最近，科幻迷十分期待的《黑客帝国4》上映了。该系列最初的设定当中，具有超凡能力的人类 NEO，其意识以程序员 Thomas Anderson 的身份生活在虚拟空间里；而当人类反叛者领袖 Morpheus 帮助他脱离“母体”(Matrix)之后，他才明白过来，自己之前其实住在计算机里，无法分辨真实和虚拟。 黑客帝国在20多年前所描绘的这个科幻概念，终于在最近，在一群澳大利亚脑科学研究者的手中，成为真实了。 这些科学家们，开发出了一颗真的、活的大脑。 （这并不厉害，毕竟过去已经开发出来的人造大脑比比皆是。） 厉害的是：这颗人造大脑，它在生理的层面上，活在真实世界的一支培养皿里；它的脑部活动，却发生在一个由计算机模拟出来的游戏世界里。 DishBrain，第一个可工作的“缸中之脑” 本月初，来自澳大利亚脑科学公司 Cortical Labs，以及澳、英、加等国多所知名学府的研究人员，在生物学论文预印本网站 bioRxiv 上发表了《体外神经元在模拟游戏世界中学习并表现出知觉性》一文，首次展示了该团队在脑科学方面前所未有的最新进展： 团队在培养皿中培育了一些活体脑细胞，连接外部电路来传输微电流信号。只用了短短几个小时，这些细胞就成功学会了如何玩《Pong》街机游戏。 他们将这个系统称为 DishBrain. 这些活体脑细胞，来自人类和啮齿动物源，在培养皿中和硅基电路板通过高密度微电极阵列实现了结合。电路传输微弱的信号，对细胞产生刺激效果，使得它们以为自己是《Pong》游戏里的球拍。 从下图中可以看到，对于模拟环境的游戏画面中发生的场景变化，脑细胞能够产生有“知觉性”(sentient) 的反应。 “这些细胞，就像真的生活在母体/黑客帝国里一样，”Cortical Labs 首席科学官 Brett Kagan 表示。 更令研究者感到惊讶的是，对于同一款游戏，这些体外活体脑细胞的学习速度，比一般计算机神经网络系统要快得多。 通常，传统的计算机神经网络需要大约90分钟的时间，才能对于 Pong 游戏的机理，和自己应该要做什么，产生基本的了解；而训练到一般人的游戏水平，则可能需要几百甚至上千小时的时间。 而对于 DishBrain，它了解游戏机理和自己的身份，只用了5分钟的时间，然后达到正常游戏水平，总计训练时间只用了“几个小时”（十多个小节，每小节15分钟）。 这些脑细胞，并非取自活体，而是从啮齿类动物胚胎皮质细胞或人体诱导多能干细胞 (hiPSC) 培育而成的，两种来源皆可。培育出的脑细胞能够在营养充分的环境里裂变生长，并且能够在体外环境发展出生物神经网络 (BNN)——这也是人类在体外环境所能够培养出的，最为接近智慧生物大脑工作方式的生物神经元结构。 脑细胞培育方式介绍，可以从啮齿类动物的胚胎中提取皮质细胞，或 使用人体诱导多能干细胞进行培养，再放置在高密度多电极阵列芯片上。 在此之前，全球多地的高校和研究机构都曾通过细胞培植、脑机结合等方式尝试开发过体外大脑。 比如，德国杜塞尔多夫大学人类基因学院的科学家们，就在今年8月发布了他们在实验室中培植出来的“大脑”。该系统能够一定程度生成和控制感光器官，对可见光做出反应，约等于还在母体腹中5周大的人类胚胎的大脑所具备的能力。 然而 Cortical Labs 开发的 DishBrain，是第一个有论文背书，通过实验手段的项目，它证明了体外脑细胞所组成的生物神经网络，可以具备知觉性、学习能力、完成任务能力……等等更加“高级”大脑功能。 诚然，《Pong》是个非常简单的游戏，任何正常人，哪怕是几岁的幼童，都能够很快掌握，然而对于数量极其有限，并且采用比人脑构成方式更加“粗野”的自然生长方式，在实验室环境培养的脑细胞来说，能够在几分钟内掌握游戏的要义，几小时就学会玩游戏——还是非常令人震惊的发现。 