活体人脑细胞学会玩《毁灭战士》 生物计算技术取得突破

墨尔本初创公司Cortical Labs的研究人员成功利用实验室培养的人脑神经元细胞，操控经典电子游戏《毁灭战士》（Doom）。

该公司在2022年已实现让培养的神经元细胞玩简单的《乓》（Pong）游戏。如今，研究团队更进一步，构建了全球首个基于活体人体组织、可编程的“生物计算机”。

该系统不使用硅芯片，而是依靠生物神经元运行。约20万个神经元被放置在一枚约50福林硬币大小的玻璃芯片上，构成了一个能够处理信息并输出指令的网络。相比之下，人脑平均包含约860亿个神经元。

神经元细胞来源于公司首席执行官Hon Weng Chong的血液样本。研究人员从10毫升血液中提取出约100个白细胞，并利用诺贝尔奖得主、日本科学家山中伸弥（Jamanaka Sinja）开发的方法，将其重编程为诱导性多能干细胞（iPSC），进而分化为神经元细胞。

“本质上，我们将生物钟拨回到胚胎状态，将它们转化为神经元，然后放置到芯片上，”Chong解释道。

由于电信号是神经元与计算机系统之间的共同语言，研究人员可以与这些细胞互动，并引导它们玩《毁灭战士》。尽管神经元没有眼睛和手指，系统仍能解读游戏状态。首先，系统对游戏画面进行截图，获取敌人位置和玩家生命值等信息，随后通过一个神经网络将这些信息转换为电信号，交由生物神经元处理。神经元通过放电模式输出控制指令：左移、右移、前进或射击。

Chong指出，这与人类处理信息的过程类似：信息进入视网膜，转化为电信号，由大脑处理，最终产生输出结果。

负责编写软件代码的24岁人工智能研究员Sean Cole表示，系统在首次尝试时就能运行，令他感到惊讶。神经元细胞明确显示出学习迹象：起初它们无法移动或瞄准，但后来成功击毙了前两个敌人，随后便停止行动，仿佛在“自我保护”。Cole强调，这并不代表细胞具有意识，但学习过程是真实发生的。

目前尚不清楚细胞学习游戏的确切机制。Cole推测可能涉及“自由能原理”（即生命系统倾向于最小化自由能）或“赫布学习法则”（神经元同时激活时连接会增强）等因素。

技术前景在于医学，而非游戏

Chong表示，这项技术的真正未来在于医学应用，而非电子游戏。在实验室培养的神经元上，可以出色地模拟癫痫及其他多种神经系统疾病，从而测试药物甚至开发个性化疗法，且无需进行动物实验。

相关突破：果蝇全脑数字化模拟

与此同时，旧金山的Eon Systems公司取得了另一项重大突破。他们利用电子显微镜绘制了一只果蝇的完整大脑图谱，并进行了虚拟重建。这只数字果蝇的大脑包含约14万个神经元，虚拟身体拥有87个关节。

启动模拟后，果蝇无需任何预先训练或外部指令，便能行走、飞行、清洁和进食。这一结果对现代人工智能的一个基本假设——智能必须通过学习获得——提出了质疑。在果蝇案例中，大部分行为模式似乎已预先编码在网络结构之中。

Eon Systems首席执行官Michael Andregg认为，从长远看，大脑模拟可能为人类带来新的可能性，但距离实现将人类意识上传至计算机的目标仍十分遥远。

Chong同时指出，生物计算技术可能在传统计算机表现不佳的领域脱颖而出。莫拉维克悖论（Moravec-paradoxon）揭示，人类直觉上认为容易的任务（如运动或直觉决策），计算机却极难完成。未来，基于活体神经元的系统或可用于操控需要在现实世界不可预测环境中运行的机器人和无人机。