'Otak' ini mempunyai 800,000 sel, dan anda boleh belajar bermain pingpong dalam masa 5 minit dan mengalahkan AI!

Berapa banyak sel otak yang diperlukan untuk bermain permainan video?

Apabila anda mendengar ayat ini, reaksi pertama anda mestilah: ini adalah pengusik otak.

Tidak, ada jawapan sebenar untuk soalan ini. Ini semua berkat sistem rangkaian saraf yang dipanggil DishBrain.

Jika anda bermain pingpong, bilangan sel otak yang diperlukan adalah kira-kira 800,000.

Tidak, 800,000 sel otak manusia mengambil masa 5 minit untuk belajar "bermain pingpong".

Baru-baru ini, pasukan penyelidik Australia meletakkan 800,000 sel otak manusia dan tikus hidup ke dalam hidangan budaya, menyambungkannya kepada elektrod dan bermain permainan arked klasik.

Para saintis memanggilnya sebagai makhluk pertama "DishBrain".

Tujuan penyelidikan ini adalah untuk mencipta kecerdasan biologi sintetik (SBI) untuk menyediakan kaedah yang lebih baik untuk penyelidikan masa depan mengenai penyakit saraf.

Penyelidikan terkini diterbitkan dalam jurnal Neuron pada hari Rabu.

Alamat kertas:

https://www.cell.com/neuron/pdfExtended/S0896-6273(22)00806-6

"Otak di atas pinggan" Belajar bermain dalam masa 5 minit

Kita tahu bahawa otak manusia mempunyai 860 bilion neuron. Sinaps menghantar isyarat elektrik dari satu neuron ke neuron seterusnya,

Walau bagaimanapun, ia tidak dianggap sebagai pemproses maklumat.

Tetapi neuron ialah sistem ajaib yang boleh memproses maklumat dalam masa nyata dengan penggunaan tenaga yang sangat rendah.

DishBrain terdiri daripada satu lapisan neuron manusia yang tumbuh di atas susunan mikroelektrod yang merangsang sel-sel otak ini.

Jadi, dari mana datangnya "sel otak manusia" ini?

Sama ada proses mendapatkan sel otak mematuhi piawaian penyelidikan mungkin menjadi kebimbangan pertama semua orang.

Arisan sel neural DishBrain di tempat kerja

Malah, ia bukan seperti yang anda fikirkan, mengekstrak neuron dan sel otak secara langsung dari otak manusia tidak beretika.

Para saintis telah menyediakan penyelesaian: menggunakan aruhan manusia.

Bezakan sel stem pluripotent (hiPSC) kepada sel neuron kortikal dan kemudian kulturkannya. Pada masa yang sama, para penyelidik juga menggunakan sel tikus untuk penanaman.

Gambar di bawah menunjukkan perbezaan antara tetikus dan sel kortikal manusia dalam hidangan kultur (50μm).

Antaranya, DAPI biru mewakili semua sel yang diwarnai, NeuN hijau mewakili neuron, akson label tubulin (BIII) dan dendrit label MAP.

Seperti yang anda lihat, sel kortikal tikus (A) boleh membesar dan mengekalkan selama beberapa bulan dalam media yang kaya dengan nutrien, dan membentuk morfologi kompleks dengan sejumlah besar dendrit dan sambungan aksonal.

Selepas sel stem pluripotent teraruh manusia (hiPSC) dibezakan menjadi satu lapisan neuron kortikal heterogen aktif, neuron ini juga boleh memaparkan sifat berfungsi matang dan boleh Membentuk sambungan padat dengan sel glial yang berfungsi sebagai sokongan.

Jadi, sebaik sahaja sel-sel dikultur, bagaimana anda membuat mereka bermain pingpong?

Jelas sekali, kami memerlukan peranti yang canggih.

Alur bulat di tengah peranti adalah tempat sel otak dan elektrod diletakkan.

Penyelidik Cortical Labs menggunakan tatasusunan berbilang elektrod MaxOne yang disediakan oleh Maxwell Biosystems, sebuah syarikat Switzerland, untuk eksperimen.

MaxOne ialah platform elektrofisiologi resolusi tinggi dengan 26,000 elektrod platinum yang disusun dalam kawasan seluas 8mm*8mm, dengan resolusi maksimum 220*120.

Sistem ini berdasarkan teknologi semikonduktor oksida pelengkap (CMOS) dan boleh merekodkan sehingga 1024 nombor saluran dan rangsangan daripada sehingga 32 unit.

Bagaimanakah neuron secara aktif membuat alasan untuk melengkapkan permainan?

Untuk mengajar DishBrain bermain pingpong, pasukan penyelidik meminta neuron ini bermain permainan pingpong pemain tunggal.

Penyelidik menggunakan isyarat elektrik untuk merangsang neuron pada susunan elektrod dan merekodkan aktiviti mereka.

