Neuron：培养皿中人脑细胞，仅用5分钟就学会乒乓球游戏，比AI学得更快

1981年，希拉里・普特南提出了一种「缸中之脑」的假想：一个人被邪恶科学家施行了手术，他的脑被从身体上切了下来，放进一个盛有维持脑存活营养液的缸中。脑的神经末梢连接在计算机上，这台计算机按照程序向脑传送信息，以使他保持一切完全正常的幻觉。这个脑还可以被输入或截取记忆，甚至可以被输入代码，感觉到他正在这里阅读一段有趣而荒唐的文字。

这种以前存在于科幻小说中的桥段，现在或许已经触手可及了。

2022年10月12日，来自澳大利亚的生物技术初创公司 Cortical Labs 的研究团队在 Cell 子刊 Neuron 上发表了一篇题为：In vitro neurons learn and exhibit sentience when embodied in a simulated game-world 的研究论文。

在这项研究中，他们开发了一种“微型人类大脑”，并命名为DishBrain（培养皿大脑），这个“大脑”包含了大约80万个脑细胞，仅仅用了5分钟就学会了打「乒乓球」的游戏，而AI学会这一游戏需要花90分钟时间。

这一研究证明了即使是培养皿中的脑细胞也可以表现出内在的智能，并随着时间的推移改变行为。

神经元打「乒乓球」的过程（Credit by Kagan et. al / Neuron）

研究中使用了两种神经元细胞，一种是来源于人诱导多能干细胞（hiPSC）分化而来的皮质神经元细胞，另一种则是在小鼠胚胎中提取而来的原代皮层细胞。研究人员将这些细胞放置在 HD-MEA 芯片上，并将其命名为 Cyborg（赛博格，半人半机器的生物）。

在这一系统中，神经元被集成到数字系统中以利用其先天智能，这些神经元既可以刺激其他神经元，也可以读取周围其他神经元的活动。电信号被发送到微电极阵列上以告知上面的神经元「乒乓球」所在的位置，神经元进而产生电信号来移动「球拍」。神经元移动球拍和击球的次数越多，电子探头记录的「尖峰」就越强。当神经元失误时，他们的游戏方式会受到软件程序的「批评」。神经元可以实时地以目标导向的方式活动，以适应不断变化的环境。

Pong，是一款模拟打乒乓球的小游戏，玩家通过移动球拍，让球落到球拍上并被反弹走。该研究的作者 Kagan 表示，之所以选择 Pong，是因为它简单易懂，同时也是机器学习中使用的首批游戏之一。

通过对比实验，研究人员发现人类神经元在玩游戏过程中确实比小鼠神经元更聪明。此前，已有科学家提出，人脑的学习能力要胜于其他动物，这除了数量上的优势以外，也可能与人脑的神经元结构与其他动物大为不同有关。于是，研究团队提供了这样一个假设：这可能是因为人类的神经元树突长度更长，密度更高。

此外，研究人员还发现，DishBrain 系统只需要大约五分钟就可以掌握 Pong 游戏，而人工智能（AI）需要约90分钟才能掌握。我们的研究结果表明，在模拟的游戏世界中，一层体外皮层神经元可以自组织并表现出智能、有感知的行为，论文作者 Kagan 表示。

Brett J. Kagan（左，该论文的领导者、Cortical Labs的CSO）， Hon Weng Chong（右，Cortical Labs的CEO）

虽然听起来有些许科幻，但这项工作是理解智能的新前沿的开始。研究人员还提出了利用这种方法作为动物试验替代品的可能性，以用于在研究新药或基因疗法时观察细胞在动态环境中的反应。这项工作未来在疾病建模、药物发现，以及扩展当前对大脑如何工作和智力如何产生的理解方面具有极大的潜力。

论文链接：

https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273（22）00806-6

转自：“生物世界”微信公众号

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