1981 年，希拉里・普特南提出了一種「缸中之腦」的假想：一個人被邪惡科學家施行了手術，他的腦被從身體上切了下來，放進一個盛有維持腦存活營養液的缸中。腦的神經末梢連接在計算機上，這臺計算機按照程序向腦傳送資訊，以使他保持一切完全正常的幻覺。這個腦還可以被輸入或擷取記憶，甚至可以被輸入程式碼，感覺到他正在這裡閱讀一段有趣而荒唐的文字。
這種以前存在於科幻小說中的橋段，現在或許已經觸手可及了。
2022 年 10 月 12 日，來自澳大利亞的研究團隊在Neuron雜誌上發表了一篇題為In vitro neurons learn and exhibit sentience when embodied in a simulated game-world的研究論文。在這項研究中，他們開發了一種微型人類大腦，名為 DishBrain（培養皿大腦），這個「大腦」包含了大約 80 萬個腦細胞，僅僅用了 5 分鐘就學會了打「乒乓球」的遊戲，而這一遊戲 AI 需要花 90 分鐘才能學會。
這一研究證明了即使是培養皿中的腦細胞也可以表現出內在的智慧，並隨著時間的推移改變行為。
圖片來源：Neuron
神經元打「乒乓球」的過程（Credit by Kagan et. al / Neuron）
研究內容
研究中使用了兩種神經元細胞，一種是來源於人誘導多能幹細胞（hiPSC）分化而來的皮質神經元細胞，另一種則是在小鼠胚胎中提取而來的原代皮層細胞。研究人員將這些細胞放置在 HD-MEA 晶片上，並將其命名為Cyborg（賽博格，半人半機器的生物）。
圖片來源：Neuron
在這一系統中，神經元被集成到數字系統中以利用其先天智慧，這些神經元既可以刺激其他神經元，也可以讀取周圍其他神經元的活動。電信號被髮送到微電極陣列上以告知上面的神經元「乒乓球」所在的位置，神經元進而產生電信號來移動「球拍」。神經元移動球拍和擊球的次數越多，電子探頭記錄的「尖峰」就越強。當神經元失誤時，他們的遊戲方式會受到軟體程序的「批評」。神經元可以實時地以目標導向的方式活動，以適應不斷變化的環境。
圖片來源：Neuron
Pong，是一款模擬打乒乓球的小遊戲，玩家通過移動球拍，讓球落到球拍上並被反彈走。該研究的作者 Kagan 表示：「我們之所以選擇 Pong，是因為它簡單易懂，同時也是機器學習中使用的首批遊戲之一」。
通過對比實驗，研究人員發現人類神經元在玩遊戲過程中確實比小鼠神經元更聰明。此前，已有科學家提出，人腦的學習能力要勝於其他動物，這除了數量上的優勢以外，也可能與人腦的神經元結構與其他動物大為不同有關。於是，研究團隊提供了這樣一個假設：這可能是因為人類的神經元樹突長度更長，密度更高。
此外，研究人員還發現，DishBrain 系統只需要大約五分鐘就可以掌握 Pong 遊戲，而人工智慧需要約 90 分鐘才能掌握。「我們的研究結果表明，在模擬的遊戲世界中，一層體外皮層神經元可以自組織並表現出智慧、有感知的行為。」研究作者 Kagan 表示。
Brett Kagan（Credit by Cortical Labs）
雖然聽起來有些許科幻，但這項工作是理解智慧的新前沿的開始。研究人員還提出了利用這種方法作為動物試驗替代品的可能性，以用於在研究新藥或基因療法時觀察細胞在動態環境中的反應。這項工作未來在疾病建模、藥物發現，以及擴展當前對大腦如何工作和智力如何產生的理解方面具有極大的潛力。
題圖來源：站酷海洛
參考資料：
https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273（22）00806-6
