來(lái)源：品玩
最近，科幻迷十分期待的《黑客帝國(guó)4》上映了。
該系列最初的設(shè)定當(dāng)中，具有超凡能力的人類 NEO，其意識(shí)以程序員 Thomas Anderson 的身份生活在虛擬空間里；而當(dāng)人類反叛者領(lǐng)袖 Morpheus 幫助他脫離“母體”(Matrix)之后，他才明白過(guò)來(lái)，自己之前其實(shí)住在計(jì)算機(jī)里，無(wú)法分辨真實(shí)和虛擬。
黑客帝國(guó)在20多年前所描繪的這個(gè)科幻概念，終于在最近，在一群澳大利亞腦科學(xué)研究者的手中，成為真實(shí)了。
這些科學(xué)家們，開(kāi)發(fā)出了一顆真的、活的大腦。
（這并不厲害，畢竟過(guò)去已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)的人造大腦比比皆是。）
厲害的是：這顆人造大腦，它在生理的層面上，活在真實(shí)世界的一支培養(yǎng)皿里；它的腦部活動(dòng)，卻發(fā)生在一個(gè)由計(jì)算機(jī)模擬出來(lái)的游戲世界里。
DishBrain，第一個(gè)可工作的“缸中之腦”
本月初，來(lái)自澳大利亞腦科學(xué)公司 Cortical Labs，以及澳、英、加等國(guó)多所知名學(xué)府的研究人員，在生物學(xué)論文預(yù)印本網(wǎng)站 bioRxiv 上發(fā)表了《體外神經(jīng)元在模擬游戲世界中學(xué)習(xí)并表現(xiàn)出知覺(jué)性》一文，首次展示了該團(tuán)隊(duì)在腦科學(xué)方面前所未有的最新進(jìn)展：
團(tuán)隊(duì)在培養(yǎng)皿中培育了一些活體腦細(xì)胞，連接外部電路來(lái)傳輸微電流信號(hào)。只用了短短幾個(gè)小時(shí)，這些細(xì)胞就成功學(xué)會(huì)了如何玩《Pong》街機(jī)游戲。
他們將這個(gè)系統(tǒng)稱為 DishBrain.
這些活體腦細(xì)胞，來(lái)自人類和嚙齒動(dòng)物源，在培養(yǎng)皿中和硅基電路板通過(guò)高密度微電極陣列實(shí)現(xiàn)了結(jié)合。電路傳輸微弱的信號(hào)，對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生刺激效果，使得它們以為自己是《Pong》游戲里的球拍。
從下圖中可以看到，對(duì)于模擬環(huán)境的游戲畫(huà)面中發(fā)生的場(chǎng)景變化，腦細(xì)胞能夠產(chǎn)生有“知覺(jué)性”(sentient) 的反應(yīng)。
“這些細(xì)胞，就像真的生活在母體/黑客帝國(guó)里一樣，”Cortical Labs 首席科學(xué)官 Brett Kagan 表示。
更令研究者感到驚訝的是，對(duì)于同一款游戲，這些體外活體腦細(xì)胞的學(xué)習(xí)速度，比一般計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要快得多。
通常，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要大約90分鐘的時(shí)間，才能對(duì)于 Pong 游戲的機(jī)理，和自己應(yīng)該要做什么，產(chǎn)生基本的了解；而訓(xùn)練到一般人的游戲水平，則可能需要幾百甚至上千小時(shí)的時(shí)間。
而對(duì)于 DishBrain，它了解游戲機(jī)理和自己的身份，只用了5分鐘的時(shí)間，然后達(dá)到正常游戲水平，總計(jì)訓(xùn)練時(shí)間只用了“幾個(gè)小時(shí)”（十多個(gè)小節(jié)，每小節(jié)15分鐘）。
這些腦細(xì)胞，并非取自活體，而是從嚙齒類動(dòng)物胚胎皮質(zhì)細(xì)胞或人體誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (hiPSC) 培育而成的，兩種來(lái)源皆可。培育出的腦細(xì)胞能夠在營(yíng)養(yǎng)充分的環(huán)境里裂變生長(zhǎng)，并且能夠在體外環(huán)境發(fā)展出生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (BNN)——這也是人類在體外環(huán)境所能夠培養(yǎng)出的，最為接近智慧生物大腦工作方式的生物神經(jīng)元結(jié)構(gòu)。