Antaranya, isyarat elektrik dihantar ke kawasan tatasusunan yang berbeza untuk mewakili kedudukan bola pingpong mikro pada kedua-dua belah plat akan menunjukkan sama ada bola berada di sebelah kiri atau kanan raket , dan frekuensi isyarat mencerminkan jarak bola.

Neuron di bahagian atas susunan elektrod bertanggungjawab untuk mengesan kedudukan bola pingpong, dan neuron di bahagian bawah dibahagikan kepada blok kiri dan kanan dan bertanggungjawab untuk mengeluarkan jarak raket pingpong. bergerak ke atas dan ke bawah.

Kemudian, DishBrain boleh menjana isyarat elektrik untuk menggerakkan raket untuk menangkap bola.

Tetapi pada mulanya, mereka beraksi dengan teruk.

Untuk bermain permainan dengan baik, neuron memerlukan maklum balas. Jadi pasukan membangunkan perisian maklum balas yang menggunakan elektrod untuk mengkritik DishBrain apabila ia terlepas bola.

Untuk mengoptimumkan ralat, pasukan Cortical Labs terutamanya menggunakan formula pengekodan ramalan yang meminimumkan tenaga bebas variasi, juga dikenali sebagai penapis Kalman.

Ini menambah baik sistem ketika bermain pingpong dalam masa lima minit sahaja, DishBrian belajar menggerakkan raket ke depan dan ke belakang mengikut kedudukan bola.

Hei, nampaknya AI DeepMind juga pernah bermain permainan ini? Betul, pada tahun 2013, DeepMind pertama kali menunjukkan prestasi algoritma pembelajaran pengukuhan kecerdasan buatannya melalui permainan Atari.

Pada masa ini, prestasi DishBrain dalam bermain permainan masih tidak sebaik algoritma pembelajaran pengukuhan DeepMind sendiri yang telah dibangunkan selama bertahun-tahun. Tetapi AI mengambil 90 minit untuk belajar cara bermain permainan ini, manakala lapisan sel otak ini hanya mengambil masa 5 minit untuk bermain permainan dengan baik.

Dengan cara ini, penggunaan kuasa pengkomputeran neuron otak hidup untuk mencipta kecerdasan biologi sintetik (SBI) selesai.

Menariknya, pada masa hadapan, penyelidik mengatakan mereka juga akan menguji kesan alkohol dan dadah terhadap keupayaan DishBrain bermain permainan pingpong.

Dr. Brett Kagan dari Cortical Labs berkata,

Kami cuba mencipta lengkung tindak balas dos dengan etanol - pada asasnya "mabuk" sel-sel neuron ini untuk melihat sama ada mereka Lebih teruk lagi untuk bermain seperti orang lakukan apabila mereka minum.

Bolehkah komputer meniru otak manusia?

Pada masa ini, strategi DishBrain dalam bermain pingpong masih perlahan dan berat sebelah kedengaran agak jauh, tetapi kajian ini mencerminkan potensi mengintegrasikan tisu hidup dengan teknologi silikon. .

Ini ialah eksperimen kecerdasan biologi sintetik pertama yang menunjukkan bahawa neuron melaraskan aktiviti mereka untuk menyelesaikan tugas tertentu. Dan mereka boleh belajar untuk melaksanakan tugas dengan lebih baik jika mereka diberi maklum balas.

Penyelidikan ini mempunyai potensi besar dalam pemodelan penyakit, penemuan ubat, memahami cara otak berfungsi, cara kecerdasan dijana dan mengkaji cara ubat mempengaruhi aktiviti otak.

Pembangun DishBrain Brett Kagan, ahli sains saraf di syarikat permulaan bioteknologi Australia Cortical Labs, berkata: "Kami telah menunjukkan bahawa kami boleh berinteraksi dengan neuron biologi yang hidup supaya mereka mengubah aktiviti mereka untuk menghasilkan Sesuatu seperti kecerdasan. "

"Ini adalah hala tuju baharu dalam memahami kecerdasan," kata Kagan. "Ia bukan sahaja memberitahu kita apa erti menjadi manusia, tetapi juga membolehkan kita memahami apa itu 'hidup', apa itu 'pintar', apa ertinya 'memproses maklumat' dan 'berperasaan. ' dalam dunia yang sentiasa berubah hari ini "

Karl Friston, seorang ahli sains saraf teori di University College London, berkata: "Hasil ini adalah terobosan kerana ia melengkapkan neuron dengan keupayaan untuk merasakan - maklum balas - dan mengambil tindakan ke atas. dunia. "

Beberapa tahun lalu, Friston mencadangkan teori yang dipanggil prinsip tenaga bebas, yang mencadangkan bahawa semua sistem biologi berkelakuan dengan cara yang mengecilkan jurang antara jangkaan dan realiti—dengan kata lain, dunia boleh berubah Jadi lebih mudah diramal.

