你可能很難想象，瑞士一家公司已發(fā)明一種由活的人類大腦細胞制成的計算機，通過人腦神經(jīng)元來發(fā)送、接收信號，并進行數(shù)據(jù)處理。這些腦類器官可以存活100天，消耗的能量比傳統(tǒng)處理器少100萬倍，有望徹底解決人工智能大語言模型爆發(fā)帶來的潛在能源危機，看來人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)終究還是不如人神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)啊。
近年來，隨著人工智能（AI）技術(shù)迅猛發(fā)展，科學(xué)家們一直在努力模仿人腦，試圖通過構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來增強計算能力。然而，隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變得越來越復(fù)雜，所需的能量也越來越大，據(jù)稱到2030年將消耗全球3.5%的電力，英偉達創(chuàng)始人黃仁勛甚至稱AI將需要燒掉14個地球的能源。
科學(xué)家們一直在尋找降低AI能耗的方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)我們的大腦早就有現(xiàn)成的答案了——用真正的人類腦細胞來構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。畢竟，訓(xùn)練像GPT-3這樣的語言模型需要10吉瓦時的能量，而人腦每天只需要0.3千瓦時，就能搞定860億個神經(jīng)元24小時的工作。
瑞士一家初創(chuàng)公司FinalSpark就受到了這個啟發(fā)，他們用活體腦細胞作為計算陣列，連接到電腦上，創(chuàng)造出了一種將生物學(xué)和計算技術(shù)結(jié)合的新方法：生物計算機平臺Neuroplatform系統(tǒng)。這種系統(tǒng)使用的能量遠遠少于傳統(tǒng)的比特計算機。
FinalSpark的生物計算機平臺連接了16個實驗室培養(yǎng)的人類腦細胞球體，稱為類器官，每個類器官都被安置在一個陣列中，通過八個電極連接到外部系統(tǒng)，一個微流體系統(tǒng)為這些類器官提供水和養(yǎng)分，以確保它們的生命活動。這種方法被稱為濕件計算（wetware computing），利用了實驗室中培養(yǎng)的類器官的能力，是一項近年來發(fā)展起來的允許科學(xué)家們研究個體器官微型復(fù)制品的新技術(shù)。
簡單來說，就是將神經(jīng)細胞放在培養(yǎng)皿中，通過閉環(huán)微流體系統(tǒng)，用神經(jīng)元培養(yǎng)基進行培育，長成直徑2.5毫米的腦球（前腦類器官，F(xiàn)O）后，放到由8個電極組成的多電極陣列（MEA ）上，之后連接到可遠程訪問的電生理試驗系統(tǒng)上，通過自定義用戶界面或Python腳本進行交互控制。
那它是如何進行計算的呢？關(guān)鍵就在于每個腦球下的8個電極，科學(xué)家們通過施加不同強度和頻率的電刺激，來誘發(fā)類器官中的神經(jīng)元活動，并用多巴胺進行獎勵，然后記錄下神經(jīng)元中的電活動信號，傳輸?shù)接嬎銠C中進行分析處理，這和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)處理過程極為相似。
FinalSpark的生物計算機平臺有4個多電極陣列，連接著16個腦球，由于腦球壽命有限，最佳情況下可存活100天，過去三年的實驗中，科學(xué)家們先后培育更換了1000多個腦球，收集了超過18TB的數(shù)據(jù)。
當(dāng)然，F(xiàn)inalSpark并不是第一個嘗試將探針連接到生物系統(tǒng)的團隊，2023年，美國研究人員就開發(fā)了一種連接計算機硬件和腦類器官的生物處理器，并讓它學(xué)會了識別語音模式。
FinalSpark的生物計算機平臺目前主要用于研究目的，并提供給外界學(xué)術(shù)團體免費使用，已經(jīng)有4個項目取得了一定成果。但FinalSpark計劃擴展平臺的能力，以處理更廣泛的濕件計算實驗協(xié)議，比如向類器官注射分子和藥物進行測試。這意味著這項技術(shù)的潛在應(yīng)用不僅包括更節(jié)能的計算方法，還能推動類器官研究的發(fā)展。
用人類腦組織打造的生物計算機展示了自然設(shè)計在某些方面的優(yōu)越性，特別是在能量效率方面。這項研究不僅挑戰(zhàn)了我們對計算和人工智能的傳統(tǒng)認知，還開辟了生物學(xué)和技術(shù)結(jié)合的新可能性。盡管存在倫理考量（研究使用的是市售已建立細胞系，無需獲得倫理批準(zhǔn)），這種生物計算機技術(shù)在能量效率和計算能力上的潛在優(yōu)勢還是不可否認的。未來的研究將揭示這種技術(shù)的更多應(yīng)用，或許能在解決全球能源危機中發(fā)揮重要作用。
我感覺這種計算機恐怕還不是這么簡單，它更可能讓人腦和計算機更緊密，甚至完全無縫地結(jié)合在一起，打造一種遙遙領(lǐng)先的新型生化人，讓所有未經(jīng)改造的人類都遠遠落后，人類的演化已來到了關(guān)鍵的十字路口嗎？未來會怎樣，已沒有人知道了——知道的可能已不是人。
這項研究發(fā)表在5月2日《人工智能前沿》雜志上。
論文：
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frai.2024.1376042/full
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