人工智能 (AI) 長期以來一直受到人類大腦結(jié)構(gòu)和運作方式等方面的啟發(fā)，并且人工智能已經(jīng)取得了從輔助診斷醫(yī)療到創(chuàng)作詩歌等一系列令人印象深刻的成就。盡管如此，原始模型——人類大腦——仍然在許多方面仍然優(yōu)于機器。

2月28日，美國約翰·霍普金斯大學(xué)（Johns Hopkins University）發(fā)布消息稱，如果我們不嘗試讓 AI 更像大腦，而是直奔源頭會怎么樣？ 多個學(xué)科的科學(xué)家正在努力創(chuàng)造革命性的“生物計算機”，以腦細胞的三維培養(yǎng)物（稱為類腦器官）用作硬件。

2月28日，研究人員在國際學(xué)術(shù)期刊《人工智能前沿》（ Frontiers in Artificial Intelligence）雜志上發(fā)表標題為《建立類器官智能社區(qū)的首個類器官智能 (OI) 研討會》（First Organoid Intelligence (OI) workshop to form an OI community）文章，描述了實現(xiàn)這一愿景的路線圖。

“我們將這個新的跨學(xué)科領(lǐng)域稱為‘類器官智能’(OI)，”上述文章的通訊作者、美國約翰·霍普金斯大學(xué)布隆伯格公共衛(wèi)生學(xué)院教授教授托馬斯·哈東(Thomas Hartung) 表示。

“類器官智能”路線圖。

首個類器官智能研討會、社區(qū)和宣言

上述文章稱，意識到類器官研究的巨大潛力后，美國約翰·霍普金斯大學(xué)于 2022年2月22日至-24 日組織了第一個類器官智能研討會，由此形成了一個類器官智能（OI ）研究社區(qū)，并通過了探索類器官智能的巴爾的摩宣言。

上述文章于首次研討會結(jié)束十個月后、2022年12月5日投稿，2023年2月8日被接受，2月28日在線發(fā)表。

該宣言呼吁國際科學(xué)界探索基于人腦的類器官細胞的潛力，促進我們對大腦的理解，并探索生物計算新形式，同時認識到和解決相關(guān)的倫理問題。會議的參與者以與術(shù)語“人工智能”(AI，Artificial Intelligence)一詞一致的方式，創(chuàng)造了“類器官智能”(OI，Organoid Intelligence)一詞來描述這種研究和開發(fā)方法?！叭斯ぶ悄堋北挥糜诿枋鲇嬎銠C能夠執(zhí)行通常需要人類智能的任務(wù)。OI具有廣泛而深遠的應(yīng)用潛力，可以造福人類和我們的星球。

該宣言稱，OI有望闡明人類認知功能（如記憶和學(xué)習(xí)）的生理學(xué)。它為生物和混合計算提供了改變游戲規(guī)則的機會，可以克服硅基計算的重大限制。它提供了在大腦和機器之間的接口方面取得空前進步的前景。最后，OI可以在建模和治療癡呆癥和其他神經(jīng)生成性疾病方面取得突破，這些疾病會在全球范圍內(nèi)造成巨大且不斷增長的疾病負擔(dān)。實現(xiàn)OI改變世界的潛力需要科學(xué)突破。 我們需要人類干細胞技術(shù)和生物工程的進步，以重建大腦結(jié)構(gòu)，并模擬其潛在的偽認知能力。我們需要突破接口技術(shù)，讓我們能夠向類器官傳遞輸入信號，測量輸出信號，并采用反饋機制來模擬學(xué)習(xí)過程。我們還需要新的機器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，來讓我們了解大腦類器官。除了應(yīng)對這些科學(xué)和技術(shù)挑戰(zhàn)外，我們還需要（盡可能）預(yù)見并解決與這項研究相關(guān)并且很大程度上未被探索的倫理挑戰(zhàn)。我們必須警惕類器官發(fā)展出意識的形式或方面的任何可能性，并減輕和防范這種情況。我們呼吁科學(xué)界加入我們的旅程。只有通過合作，我們才能充分發(fā)揮 OI 推動科學(xué)、技術(shù)和醫(yī)學(xué)發(fā)展的潛力。

也就是說，類器官智能計劃至少包括四方面內(nèi)容：通過人類干細胞技術(shù)和生物工程的進步來重建大腦架構(gòu)，并對其認知能力潛力進行建模；通過接口方面的突破，讓人們能夠向類器官傳遞輸入信號，測量輸出信號，并采用反饋機制來模擬學(xué)習(xí)過程；通過新穎的機器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)和AI技術(shù)，讓人們能夠了解大腦類器官；在類器官智能的開發(fā)過程中討論出一個公認的倫理框架。