Teori Tenaga Percuma

Menurut teori Friston, dengan melaraskan tingkah laku, dunia akan menjadi lebih mudah diramal, dan DishBrain terbukti secara biologi Faham ini.

Kagan berkata, "Percubaan DishBrain pada asasnya mewujudkan persekitaran yang lebih boleh diramalkan."

Percubaan DishBrain telah membawa beberapa kemungkinan menarik kepada manusia, terutamanya Ia dalam kecerdasan buatan dan pengkomputeran.

Anda tahu, otak manusia mengandungi kira-kira 80 hingga 100 bilion neuron, yang jauh lebih berkuasa daripada mana-mana komputer Adalah sukar bagi komputer terbaik untuk meniru otak manusia. Perkara paling dekat yang kami ada setakat ini ialah cip dengan sinaps buatan yang direka oleh jurutera MIT, yang membolehkan kami meniru 1% aktiviti otak manusia menggunakan 82,944 pemproses, 1 petabait memori utama dan 40 saat.

MIT Artificial Synapse Chip

Jika seni bina ini lebih seperti otak sebenar—mungkin juga sistem biologi sintetik seperti DishBrain— —Mungkin matlamat komputer mereplikasi otak manusia tidak akan menjadi terlalu jauh.

DishBrain juga membolehkan kita memahami kesan pelbagai ubat pada otak dari peringkat sel. Pada suatu hari, mungkin juga untuk mencipta ubat tersuai untuk pesakit tertentu, menggunakan neuron yang dikultur secara terbalik daripada sel stem kulit pesakit.

"Potensi ini sangat menarik: ini bermakna kita tidak perlu lagi mencipta 'kembar digital' untuk menguji rawatan," kata Fristo.

Kembar digital untuk ubat yang disesuaikan secara persendirian

"Pada dasarnya, kami kini mempunyai 'kotak pasir' bionik muktamad di mana ubat boleh diuji dan kesan daripada variasi genetik, kotak pasir ini terdiri daripada unsur pengiraan (neuronal) yang sama yang terdapat dalam otak anda dan otak saya.”

Kebetulan, untuk memajukan penyelidikan neurosains, kedua-duanya hari ini Satu kajian dalam Alam menggabungkan manusia dan tetikus dengan sempurna otak untuk mencipta organ seperti otak.

Dalam kajian itu, penyelidik dari Universiti Stanford memindahkan sel stem pluripoten yang disebabkan oleh otak manusia ke dalam otak tikus yang sedang berkembang.

Seperti yang ditunjukkan dalam gambar, bahagian hijau terang ialah organoid otak.

Didapati organoid otak boleh berkembang dan matang bersama-sama dengan otak tikus Pada masa yang sama, organoid ini akan secara beransur-ansur mengembangkan saluran darah untuk membekalkan nutrien untuk perkembangannya sendiri .

Akhirnya, ia menjadi sebahagian daripada otak dengan disepadukan sebahagiannya dengan litar saraf otak.

Dengan organoid otak, saintis boleh memanipulasi neuron dalam hidangan petri dan mencari mekanisme di sebalik penyakit neurologi yang berpotensi.

Komen Tuhan Netizen

"Adakah ini bermakna terdapat beberapa bentuk kesedaran walaupun tidak ada "kewujudan"."

Perbincangan Tiba-tiba ia mencapai tahap falsafah...

"Saya mahu menjadi yang pertama menyambut tuan sel otak baru kami." perlukan satu Piring petri yang lebih besar."

"Saya mahukan badan mesin seperti Ghost in the Shell."

"Neuromancer. Gabungan teknologi dan sihir yang sempurna

"Luar biasa, ia mengingatkan saya pada ceramah TED David Eagleman. Dia fikir otak manusia adalah I/ primitif. O peranti. Sebagai bayi, ia sedang belajar memproses data input, dan pada bila-bila masa kita boleh menambah input tambahan dan otak akan mula mentafsir data baharu

" Mengingatkan saya tentang episod "Kuki". dalam Black Mirror...memang menyeramkan."

"Tetapi adakah Neuron suka permainan ini ?"

“Saya telah membaca beratus-ratus komen dan anda adalah yang pertama bertanya soalan penting ini!”

“Sel-sel ini adalah Jika anda terus bertambah baik, anda akan menjadi penyokong Trump dalam beberapa hari lagi."

"Mereka telah melebihi IQ penyokong Trump biasa."

"Pada pendapat saya, ini adalah perhambaan, fikirkan tentang di mana teknologi ini akan digunakan."

Rujukan:

Atas ialah kandungan terperinci 'Otak' ini mempunyai 800,000 sel, dan anda boleh belajar bermain pingpong dalam masa 5 minit dan mengalahkan AI!. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!