腦細(xì)胞培育方式介紹，可以從嚙齒類動(dòng)物的胚胎中提取皮質(zhì)細(xì)胞，或 使用人體誘導(dǎo)多能干細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，再放置在高密度多電極陣列芯片上。
在此之前，全球多地的高校和研究機(jī)構(gòu)都曾通過(guò)細(xì)胞培植、腦機(jī)結(jié)合等方式嘗試開(kāi)發(fā)過(guò)體外大腦。
比如，德國(guó)杜塞爾多夫大學(xué)人類基因?qū)W院的科學(xué)家們，就在今年8月發(fā)布了他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中培植出來(lái)的“大腦”。該系統(tǒng)能夠一定程度生成和控制感光器官，對(duì)可見(jiàn)光做出反應(yīng)，約等于還在母體腹中5周大的人類胚胎的大腦所具備的能力。
然而 Cortical Labs 開(kāi)發(fā)的 DishBrain，是第一個(gè)有論文背書(shū)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段的項(xiàng)目，它證明了體外腦細(xì)胞所組成的生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以具備知覺(jué)性、學(xué)習(xí)能力、完成任務(wù)能力……等等更加“高級(jí)”大腦功能。
誠(chéng)然，《Pong》是個(gè)非常簡(jiǎn)單的游戲，任何正常人，哪怕是幾歲的幼童，都能夠很快掌握，然而對(duì)于數(shù)量極其有限，并且采用比人腦構(gòu)成方式更加“粗野”的自然生長(zhǎng)方式，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境培養(yǎng)的腦細(xì)胞來(lái)說(shuō)，能夠在幾分鐘內(nèi)掌握游戲的要義，幾小時(shí)就學(xué)會(huì)玩游戲——還是非常令人震驚的發(fā)現(xiàn)。
DishBrain 的閉環(huán)反饋系統(tǒng)來(lái)自澳大利亞的腦機(jī)結(jié)合先鋒
Cortical Labs 是一家位于澳大利亞墨爾本的腦科學(xué)研究型公司，創(chuàng)立于2019年，于去年三月正式走出隱形狀態(tài)。
該公司的目標(biāo)是造出一顆真實(shí)的大腦，讓它遨游虛擬的世界。當(dāng)然，如果你覺(jué)得這么說(shuō)太“虛”了，更實(shí)際一點(diǎn)的說(shuō)法，就是：制造出真正實(shí)現(xiàn)硅+碳結(jié)合的計(jì)算芯片。
這樣的芯片，充分利用合成生物和人腦的力量，開(kāi)發(fā)出一種全新的混合型人工智能，能夠?qū)θ祟惿鐣?huì)所面臨的最大挑戰(zhàn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)適應(yīng)和問(wèn)題解決。
在過(guò)去，大腦神經(jīng)元的工作方式已經(jīng)啟發(fā)了很多的計(jì)算技術(shù)方面的創(chuàng)新，比如我們已經(jīng)非常熟悉的深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以及類腦計(jì)算等更加新穎的技術(shù)——然而，這些技術(shù)仍然屬于仿生的范疇，他們并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)字面意義上的“硅碳”結(jié)合，沒(méi)有真正將字面意義上的“人腦”加入到計(jì)算系統(tǒng)里。
在這個(gè)真正“腦機(jī)結(jié)合”的方向上，Cortical Labs 團(tuán)隊(duì)產(chǎn)出了令人興奮的結(jié)果。
