作者:李惠钰 来源:中国科学报 发布时间:2023/3/1 15:33:45
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未来的计算机会在脑细胞上运行吗?

 

 

近日,约翰斯·霍普金斯大学隆伯格公共卫生学院教授Thomas Hartung团队在《科学前沿》杂志发布了一项“类器官智能”计划。他表示,“计算机和人工智能一直在推动技术革命,但它们正在达到'天花板'。生物计算可以提高计算效率,突破我们目前的技术极限。”

近20年来,科学家一直在使用微小的类器官,即实验室培养的类似于成熟器官的组织,在肾脏、肺和其他器官上进行实验。最近,Hartung和同事一直在研究类脑器官,这种器官虽然只有笔尖大小,但却拥有大脑功能和结构的关键特征,例如拥有神经元和其他对学习和记忆等认知功能至关重要的脑细胞。

“这为研究人类大脑如何工作开辟了道路。”Hartung说。

早在2012年,Hartung就开始利用人类皮肤样本中的细胞重新编程为类似胚胎干细胞的状态,将脑细胞培养并组装成功能性类器官。每个类器官含有大约5万个细胞,相当于果蝇神经系统的大小。他现在设想用这种类脑器官建造一台未来计算机。

Hartung表示,在这种“生物硬件”上运行的计算机可能会在未来10年开始缓解超级计算机的能耗需求,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速度比人类快,但大脑在做出复杂的逻辑决策方面要聪明得多,比如区分狗和猫。

“大脑仍然是现代计算机无法比拟的。”Hartung说,“Frontier是肯塔基州最新的超级计算机,耗资6亿美元,占地6800平方英尺。仅在去年6月,它就首次超过了单个人脑的计算能力,但消耗的能量要比人脑高出100万倍。”

Hartung说,类器官智能可能需要几十年才能为像老鼠一样聪明的系统提供动力。但通过扩大脑类器官的生产,并用人工智能对其进行训练,他预测,生物计算机未来将支持卓越的计算速度、处理能力、数据效率和存储能力。

“我们需要几十年的时间才能实现与任何类型的计算机相媲美的目标。”Hartung说, “但如果我们不开始为此创建资助计划,这将变得更加困难。”

约翰斯·霍普金斯大学环境健康与工程助理教授Lena Smirnova表示,类器官智能还可能彻底改变神经发育障碍和神经退行性病变的药物测试研究。

“我们想比较正常发育捐赠者的脑类器官和自闭症捐赠者的脑类器官。”Smirnova说,“我们正在朝着生物计算方向开发工具,与让我们了解自闭症特异性神经元网络变化的工具相同,而无需使用动物或接触患者,因此我们可以了解患者存在这些认知问题和障碍的潜在机制。”

为了评估与类器官智能合作的伦理影响,团队中已成立了一个由科学家、生物伦理学家和公众组成的多元化联盟。

相关论文信息:http://doi.org/10.3389/fsci.2023.1017235

 
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