沒(méi)被打中，系統(tǒng)就會(huì)傳給DishBrain一段長(zhǎng)達(dá)4秒，5赫茲，150mv電壓的不可預(yù)知刺激，然后游戲重啟。如果成功彈回小球，系統(tǒng)會(huì)返回一個(gè)100赫茲10毫秒的可預(yù)知刺激。

結(jié)果顯示，無(wú)論人類干細(xì)胞培養(yǎng)的「大腦」（HCC），還是小鼠干細(xì)胞分化成的系統(tǒng)（MCC），其一開(kāi)始0到5秒內(nèi)反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)和最長(zhǎng)擊球時(shí)長(zhǎng)都與對(duì)照組差異不大——

但在6秒到20秒?yún)^(qū)間內(nèi)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本表現(xiàn)明顯超過(guò)了對(duì)照組，有更好表現(xiàn)，此外首次發(fā)球（ACE）沒(méi)接到的比率也有所降低，而對(duì)照組幾乎沒(méi)有變化：

最后在文章結(jié)論部分，研究團(tuán)隊(duì)稱，他們證明了體外環(huán)境下，皮層神經(jīng)元具備感知及自組織的行為能力，更進(jìn)一步，這對(duì)將生物計(jì)算硬件發(fā)展起到推動(dòng)作用，此外，該成果可能還會(huì)應(yīng)用于阿茲海默癥等疾病治療。

此外在其他媒體采訪中，他們披露，后續(xù)將試著將盤中大腦放入乙醇環(huán)境中，看看「喝醉」后，它們表現(xiàn)如何。

為什么「大腦」會(huì)基于反饋?zhàn)龈淖儯?/h1>

值得補(bǔ)充的是，不少人都在好奇，此項(xiàng)研究中什么因素促使盤中的「大腦」愿意響應(yīng)反饋，不斷調(diào)整輸出？

此前也有熱心讀者提出提問(wèn)：

實(shí)際上，上述問(wèn)題的原理，基于自由能假設(shè)(free energy principle)。

該理論來(lái)自認(rèn)知科學(xué)，大意可理解為：自組織系統(tǒng)力求最大限度減少自由能變化，就是減少預(yù)測(cè)和感知之間的差距。

用提出者Karl Friston自己的說(shuō)法，即：人活著，就是為了不斷縮小“個(gè)人期望”和“感官感受”之間的差距。

Karl Friston及其追隨者們認(rèn)為，正是此種動(dòng)力使得大腦會(huì)不斷做期望、與外界給到感知對(duì)比、調(diào)整期望，也構(gòu)成了此次「盤中大腦」的理論基礎(chǔ)。有意思的是，該理論誕生還受Hinton啟發(fā)。

在這回「盤中大腦」研究中，他們對(duì)自由能假設(shè)(free energy principle)也做了相關(guān)驗(yàn)證。

研究者先取消了系統(tǒng)給「大腦」的一切刺激，僅在失敗時(shí)重新開(kāi)啟，即Silent模式。進(jìn)而，他們又將「重新開(kāi)啟」也取消，「大腦」沒(méi)接住，小球依然按原位置繼續(xù)回彈——

結(jié)果顯示，在有直接負(fù)面反饋情況下「大腦」們有明顯提升和學(xué)習(xí)調(diào)整動(dòng)作，另外兩種情況，學(xué)習(xí)效果大大下降，尤其連重啟動(dòng)作也取消后，「大腦」幾乎毫無(wú)進(jìn)步：

由于該成果極具話題性，發(fā)布后，在近期也引來(lái)不少評(píng)論和質(zhì)疑。

有人稱其詭異而有趣。

也有人指出該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)涉及生物體意識(shí)，在倫理道德方面有危險(xiǎn)：

還有學(xué)者認(rèn)為，該研究團(tuán)隊(duì)聲稱他們培養(yǎng)的「大腦」具備感知能力，但實(shí)際上，生物感知與情緒意識(shí)相關(guān)，此類說(shuō)法未免有些不嚴(yán)謹(jǐn)。

團(tuán)隊(duì)介紹

最后了解下研究者們。

一作Brett J. Kagan，來(lái)自墨爾本的Cortical實(shí)驗(yàn)室，二作Andy C. Kitchen，來(lái)自同一機(jī)構(gòu)。

該研究背后還有神經(jīng)科學(xué)家Karl Friston參與，就是前文提及的自由能假設(shè)(free energy principle)提出者。

Karl Friston為倫敦大學(xué)學(xué)院教授，也是腦成像領(lǐng)域的權(quán)威科學(xué)家，他在2016年被Semantic Scholar評(píng)為最具影響力的10 位神經(jīng)科學(xué)家名單中的第一名。

想進(jìn)一步了解「盤中大腦」的讀者，點(diǎn)擊下面視頻，可了解更多：

盤中之腦

參考鏈接：
[1]https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0896627322008066
[2]https://www.cnet.com/science/live-brain-cells-in-dish-quickly-learn-to-play-pong/
[3]https://www.crunchbase.com/organization/cortical-labs/signals_and_news

— 完 —

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