2022-11-24 12:00:41

培养皿中的神经细胞可以学习玩乒乓游戏

神经科学的菜单上出现了新的东西。它叫做“碟脑”。这不是最近才发现的一种地区性的美味,而是一种生长在计算机芯片上的神经细胞网络,它能够通过芯片与外界进行交互。作为原理的证明,Brett Kagan是澳大利亚墨尔本一家小公司cortex Labs的首席科学官,他和他的合作者已经教会细胞玩Pong,这是一种类似电子乒乓球的早期电子游戏。

“碟状大脑”比人类的小指甲还小,含有的神经细胞比蜜蜂还少。这些细胞是从多能干细胞中培养出来的,而多能干细胞又来源于普通的人体细胞,可以或多或少分化成任何种类的组织。卡根博士用老鼠和人类的细胞做了实验。

不过,在芯片上扩展网络只是整个故事的一部分。正如他在《神经元》杂志的一篇论文中所描述的那样,让它感知并与世界互动是另一回事。芯片预先定义了“感觉”(输入)和“马达”(输出)区域。在感觉区,八个电极对细胞进行微小的电击,以传达桨的位置(只有一个;网络是在对着“墙”玩)和球的相互尊重。运动区神经元的激活决定了桨的运动。

当网络每次丢球时,通过随机刺激感觉神经元4秒,运行芯片的软件就会清除导致丢球的模式。相反,不导致随机击杀的获胜玩法被保留了下来。

结果是,神经细胞首先学会了乒乓的规则,然后学会了更好地玩它。两种细胞的平均聚合时间在20分钟内显著增加——虽然人类的自尊心令人欣慰,但人类细胞的表现略优于小鼠细胞,但始终如此。

自然神经网络(人类的大脑)和人工神经网络(人们曾经认为的神经细胞网络行为的软件模型)早就能够玩乒乓游戏了。然而,两者都有局限性。要详细研究大脑是如何工作的,在技术上是困难的,在伦理上也常常是不可能的(尽管这种情况正在改变,参见后面的故事)。随着神经科学的发展,现在人们知道人工神经网络与生物神经网络有本质的不同。因此,卡根博士希望,DishBrain的好处能超越Pong,让研究人员更好地理解神经细胞是如何学习的,从而为生物学启发的信息处理开辟一条新途径。