由人类脑细胞驱动的计算新领域： "有机体智能"

约翰霍普金斯大学的研究人员在"类器官智能"的新领域取得突破。据研究人员称，由人类脑细胞驱动的"生物计算机"可能在我们的有生之年被开发出来。这项技术预计将成倍地扩大现代计算的能力，并开辟新的研究领域。

最近发表在《科学前沿》杂志上的一篇文章概述了该团队的"类器官智能"计划。

"带领这项工作的约翰霍普金斯大学彭博公共卫生学院和怀特工程学院的环境健康科学教授托马斯-哈同说："计算和人工智能一直在推动技术革命，但它们正在达到一个上限。"生物计算是压缩计算能力和提高其效率的巨大努力，以突破我们目前的技术极限。"

托马斯-哈同实验室生产的脑器官模型的放大图像，染色后显示为洋红色的神经元，蓝色的细胞核，以及红色和绿色的其他支持细胞。资料来源：Jesse Plotkin/约翰霍普金斯大学

近二十年来，科学家们一直在使用微小的器官组织，即类似于完全生长的器官的实验室培养的组织，来进行肾脏、肺部和其他器官的实验，而不需要借助于人类或动物试验。最近，哈同和约翰-霍普金斯大学的同事们一直在研究大脑器官，即具有神经元和其他特征的笔点大小的球体，有望维持学习和记忆等基本功能。

哈同说："这开启了对人类大脑如何工作的研究。"因为你可以开始操纵这个系统，做一些你在道德上无法用人类大脑做的事情。"

实验室在2012年开始使用来自人类皮肤样本的细胞，将其重新编程为类似胚胎干细胞的状态，将脑细胞生长并组装成功能性器官。每个类器官包含约50000个细胞，大约相当于一只果蝇的神经系统的大小。他现在设想用这种大脑类器官建立一个未来的计算机。

在这种"生物硬件"上运行的计算机可能在未来十年开始缓解超级计算的能源消耗需求，这种需求正变得越来越不可持续。尽管计算机处理涉及数字和数据的计算比人类更快，但大脑在做出复杂的逻辑决定方面要聪明得多，比如区分狗和猫。

托马斯-哈同在他位于约翰霍普金斯大学彭博公共卫生学院的实验室里与脑器官在一起。资料来源：威尔-柯克/约翰霍普金斯大学

"大脑仍然是现代计算机无法比拟的，"哈同说。"Frontier"是肯塔基州最新的超级计算机，是一个价值6亿美元、占地6800平方英尺的装置。仅在去年6月，它首次超过了单个人脑的计算能力--但使用的能量是100万倍。"

可能需要几十年的时间，类器官智能才能为像老鼠一样聪明的系统提供动力。但是，通过扩大脑器官的生产规模，用人工智能训练它们，他预见到未来生物计算机将支持卓越的计算速度、处理能力、数据效率和存储能力。

哈同说："在我们实现与任何类型的计算机相媲美的目标之前，还需要几十年的时间。但如果我们不开始为此创建资金项目，它将会更加困难。"

共同领导调查的约翰霍普金斯大学环境健康和工程系助理教授Lena Smirnova说，类器官智能也可以彻底改变神经发育障碍和神经变性的药物测试研究。

斯米尔诺瓦说："我们想比较来自典型发育的捐赠者的脑器官和来自自闭症捐赠者的脑器官。我们正在开发的生物计算工具，也是让我们了解自闭症特有的神经元网络变化的工具，而不必使用动物或接触病人，这样我们就可以了解病人为什么有这些认知问题和障碍的根本机制。"

为了评估利用类器官智能工作的伦理影响，一个由科学家、生物伦理学家和公众成员组成的不同联盟已经被嵌入到团队中。