Cortical Labs 的聯(lián)合創(chuàng)始人 Hong Weng Chong（下圖中間）是一位在醫(yī)療科技領(lǐng)域有著豐富資歷的連續(xù)創(chuàng)業(yè)者。他畢業(yè)于約翰霍普金斯大學(xué)信息學(xué)系，既有軟件工程經(jīng)驗(yàn)，也是一位有著醫(yī)學(xué)博士學(xué)位的執(zhí)業(yè)醫(yī)生。在創(chuàng)立 Cortical Labs 之前，Chong 在自己創(chuàng)立的醫(yī)療硬件公司 CliniCloud 擔(dān)任 CTO，該公司曾得到騰訊和平安創(chuàng)投投資，其推出的智能體溫計(jì)和聽(tīng)診器備受專業(yè)用戶的好評(píng)。
另一位創(chuàng)始人 Andy Kitchen（下圖左二）著有多篇機(jī)器學(xué)習(xí)方面的論文，也是墨爾本當(dāng)?shù)貦C(jī)器學(xué)習(xí)/AI社群的最關(guān)鍵的組織者之一。
值得一提的是，Cortical Labs 的創(chuàng)始理念是英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)權(quán)威卡爾·弗里斯頓所提出的“自由能量原則”（又稱為主動(dòng)推理原則）。
這個(gè)概念相當(dāng)復(fù)雜，這里我們就不贅述了，你只需要知道，它一開(kāi)始是用來(lái)解釋自組織生命系統(tǒng)（比如一枚細(xì)胞，或者一顆大腦）的工作原理的，后來(lái)也被發(fā)現(xiàn)嵌套到統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)、心理學(xué)、等很多其它領(lǐng)域時(shí)，和這些領(lǐng)域的經(jīng)典、權(quán)威法則也都是“兼容”的——正是因此，自由能量原則被很多學(xué)者推崇，卻也受到了更多的挑戰(zhàn)。很多人批評(píng)它是一個(gè)形而上學(xué)的假設(shè)，難以通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)去證偽。
而如果我們?cè)倩仡^看 DishBrain 論文的摘要，它是這樣寫(xiě)的：
DishBrain 是一個(gè)在結(jié)構(gòu)化環(huán)境中，利用腦細(xì)胞神經(jīng)元固有的適應(yīng)性計(jì)算能力，從而展示自然智能的系統(tǒng)……培養(yǎng)物被嵌入到一個(gè)模擬的街機(jī)游戲“Pong”的世界中……在此系統(tǒng)上，我們對(duì)此前無(wú)法實(shí)測(cè)的“主動(dòng)推理”理論實(shí)現(xiàn)了實(shí)測(cè)，并且發(fā)現(xiàn)實(shí)際游戲時(shí)間5分鐘以內(nèi)就可以觀察到培養(yǎng)物具有學(xué)習(xí)能力……進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)結(jié)果則展示了閉環(huán)反饋在激發(fā)學(xué)習(xí)能力方面的重要性。培養(yǎng)物展現(xiàn)出了以目標(biāo)為導(dǎo)向的自組織能力……
也就是說(shuō) Cortical Labs 過(guò)去幾年里在人造大腦方面所作的實(shí)驗(yàn)，正是對(duì)自由能量原則的實(shí)證，在神經(jīng)科學(xué)方面具有重大意義。
不過(guò)就目前來(lái)看，DishBrain 的初步成果并沒(méi)有得到與其重要性所匹配的關(guān)注。公司創(chuàng)始人為了吸引眼球，也忙著在 Twitter 等社交網(wǎng)絡(luò)上呼朋喚友來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)，希望讓馬斯克看到，能夠在 DishBrain 和 NeuraLink 的猴子之間展開(kāi)一場(chǎng)游戲“battle”……
（NeuraLink 是腦機(jī)接口領(lǐng)域最受關(guān)注的公司之一，由馬斯克牽頭并投資。）
利用活體神經(jīng)元的計(jì)算能力，創(chuàng)造硅基和碳基合成的生物智能，這種想法在過(guò)去一直局限于科幻的范疇里。
今天，DishBrain 項(xiàng)目已經(jīng)證明，在技術(shù)創(chuàng)新的推動(dòng)下，硅碳合成的生物智能，似乎并不遙遠(yuǎn)……
