來(lái)源：參考消息

編譯：曹衛(wèi)國(guó)

據(jù)美國(guó)《大眾機(jī)械》月刊網(wǎng)站3月11日?qǐng)?bào)道，科學(xué)家正在嘗試訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)室培育大腦。

雖然人造器官聽(tīng)起來(lái)像是科幻小說(shuō)素材，但實(shí)際上科學(xué)家對(duì)這一設(shè)想的實(shí)驗(yàn)探索已有超過(guò)一個(gè)世紀(jì)。例如，美國(guó)生物學(xué)家亨利·范彼得斯·威爾遜曾在1907年驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)室培育器官（即“類(lèi)器官”）的基本原理，他展示了從海綿中分離出的細(xì)胞如何在體外自我組織和再生。幾十年來(lái)，這種探索在形形色色的動(dòng)物身上持續(xù)進(jìn)行，直到2009年科學(xué)家最終利用小鼠腸道干細(xì)胞制造出了首例三維類(lèi)器官。

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在隨后的十幾年里，類(lèi)器官變得日益復(fù)雜，為科學(xué)家研究機(jī)體中的細(xì)胞、組織和器官如何工作提供了新途徑，也為開(kāi)發(fā)潛在療法提供了更為低廉和符合倫理的平臺(tái)。類(lèi)器官備受矚目的應(yīng)用場(chǎng)景之一便是我們對(duì)于大腦這個(gè)最為復(fù)雜器官的持續(xù)探索。

在美國(guó)《細(xì)胞報(bào)告》雜志發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，加利福尼亞大學(xué)圣克魯斯分校的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)成功訓(xùn)練了一個(gè)由小鼠干細(xì)胞培育出的大腦類(lèi)器官，以解答被稱(chēng)為“倒立擺問(wèn)題”的工程學(xué)基準(zhǔn)測(cè)試題。由于這種類(lèi)器官缺乏身體，且無(wú)生物學(xué)目標(biāo)意識(shí)或感官體驗(yàn)，這一學(xué)習(xí)行為證明適應(yīng)性計(jì)算可能是皮層組織自身固有的特性。

論文第一作者、加州大學(xué)圣克魯斯分校博士生阿什·羅賓斯在聲明中說(shuō)：“我們正試圖理解神經(jīng)元如何能在適應(yīng)性調(diào)整后具備解題能力的基本原理。如果我們能在培養(yǎng)皿中弄清驅(qū)動(dòng)這一過(guò)程的機(jī)制，這將為我們研究神經(jīng)系統(tǒng)疾病如何影響大腦的學(xué)習(xí)能力開(kāi)辟新途徑?！?/p>

該大腦類(lèi)器官大小僅如胡椒粒，但里面裝載著數(shù)百萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，它被固定在一個(gè)特制芯片上，這使得科學(xué)家能夠觀察和控制特定神經(jīng)元的放電。研究人員使用了一個(gè)電生理系統(tǒng)，利用電刺激發(fā)送和接收來(lái)自神經(jīng)元的信息。他們采用經(jīng)典的“倒立擺問(wèn)題”來(lái)測(cè)試這一系統(tǒng)。這是一種平衡能力測(cè)試，類(lèi)似于把一根直尺豎著立在手上，并根據(jù)位移和重力不斷調(diào)整位置以保持其平衡。研究人員“教導(dǎo)”這個(gè)類(lèi)器官利用或弱或強(qiáng)的電信號(hào)來(lái)平衡一根電腦模擬的桿子。如果該類(lèi)器官無(wú)法在超過(guò)平均時(shí)限的時(shí)間內(nèi)保持桿子平衡，它就會(huì)通過(guò)一個(gè)人工智能算法接受“強(qiáng)化學(xué)習(xí)”，該算法會(huì)選擇對(duì)哪些神經(jīng)元進(jìn)行訓(xùn)練。

羅賓斯在新聞聲明中說(shuō)：“你可以把它想象成一個(gè)人工智能教練，它會(huì)說(shuō)，‘你做得不對(duì)，往這邊稍稍調(diào)整一下’，我們正在學(xué)習(xí)如何最高效地給予它這些指導(dǎo)信號(hào)。”

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，隨機(jī)性訓(xùn)練只能實(shí)現(xiàn)4.5%的成功率，而適應(yīng)性訓(xùn)練可以把成功率大幅提高到46%。不過(guò)，一旦該類(lèi)器官休息超過(guò)45分鐘，這種短暫的學(xué)習(xí)記憶便幾乎完全消失。由于類(lèi)器官不像人類(lèi)（或小鼠）那樣擁有多個(gè)大腦區(qū)域，它無(wú)法保留長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)記憶。

這并不是實(shí)驗(yàn)室培育大腦首次接受解決特定問(wèn)題的訓(xùn)練。2022年，科學(xué)家曾訓(xùn)練一個(gè)人工合成大腦學(xué)習(xí)如何玩一款著名的乒乓球電子游戲。而在最近，其他研究人員還開(kāi)發(fā)了使用人類(lèi)大腦細(xì)胞的神經(jīng)形態(tài)平臺(tái)。對(duì)于加州大學(xué)圣克魯斯分校的研究人員來(lái)說(shuō)，目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一個(gè)能夠幫助科學(xué)家治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的大腦類(lèi)器官平臺(tái)。但隨著研究的日益精進(jìn)，尤其在涉及人類(lèi)干細(xì)胞時(shí)，專(zhuān)家們還將思考一個(gè)同樣重要的倫理問(wèn)題：這些類(lèi)器官究竟在多大程度上是有生命的？

論文聯(lián)合作者、加州大學(xué)圣克魯斯分校的戴維·豪斯勒在新聞稿中說(shuō)：“我們希望明確一點(diǎn)，我們的目標(biāo)是推進(jìn)大腦研究和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療，而不是用實(shí)驗(yàn)室培育的動(dòng)物腦組織取代機(jī)器人控制器和其他類(lèi)型的計(jì)算機(jī)。后者也許看起來(lái)很酷，但會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的倫理問(wèn)題，尤其是在使用人類(lèi)大腦類(lèi)器官的情況下。”