盡管聽(tīng)起來(lái)像是科幻，但未來(lái)某天，我們或許會(huì)看到由活體人類腦細(xì)胞而非傳統(tǒng)硅基材料構(gòu)建的計(jì)算硬件。

生物計(jì)算機(jī)利用生物來(lái)源的材料（如DNA、蛋白質(zhì)或活體組織，例如實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的神經(jīng)元）執(zhí)行計(jì)算任務(wù)。這一過(guò)程涉及培育神經(jīng)元，將其發(fā)展為稱為"類器官"的微型細(xì)胞團(tuán)，再通過(guò)電極連接這些細(xì)胞團(tuán)，將其用作微型計(jì)算機(jī)。有趣的是，這類生物計(jì)算機(jī)的能耗低于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。

目前該技術(shù)仍處于萌芽階段。現(xiàn)有的生物計(jì)算機(jī)僅能處理簡(jiǎn)單任務(wù)。2022年，澳大利亞公司Cortical Labs曾因成功讓人工神經(jīng)元運(yùn)行經(jīng)典游戲《Pong》而備受關(guān)注。另一案例是"腦機(jī)系統(tǒng)"生物計(jì)算平臺(tái)，它通過(guò)連接活體腦細(xì)胞與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)語(yǔ)音識(shí)別。今年8月，布里斯托大學(xué)團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱，他們成功利用含神經(jīng)元的人腦類器官識(shí)別了布萊葉盲文字母。

當(dāng)前多個(gè)學(xué)術(shù)與商業(yè)實(shí)驗(yàn)室的研究重點(diǎn)，是培育人類神經(jīng)元并將其轉(zhuǎn)化為可與生物晶體管媲美的功能系統(tǒng)。

發(fā)掘大腦潛能

專家正致力于模擬人腦驚人的能效——大腦以不足20瓦的功耗，每秒完成相當(dāng)于十億次數(shù)學(xué)運(yùn)算。相比之下，最強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)雖能匹配人腦速度，能耗卻高出百萬(wàn)倍。

墨爾本大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程博士候選人布拉姆·瑟韋斯在《對(duì)話》期刊撰文指出，生物計(jì)算的基礎(chǔ)早在近50年前就已奠定。神經(jīng)科學(xué)家最初通過(guò)在微型電極陣列上培育神經(jīng)元來(lái)研究其放電模式。到21世紀(jì)初，神經(jīng)元與電極間的初步雙向通信催生了生物混合計(jì)算的構(gòu)想，但進(jìn)展緩慢直至2013年腦類器官技術(shù)取得突破。

這些類器官是由干細(xì)胞培育的3D腦狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)研究通常將類器官與"芯片器官"技術(shù)結(jié)合，用于藥物測(cè)試與發(fā)育研究。

倫理挑戰(zhàn)

2022年該領(lǐng)域進(jìn)入高關(guān)注階段，Cortical Labs發(fā)布的研究顯示培養(yǎng)神經(jīng)元學(xué)會(huì)了玩《Pong》。這項(xiàng)研究引發(fā)爭(zhēng)議更多是因?yàn)槭褂昧?具身感知"這一敏感術(shù)語(yǔ)，而非其科學(xué)價(jià)值。此后研究者提出"類器官智能"的概念，這一表述雖引人注目，卻可能模糊其與高級(jí)人工智能的功能差異。

關(guān)鍵問(wèn)題在于倫理監(jiān)管滯后——現(xiàn)行框架僅將類器官視為生物醫(yī)學(xué)工具。作者指出，這已引發(fā)緊急呼吁，要求更新倫理指南以跟上快速商業(yè)化的步伐。文章強(qiáng)調(diào)："盡管無(wú)需外部刺激類器官已開始呈現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)行為，但專家普遍認(rèn)為現(xiàn)有類器官不具備意識(shí)，也遠(yuǎn)未接近意識(shí)狀態(tài)。"

全球進(jìn)展

全球（包括美國(guó)、瑞士、中國(guó)和澳大利亞）的企業(yè)與學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)正致力于構(gòu)建生物混合平臺(tái)。FinalSpark（提供遠(yuǎn)程類器官訪問(wèn)服務(wù)）和Cortical Labs（發(fā)售CL1桌面生物計(jì)算機(jī)）等商業(yè)機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，其客戶將超越制藥領(lǐng)域，延伸至人工智能研究人員。

據(jù)報(bào)道，學(xué)術(shù)界的愿景同樣宏大，如加州大學(xué)圣地亞哥分校提出在2028年前利用類器官預(yù)測(cè)亞馬遜石油泄漏。該領(lǐng)域的近期工作重點(diǎn)包括持續(xù)改進(jìn)、復(fù)現(xiàn)和擴(kuò)大原型系統(tǒng)。值得關(guān)注的是，許多團(tuán)隊(duì)正探索用類器官替代神經(jīng)科學(xué)與毒理學(xué)研究中的動(dòng)物模型。

目前已有實(shí)踐框架用于評(píng)估化學(xué)物質(zhì)如何影響早期大腦發(fā)育。同時(shí)，神經(jīng)元與電子系統(tǒng)的結(jié)合顯示出更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)癲癇相關(guān)腦活動(dòng)的潛力。

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