1981年，美國(guó)哲學(xué)家Hilary Putnam在《理性，真理與歷史》一書(shū)中提出了“缸中之腦”的思想：如果有人將一個(gè)人的腦部切下來(lái)，放在一個(gè)裝有營(yíng)養(yǎng)液的缸中，并且將大腦的神經(jīng)末梢與計(jì)算機(jī)相連，而計(jì)算機(jī)持續(xù)向腦部發(fā)送正常的信息反饋——這樣，這枚大腦所感受到的一切運(yùn)動(dòng)、環(huán)境都一如既往，那么它還能意識(shí)到自己所處的境地嗎？而你會(huì)不會(huì)就是一枚“缸中之腦”？
好在，這個(gè)細(xì)思極恐的假說(shuō)在現(xiàn)階段還只是一項(xiàng)思想實(shí)驗(yàn)。不過(guò)，來(lái)自澳大利亞的研究團(tuán)隊(duì)的最新突破，足以讓我們感到驚奇，甚至是一絲絲驚悚了。當(dāng)80萬(wàn)個(gè)來(lái)自人類(lèi)干細(xì)胞或小鼠的腦細(xì)胞聚集在一個(gè)培養(yǎng)皿里，它們竟然學(xué)會(huì)了玩簡(jiǎn)單的電子游戲。這一被稱(chēng)作DishBrain（意為“盤(pán)中之腦”）的成果于去年年底在預(yù)印本網(wǎng)站上線時(shí)，就曾引起關(guān)注?，F(xiàn)在，這項(xiàng)進(jìn)展正式發(fā)表于著名學(xué)術(shù)期刊《神經(jīng)元》（Neuron）。
這項(xiàng)研究的領(lǐng)導(dǎo)者，生物技術(shù)初創(chuàng)公司Cortical Labs的首席科學(xué)官Brett Kagan博士點(diǎn)評(píng)道：“我們的研究表明，我們可以與活動(dòng)的生物神經(jīng)元交流，迫使它們改變自身的行為，由此產(chǎn)生了類(lèi)似于智慧的行為?！毖芯咳藛T希望，DishBrain模型可以使人們更便捷地檢測(cè)大腦的運(yùn)作方式，促進(jìn)對(duì)癲癇、癡呆等癥狀的理解，助力相關(guān)藥物、療法的開(kāi)發(fā)。
在這項(xiàng)研究中，來(lái)自Cortical Labs和多所高校的研究團(tuán)隊(duì)從兩個(gè)來(lái)源分別獲取了腦細(xì)胞：由人體誘導(dǎo)多能干細(xì)胞培育而來(lái)，或是來(lái)自小鼠胚胎。研究團(tuán)隊(duì)將腦細(xì)胞放置在培養(yǎng)皿中的微電極陣列上，從而可以通過(guò)電信號(hào)刺激這些細(xì)胞，并讀取神經(jīng)活動(dòng)。
在向腦細(xì)胞施加的電刺激信號(hào)中，就隱藏著主線任務(wù)：讓這些腦細(xì)胞學(xué)會(huì)玩一項(xiàng)名為Pong的電子游戲。
這款誕生于近50年前的游戲規(guī)則十分簡(jiǎn)單，可以理解為對(duì)著墻打乒乓球：通過(guò)左右移動(dòng)一根線條，也就是“球拍”，擊中飛來(lái)的小球、將球彈回。
▲培養(yǎng)皿中的神經(jīng)元控制球拍，玩起了Pong游戲（視頻來(lái)源：參考資料[1]）
當(dāng)然，研究人員首先要做的，就是將規(guī)則轉(zhuǎn)化為腦細(xì)胞能接收到的“語(yǔ)言”，并對(duì)這個(gè)DishBrain系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練：通過(guò)控制左側(cè)或右側(cè)電極的放電刺激，可以告訴腦細(xì)胞小球移動(dòng)的方向；而小球與球拍的距離，則是由信號(hào)頻率來(lái)表示。而DishBrain發(fā)出的信號(hào)被電極監(jiān)測(cè)，并以同樣的規(guī)則轉(zhuǎn)化為對(duì)球拍的控制。就這樣，這些腦細(xì)胞可以在這個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)中學(xué)習(xí)規(guī)則、通過(guò)訓(xùn)練產(chǎn)生感知能力。
“我們從未見(jiàn)過(guò)這些細(xì)胞在虛擬環(huán)境中工作。我們成功構(gòu)建了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，能讀取細(xì)胞活動(dòng)。我們用有意義的信息激活它們，以交互的方式改變這些細(xì)胞，使得它們可以彼此改變?！?Kagan博士說(shuō)。
到這里，你或許也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題：無(wú)論是訓(xùn)練人類(lèi)、動(dòng)物或人工智能系統(tǒng)完成某項(xiàng)任務(wù)時(shí)，都需要獎(jiǎng)勵(lì)與懲罰，才能讓訓(xùn)練者向正確的方向前進(jìn)。例如，我們的大腦會(huì)釋放多巴胺作為獎(jiǎng)勵(lì)，但這是DishBrain系統(tǒng)無(wú)法做到的。對(duì)于這些腦細(xì)胞，獎(jiǎng)懲又是什么呢？
答案是信息熵。根據(jù)自由能原理，細(xì)胞希望將環(huán)境中的不確定性最小化，因此當(dāng)腦細(xì)胞成功“接到”小球，電極就會(huì)釋放腦細(xì)胞喜歡的可預(yù)測(cè)信號(hào)；相反，沒(méi)有接到時(shí)，腦細(xì)胞隨后會(huì)接收到隨機(jī)信號(hào)。
▲研究示意圖（圖片來(lái)源：參考資料[1]）
結(jié)果，這些腦細(xì)胞展現(xiàn)出了出人意料的學(xué)習(xí)能力，或者說(shuō)“智慧”。短短5分鐘之內(nèi)，它們就理解了規(guī)則——這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)低于人工智能所需的學(xué)習(xí)時(shí)間。再經(jīng)過(guò)幾個(gè)小時(shí)的訓(xùn)練，DishBrain達(dá)到了正常的游戲水平——當(dāng)然，最后的游戲表現(xiàn)還是明顯不如人類(lèi)與人工智能的。
“當(dāng)我們施加結(jié)構(gòu)性的信息，會(huì)發(fā)現(xiàn)它們活動(dòng)的變化與在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中的真實(shí)行為高度一致。例如，神經(jīng)元改變、適應(yīng)其放電活動(dòng)的能力，隨著經(jīng)驗(yàn)的增長(zhǎng)而增強(qiáng)，與我們看到的細(xì)胞學(xué)習(xí)速率一致?！?Kagan博士說(shuō)。
▲實(shí)驗(yàn)?zāi)M的Pong游戲環(huán)境
▲實(shí)驗(yàn)?zāi)M的Pong游戲環(huán)境（視頻來(lái)源：參考資料[1]）
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