玩电子游戏需要多少脑细胞？听到这句话，你的第一反应一定是：这是一道脑筋急转弯。不，这个问题有一个真正的答案。这都要归功于名为DishBrain的神经网络系统。如果打乒乓球，需要的脑细胞数量约为80万个。这不，5分钟学会“打乒乓球”需要80万个人类脑细胞。最近，来自澳大利亚的一个研究团队将80万个活的人和小鼠脑细胞放入培养皿中，将它们连接到电极上，玩起了经典的街机游戏Pong。科学家称它为第一个有知觉的DishBrain。这项研究的目的是创造合成生物智能（SBI），并为未来神经系统疾病的研究提供更好的方法。最新研究发表在周三的《神经元》杂志上。论文地址：https://www.cell.com/neuron/pdfExtended/S0896-6273(22)00806-6《磁盘上的大脑》5分钟学会玩游戏我们知道人脑有8600亿个神经元。然而，将电信号从一个神经元传输到下一个神经元的突触不被视为信息处理器。但神经元是一个了不起的系统，它可以以极低的能耗实时处理信息。DishBrain由单层人类神经元组成，这些神经元生长在刺激这些脑细胞的微电极阵列之上。那么，这些“人脑细胞”是从哪里来的呢？脑细胞的获取过程是否符合研究规范可能是大家最先关心的问题。DishBrain神经元阵列正在工作。事实上，直接从人脑中提取神经元和脑细胞并没有你想象的那么不道德。科学家们提供了一个解决方案：使用人为诱导的方法。多能干细胞(hiPSC)分化为皮质神经元，然后进行培养。同时，研究人员还取小鼠细胞进行培养。下图显示了培养皿（50μm）中小鼠和人类皮质细胞的差异。其中，蓝色DAPI代表所有细胞染色，绿色NeuN代表神经元，微管蛋白（BIII）标记轴突，MAP标记树突。可以看出，小鼠皮层细胞(A)可以在营养丰富的培养基中生长和维持数月，并发展出具有大量树突和轴突连接的复杂形态。在人类诱导多能干细胞(hiPSC)分化为单层活跃的异质皮质神经元后，这些神经元也显示出成熟的功能特性，并且可以与支持神经胶质细胞形成密集连接。那么，细胞培养出来后，如何让它们打乒乓球呢？显然，我们需要一个复杂的设置。设备中心的圆形凹槽是放置脑细胞和电极的地方。CorticalLabs的研究人员使用瑞士公司MaxwellBiosystems提供的MaxOne多电极阵列进行实验。MaxOne是一款高分辨率电生理平台，26000个铂金电极排列在8mm*8mm的面积内，最高分辨率可达220*120。该系统基于互补氧化物半导体(CMOS)技术，可以记录多达1024个通道数和多达32个细胞的刺激。神经元如何主动推理完成游戏？为了教DishBrain如何打乒乓球，该团队让神经元进行单人乒乓球比赛。研究人员使用电信号刺激电极阵列上的神经元并记录它们的活动。其中，电信号被发送到不同的阵列区域以代表乒乓球的位置，板两侧的微电极将指示球是在球拍的左侧还是右侧，信号频率反映了球的距离。电极阵列上部的神经元负责感知乒乓球的位置，下部的神经元分为两部分，负责输出乒乓球拍上下移动的距离。然后DishBrain可以产生电信号来移动球拍来接球。但起初，他们表现不佳。为了玩好游戏，神经元需要反馈。因此，该团队开发了一种反馈软件，可以在DishBrain错过一个球时通过电极对其进行批评。为了优化误差，CorticalLabs团队主要使用了最小化变分自由能的预测编码公式，也称为卡尔曼滤波器。这让系统在打乒乓球时得到了改进，在短短五分钟内，DishBrian学会了根据球的位置来回移动球拍。咦，DeepMind的AI好像也玩过这个游戏？没错，在2013年，DeepMind首次通过一款Atari游戏展示了其人工智能强化学习算法的性能。目前DishBrain玩游戏的效果还不如DeepMind自己研发了这么多年的强化学习算法。但是AI要学会玩这个游戏需要90分钟，而这层脑细胞只需要5分钟就能玩好。这样，利用活脑神经元的计算能力创建合成生物智能（SBI）就完成了。有趣的是，研究人员表示，未来他们还将测试酒精和药物对DishBrain打乒乓球能力的影响。“我们正在尝试用乙醇创建一条剂量反应曲线——基本上是让这些神经元“喝醉”，看看它们是否像人们喝酒时那样表现得更糟，”CorticalLabs的BrettKagan博士说。电脑能模仿人脑吗？