人工智能 (AI) 長期以來一直受到人類大腦結(jié)構(gòu)和運(yùn)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(jī)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(huì)怎么樣？ 多個(gè)學(xué)科的科學(xué)家正在努力創(chuàng)造革命性的“生物計(jì)算機(jī)”，以腦細(xì)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(biāo)題為《建立類器官智能社區(qū)的首個(gè)類器官智能 (OI) 研討會(huì)》（First Organoid Intelligence (OI) workshop to form an OI community）文章，描述了實(shí)現(xiàn)這一愿景的路線圖。

“我們將這個(gè)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(gè)類器官智能研討會(huì)、社區(qū)和宣言

上述文章稱，意識(shí)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(gè)類器官智能研討會(huì)，由此形成了一個(gè)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(huì)結(jié)束十個(gè)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(xì)胞的潛力，促進(jìn)我們對(duì)大腦的理解，并探索生物計(jì)算新形式，同時(shí)認(rèn)識(shí)到和解決相關(guān)的倫理問題。會(huì)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?jì)算機(jī)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(yuǎn)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(rèn)知功能（如記憶和學(xué)習(xí)）的生理學(xué)。它為生物和混合計(jì)算提供了改變游戲規(guī)則的機(jī)會(huì)，可以克服硅基計(jì)算的重大限制。它提供了在大腦和機(jī)器之間的接口方面取得空前進(jìn)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(huì)在全球范圍內(nèi)造成巨大且不斷增長的疾病負(fù)擔(dān)。實(shí)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(xì)胞技術(shù)和生物工程的進(jìn)步，以重建大腦結(jié)構(gòu)，并模擬其潛在的偽認(rèn)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(hào)，測(cè)量輸出信號(hào)，并采用反饋機(jī)制來模擬學(xué)習(xí)過程。我們還需要新的機(jī)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(duì)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(xiàng)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(shí)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(dòng)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(jì)劃至少包括四方面內(nèi)容：通過人類干細(xì)胞技術(shù)和生物工程的進(jìn)步來重建大腦架構(gòu)，并對(duì)其認(rèn)知能力潛力進(jìn)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(hào)，測(cè)量輸出信號(hào)，并采用反饋機(jī)制來模擬學(xué)習(xí)過程；通過新穎的機(jī)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(gè)公認(rèn)的倫理框架。

腦類器官的細(xì)胞染色照片（粉色-神經(jīng)元；紅色-少突膠質(zhì)細(xì)胞；綠色-星形膠質(zhì)細(xì)胞；藍(lán)色-細(xì)胞核），來自美國約翰·霍普金斯大學(xué)Thomas Hartung實(shí)驗(yàn)室。

從細(xì)胞到類器官智能

上述研究計(jì)劃的領(lǐng)導(dǎo)者之一、托馬斯·哈東(Thomas Hartung)教授認(rèn)為，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)到天花板。因此，早在2012年，Hartung實(shí)驗(yàn)室就開始將人類皮膚樣本細(xì)胞重編程為胚胎干細(xì)胞樣狀態(tài)，培養(yǎng)腦細(xì)胞并組裝成功能性類器官。每個(gè)這樣的類器官包含約5萬個(gè)細(xì)胞。

研究團(tuán)隊(duì)表示，一種由人腦細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的“生物計(jì)算機(jī)”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(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的細(xì)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(duì)學(xué)習(xí)和記憶等認(rèn)知功能至關(guān)重要的腦細(xì)胞。此外，雖然大多數(shù)細(xì)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(xì)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(jì)算機(jī)不是比大腦更聰明、更快嗎？  

“雖然硅基計(jì)算機(jī)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(fèi)的能量，超過維持一個(gè)活躍的成年人十年所需的能量。

Hartung補(bǔ)充道，“我們正在達(dá)到硅基計(jì)算機(jī)的物理極限，因?yàn)槲覀儫o法將更多的晶體管封裝到一個(gè)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(gè)神經(jīng)元。”

Hartung表示，神經(jīng)元通過大量的連接點(diǎn)相連，“與我們目前的技術(shù)相比，有巨大的功率差異?！薄按竽X還具有驚人的信息存儲(chǔ)能力，估計(jì)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(gè)包含大約 50,000 個(gè)細(xì)胞。對(duì)于OI，我們需要將這個(gè)數(shù)字增加到1000萬?！彼忉尩馈?/p>

與此同時(shí)，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(jī)接口設(shè)備，它是一種類器官腦電圖帽，我們?cè)谌ツ?8 月發(fā)表的一篇文章中介紹了它。它是一個(gè)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(hào)，也可以向它傳輸信號(hào)，”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(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的計(jì)算。  

“有了OI，我們也可以研究神經(jīng)系統(tǒng)疾病的認(rèn)知方面，”Hartung說。“例如，我們可以比較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(duì)缺陷。我們還可以使用OI來測(cè)試某些物質(zhì)（例如殺蟲劑）是否會(huì)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(shí)驗(yàn)室的Brett Kagan博士最近發(fā)表的一項(xiàng)研究提供了概念證明。他的團(tuán)隊(duì)發(fā)表論文稱，正常的、扁平的腦細(xì)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(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)OI的全部潛力。”Hartung總結(jié)道。