腦類器官的細胞染色照片（粉色-神經(jīng)元；紅色-少突膠質(zhì)細胞；綠色-星形膠質(zhì)細胞；藍色-細胞核），來自美國約翰·霍普金斯大學(xué)Thomas Hartung實驗室。

從細胞到類器官智能

上述研究計劃的領(lǐng)導(dǎo)者之一、托馬斯·哈東(Thomas Hartung)教授認為，計算和人工智能一直在推動技術(shù)革命，但它們正在達到天花板。因此，早在2012年，Hartung實驗室就開始將人類皮膚樣本細胞重編程為胚胎干細胞樣狀態(tài)，培養(yǎng)腦細胞并組裝成功能性類器官。每個這樣的類器官包含約5萬個細胞。

研究團隊表示，一種由人腦細胞驅(qū)動的“生物計算機”可能在我們有生之年被開發(fā)出來。這些腦類器官只有筆尖大小。

腦類器官是一種實驗室培養(yǎng)的細胞培養(yǎng)物。盡管它不是“迷你大腦”，但擁有大腦功能和結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵方面，例如擁有神經(jīng)元和其他對學(xué)習(xí)和記憶等認知功能至關(guān)重要的腦細胞。此外，雖然大多數(shù)細胞培養(yǎng)物是扁平的，但類器官具有三維結(jié)構(gòu)，這使其細胞密度增加了1000倍，意味著腦類器官中的神經(jīng)元可以形成更多的連接。

計算機不是比大腦更聰明、更快嗎？  

“雖然硅基計算機在數(shù)字方面更好，但大腦更擅長學(xué)習(xí)”，Hartung解釋說。大腦不僅是優(yōu)秀的學(xué)習(xí)者，它們也更節(jié)能。例如，訓(xùn)練 AlphaGo 所花費的能量，超過維持一個活躍的成年人十年所需的能量。

Hartung補充道，“我們正在達到硅基計算機的物理極限，因為我們無法將更多的晶體管封裝到一個微型芯片中。但是大腦的連接方式完全不同。它有大約1000億個神經(jīng)元。”

Hartung表示，神經(jīng)元通過大量的連接點相連，“與我們目前的技術(shù)相比，有巨大的功率差異。”“大腦還具有驚人的信息存儲能力，估計為 2500TB（注：1TB=1024GB）?！?/p>

拿著腦類器官培養(yǎng)板的美國約翰·霍普金斯大學(xué)布隆伯格公共衛(wèi)生學(xué)院Thomas Hartung教授。

根據(jù)Hartung的說法，目前的大腦類器官太小了，“每個包含大約 50,000 個細胞。對于OI，我們需要將這個數(shù)字增加到1000萬?！彼忉尩?。

與此同時，作者們也在開發(fā)與類器官交流的技術(shù)：換句話說，向它們發(fā)送信息，并讀出它們的“想法”。

“我們開發(fā)了一種腦機接口設(shè)備，它是一種類器官腦電圖帽，我們在去年 8 月發(fā)表的一篇文章中介紹了它。它是一個靈活的外殼，上面密密麻麻地覆蓋著微小的電極，這些電極既可以從類器官接收信號，也可以向它傳輸信號，”Hartung說。  

作者設(shè)想，最終 OI 將整合不同的刺激和記錄工具，以及類器官網(wǎng)絡(luò)的交互，實現(xiàn)更復(fù)雜的計算。  

“有了OI，我們也可以研究神經(jīng)系統(tǒng)疾病的認知方面，”Hartung說?！袄纾覀兛梢员容^來自健康人和阿爾茨海默氏癥患者的類器官的記憶形成，并嘗試修復(fù)相對缺陷。我們還可以使用OI來測試某些物質(zhì)（例如殺蟲劑）是否會導(dǎo)致記憶或?qū)W習(xí)問題?！?/p>

盡管OI仍處于起步階段，但該文章的署名作者之一、署名單位為澳大利亞皮質(zhì)實驗室的Brett Kagan博士最近發(fā)表的一項研究提供了概念證明。他的團隊發(fā)表論文稱，正常的、扁平的腦細胞培養(yǎng)物可以學(xué)習(xí)玩電子游戲Pong。  

“我想說，用類器官復(fù)制這個實驗已經(jīng)滿足了OI的基本定義。從現(xiàn)在開始，只需構(gòu)建社區(qū)、工具和技術(shù)即可實現(xiàn)OI的全部潛力。”Hartung總結(jié)道。