約翰霍普金斯大學的研究人員分享了他們的“類器官智能”計劃。該團隊正在努力創建一種由人類腦細胞驅動的“生物計算機”，他們認為這可以成倍地擴展現代計算的能力並創造新的研究領域。
該研究發表在 科學前沿。
生物計算的興起
Thomas Hartung 是約翰霍普金斯大學彭博公共衛生學院和懷廷工程學院的環境健康科學教授。他正在領導該項目。
“計算和人工智能一直在推動技術革命，但它們正在達到天花板，”Hartung 說。 “生物計算是壓縮計算能力和提高其效率以突破我們當前技術極限的巨大努力。”
近二十年來，研究人員一直在使用微型類器官，即類似於完全生長器官的實驗室培養組織，在不借助人體或動物試驗的情況下對腎臟、肺和其他器官進行實驗。 Hartung 和約翰·霍普金斯大學的同事最近一直在研究大腦類器官，即具有神經元和其他特徵的筆點大小的球體，這些特徵有望維持學習和記憶等基本功能。
“這開啟了研究關於人腦的工作原理，”Hartung 說。 “因為你可以開始操縱系統，做一些在道德上不能用人腦做的事情。”
Hartung 於 2012 年開始使用人類皮膚樣本中的細胞重新編程為胚胎細胞來培養腦細胞並將其組裝成功能性類器官幹細胞樣狀態。每個類器官包含大約 50,000 個細胞，大約相當於果蠅神經系統的大小。他現在設想用這種大腦類器官構建一台未來計算機。
Thomas Hartung 實驗室生產的大腦類器官的放大圖像，染色顯示品紅色為神經元，藍色為細胞核，其他支持細胞為紅色和綠色的。圖片:Jesse Plotkin/約翰霍普金斯大學
用大腦類器官構建未來計算機
根據 Hartung 的說法，在這種“生物硬件”上運行的計算機可以開始減輕越來越不可持續的超級計算的能源消耗需求。儘管計算機處理涉及數字和數據的計算比人類更快，但大腦在做出複雜的邏輯決策時要聰明得多，例如區分貓狗。
“我們可能需要幾十年才能實現某事的目標可與任何類型的計算機相媲美，”Hartung 說。 “但如果我們不開始為此制定資助計劃，那將變得更加困難。”
類器官智能還可以徹底改變針對神經發育障礙和神經退行性變的藥物測試研究。
莉娜·斯米爾諾娃 (Lena Smirnova) 是約翰霍普金斯大學環境健康與工程學助理教授，她是這項調查的共同負責人。
“我們想比較來自正常發育捐獻者的大腦類器官與來自患有自閉症的捐贈者的大腦類器官，”莉娜說。 “我們正在開發的生物計算工具與讓我們了解自閉症神經元網絡變化的工具相同，無需使用動物或接觸患者，因此我們可以了解患者為何具有這些認知的潛在機制問題和障礙。”
為了評估使用類器官智能的倫理影響，一個由科學家、生物倫理學家和公眾成員組成的多元化聯盟已被納入該團隊。