DishBrain 的闭环反馈系统 来自澳大利亚的脑机结合先锋 Cortical Labs 是一家位于澳大利亚墨尔本的脑科学研究型公司，创立于2019年，于去年三月正式走出隐形状态。 该公司的目标是造出一颗真实的大脑，让它遨游虚拟的世界。当然，如果你觉得这么说太“虚”了，更实际一点的说法，就是：制造出真正实现硅+碳结合的计算芯片。 这样的芯片，充分利用合成生物和人脑的力量，开发出一种全新的混合型人工智能，能够对人类社会所面临的最大挑战实现自动适应和问题解决。 在过去，大脑神经元的工作方式已经启发了很多的计算技术方面的创新，比如我们已经非常熟悉的深度学习神经网络，以及类脑计算等更加新颖的技术——然而，这些技术仍然属于仿生的范畴，他们并没有实现字面意义上的“硅碳”结合，没有真正将字面意义上的“人脑”加入到计算系统里。 在这个真正“脑机结合”的方向上，Cortical Labs 团队产出了令人兴奋的结果。 Cortical Labs 的联合创始人 Hong Weng Chong（下图中间）是一位在医疗科技领域有着丰富资历的连续创业者。他毕业于约翰霍普金斯大学信息学系，既有软件工程经验，也是一位有着医学博士学位的执业医生。在创立 Cortical Labs 之前，Chong 在自己创立的医疗硬件公司 CliniCloud 担任 CTO，该公司曾得到腾讯和平安创投投资，其推出的智能体温计和听诊器备受专业用户的好评。 另一位创始人 Andy Kitchen（下图左二）著有多篇机器学习方面的论文，也是墨尔本当地机器学习/AI社群的最关键的组织者之一。 值得一提的是，Cortical Labs 的创始理念是英国伦敦大学学院的神经科学权威卡尔·弗里斯顿所提出的“自由能量原则”（又称为主动推理原则）。 这个概念相当复杂，这里我们就不赘述了，你只需要知道，它一开始是用来解释自组织生命系统（比如一枚细胞，或者一颗大脑）的工作原理的，后来也被发现嵌套到统计、计算机、心理学、等很多其它领域时，和这些领域的经典、权威法则也都是“兼容”的——正是因此，自由能量原则被很多学者推崇，却也受到了更多的挑战。很多人批评它是一个形而上学的假设，难以通过科学实验去证伪。 而如果我们再回头看 DishBrain 论文的摘要，它是这样写的： DishBrain 是一个在结构化环境中，利用脑细胞神经元固有的适应性计算能力，从而展示自然智能的系统……培养物被嵌入到一个模拟的街机游戏“Pong”的世界中…… 在此系统上，我们对此前无法实测的“主动推理”理论实现了实测，并且发现实际游戏时间5分钟以内就可以观察到培养物具有学习能力…… 进一步实验结果则展示了闭环反馈在激发学习能力方面的重要性。培养物展现出了以目标为导向的自组织能力…… 也就是说 Cortical Labs 过去几年里在人造大脑方面所作的实验，正是对自由能量原则的实证，在神经科学方面具有重大意义。 不过就目前来看，DishBrain 的初步成果并没有得到与其重要性所匹配的关注。公司创始人为了吸引眼球，也忙着在 Twitter 等社交网络上呼朋唤友来转发，希望让马斯克看到，能够在 DishBrain 和 NeuraLink 的猴子之间展开一场游戏“battle”…… （NeuraLink 是脑机接口领域最受关注的公司之一，由马斯克牵头并投资。） 利用活体神经元的计算能力，创造硅基和碳基合成的生物智能，这种想法在过去一直局限于科幻的范畴里。 今天，DishBrain 项目已经证明，在技术创新的推动下，硅碳合成的生物智能，似乎并不遥远……