就目前而言，DishBrain打乒乓球的策略是缓慢且片面的，赢得电子竞技冠军听起来相当牵强，但这些研究反映了活体组织与硅技术融合的潜力。这是第一个证明神经元调整其活动以完成特定任务的合成生物智能实验。而且，如果他们得到反馈，他们可以学会更好地执行任务。这项研究在建模疾病、发现药物、了解大脑如何工作、智力如何产生以及研究药物如何影响大脑活动方面具有巨大潜力。DishBrain的开发者、澳大利亚生物技术初创公司CorticalLabs的神经科学家BrettKagan说：“我们已经证明，我们可以与活的生物神经元相互作用，使它们改变自己的活动，从而产生类似于智力的东西。”理解智能的新方向，”卡根说。“它不仅告诉我们作为人类意味着什么，还告诉我们‘活着’意味着什么、什么是‘聪明’、‘处理信息’是什么以及什么在这个瞬息万变的世界中要“有知觉”。英国伦敦大学学院的理论神经科学家卡尔·弗里斯顿说：“这项工作的突破性之处在于让神经元具备了对世界进行感知——反馈——行动的能力。”能量原理，它提出所有生物系统的行为方式都可以缩小期望与实践之间的差距——换句话说，世界可以变得更加可预测。自由能理论根据弗里斯顿的理论，通过调整行为，世界变得更加可预测，DishBrain从生物学上证明了这一点。“DishBrain实验本质上是在创造一个更可预测的环境，”卡根说。DishBrain实验为人类带来了一些激动人心的可能性，尤其是在人工智能和计算方面。要知道，人脑大约包含8到1000亿个神经元，这比任何计算机都要强大得多，再好的计算机也很难复制人脑。我们最接近的是由麻省理工学院的工程师设计的带有人工突触的芯片，它使我们能够在40分钟内使用82,944个处理器、1PB的主内存和40分钟复制人脑1%的活动。秒。麻省理工学院人工突触芯片如果架构更像一个真正的大脑——甚至可能是像DishBrain这样的合成生物系统——也许计算机复制人脑的目标不会遥不可及。DishBrain还使我们能够在细胞水平上了解各种药物对大脑的影响。有一天，它甚至可以使用从患者皮肤中的干细胞逆向生长的神经元，制造出针对患者的药物。“这一结果的潜力非常令人兴奋：这意味着我们不再需要创建‘数字双胞胎’来测试治疗方法，”Fristo说。私人定制药物的数字双胞胎“原则上，我们现在拥有终极的仿生‘沙盒’，可以在其中测试药物和遗传变异的影响，这个沙盒完全由你和我的大脑中发现的东西组成。相同的计算（神经元)元素。无独有偶，为了推动神经科学研究，今天《自然》杂志的一项研究将人脑与小鼠大脑完美结合，培育出了脑类器官，在这项研究中，斯坦福大学的研究人员将人脑的诱导多能干细胞移植到正在发育的大鼠大脑中。图中亮绿色部分为脑类器官，研究发现脑类器官可以与大鼠大脑一起发育成熟，同时这些类器官会逐渐长出血管，为自身发育提供营养。最后，通过与大脑的神经回路部分结合，真正成为大脑的一部分。有了类器官，科学家们可以在培养皿中操纵神经元，找到潜在神经系统疾病背后的机制。网友神评论“这是否意味着即使没有“存在”，是否也存在某种意识形态？”讨论一下子上升到了哲学层面……“我要o成为第一个欢迎我们新的脑细胞霸主的人。”“我们需要一个更大的培养皿。”“我想要一个像攻壳机动队那样的机器人身体。”“神经漫游者。科技与魔法的完美结合。”“这太不可思议了，让我想起大卫·伊格曼(DavidEagleman)的TED演讲。他认为人脑是一种原始的I/O设备。作为婴儿，它正在学习处理输入数据，我们随时可以添加额外的输入，大脑就会开始解读新数据。”“让我想起了《黑镜》中的‘Cookie’那一集……令人毛骨悚然”“但是神经元喜欢这个游戏吗？”“我看了数百条评论，你是第一个提出这个重要问题的人！”“这些细胞不断改进，几天之内它们就会成为特朗普的支持者。”“他们已经超过了普通特朗普支持者的智商。”“在我看来，这就是奴隶制，想想这个技术可以用在什么地方。》参考资料：https://www.cnet.com/science/live-brain-cells-in-dish-quickly-learn-to-play-classic-game-pong/https://www.nature.com/文章/d41586-022-03229-yhttps://www.engadget.com/brain-cells-pong-rats-182835843.html
