約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員在"類器官智能"的新領(lǐng)域取得突破。據(jù)研究人員稱，由人類腦細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的"生物計(jì)算機(jī)"可能在我們的有生之年被開發(fā)出來。這項(xiàng)技術(shù)預(yù)計(jì)將成倍地?cái)U(kuò)大現(xiàn)代計(jì)算的能力，并開辟新的研究領(lǐng)域。

最近發(fā)表在《科學(xué)前沿》雜志上的一篇文章概述了該團(tuán)隊(duì)的"類器官智能"計(jì)劃。

"帶領(lǐng)這項(xiàng)工作的約翰霍普金斯大學(xué)彭博公共衛(wèi)生學(xué)院和懷特工程學(xué)院的環(huán)境健康科學(xué)教授托馬斯-哈同說："計(jì)算和人工智能一直在推動(dòng)技術(shù)革命，但它們正在達(dá)到一個(gè)上限。"生物計(jì)算是壓縮計(jì)算能力和提高其效率的巨大努力，以突破我們目前的技術(shù)極限。"

托馬斯-哈同實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的腦器官模型的放大圖像，染色后顯示為洋紅色的神經(jīng)元，藍(lán)色的細(xì)胞核，以及紅色和綠色的其他支持細(xì)胞。資料來源：Jesse Plotkin/約翰霍普金斯大學(xué)

近二十年來，科學(xué)家們一直在使用微小的器官組織，即類似于完全生長(zhǎng)的器官的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的組織，來進(jìn)行腎臟、肺部和其他器官的實(shí)驗(yàn)，而不需要借助于人類或動(dòng)物試驗(yàn)。最近，哈同和約翰-霍普金斯大學(xué)的同事們一直在研究大腦器官，即具有神經(jīng)元和其他特征的筆點(diǎn)大小的球體，有望維持學(xué)習(xí)和記憶等基本功能。

哈同說："這開啟了對(duì)人類大腦如何工作的研究。"因?yàn)槟憧梢蚤_始操縱這個(gè)系統(tǒng)，做一些你在道德上無法用人類大腦做的事情。"

實(shí)驗(yàn)室在2012年開始使用來自人類皮膚樣本的細(xì)胞，將其重新編程為類似胚胎干細(xì)胞的狀態(tài)，將腦細(xì)胞生長(zhǎng)并組裝成功能性器官。每個(gè)類器官包含約50000個(gè)細(xì)胞，大約相當(dāng)于一只果蠅的神經(jīng)系統(tǒng)的大小。他現(xiàn)在設(shè)想用這種大腦類器官建立一個(gè)未來的計(jì)算機(jī)。

在這種"生物硬件"上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)可能在未來十年開始緩解超級(jí)計(jì)算的能源消耗需求，這種需求正變得越來越不可持續(xù)。盡管計(jì)算機(jī)處理涉及數(shù)字和數(shù)據(jù)的計(jì)算比人類更快，但大腦在做出復(fù)雜的邏輯決定方面要聰明得多，比如區(qū)分狗和貓。

托馬斯-哈同在他位于約翰霍普金斯大學(xué)彭博公共衛(wèi)生學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室里與腦器官在一起。資料來源：威爾-柯克/約翰霍普金斯大學(xué)

"大腦仍然是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)無法比擬的，"哈同說。"Frontier"是肯塔基州最新的超級(jí)計(jì)算機(jī)，是一個(gè)價(jià)值6億美元、占地6800平方英尺的裝置。僅在去年6月，它首次超過了單個(gè)人腦的計(jì)算能力--但使用的能量是100萬倍。"

可能需要幾十年的時(shí)間，類器官智能才能為像老鼠一樣聰明的系統(tǒng)提供動(dòng)力。但是，通過擴(kuò)大腦器官的生產(chǎn)規(guī)模，用人工智能訓(xùn)練它們，他預(yù)見到未來生物計(jì)算機(jī)將支持卓越的計(jì)算速度、處理能力、數(shù)據(jù)效率和存儲(chǔ)能力。

哈同說："在我們實(shí)現(xiàn)與任何類型的計(jì)算機(jī)相媲美的目標(biāo)之前，還需要幾十年的時(shí)間。但如果我們不開始為此創(chuàng)建資金項(xiàng)目，它將會(huì)更加困難。"

共同領(lǐng)導(dǎo)調(diào)查的約翰霍普金斯大學(xué)環(huán)境健康和工程系助理教授Lena Smirnova說，類器官智能也可以徹底改變神經(jīng)發(fā)育障礙和神經(jīng)變性的藥物測(cè)試研究。

斯米爾諾瓦說："我們想比較來自典型發(fā)育的捐贈(zèng)者的腦器官和來自自閉癥捐贈(zèng)者的腦器官。我們正在開發(fā)的生物計(jì)算工具，也是讓我們了解自閉癥特有的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)變化的工具，而不必使用動(dòng)物或接觸病人，這樣我們就可以了解病人為什么有這些認(rèn)知問題和障礙的根本機(jī)制。"

為了評(píng)估利用類器官智能工作的倫理影響，一個(gè)由科學(xué)家、生物倫理學(xué)家和公眾成員組成的不同聯(lián)盟已經(jīng)被嵌入到團(tuán)隊(duì)中。