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科學家培養「迷你人腦」為電腦提供動力

BBC科技編輯柔伊·克萊曼在實驗室觀看培養皿,她身穿白色實驗袍、戴著防護手套和髮網。

BBC
生物電腦的基礎構件正在實驗室裡成長。

這或許聽起來像是科幻小說的情節,但為數不多的研究人員正在嘗試用活細胞製造電腦,而且已經取得一些實際進展。

歡迎來到「生物電腦」(biocomputing)的奇異世界。

在這個領域走在前沿的,是一群我拜訪過的瑞士科學家。

他們希望有一天,資料中心能佈滿「活體」伺服器,這些伺服器能夠模仿人工智能(AI)的學習方式,所需能量卻僅為現有技術的一小部分。

這正是我參觀的FinalSpark實驗室聯合創辦人弗雷德·喬丹博士(Dr Fred Jordan)的願景。

我們早已習慣電腦世界裡的「硬體」與「軟體」概念,而喬丹博士及同行們用來形容他們研發成果的,是一個聽上去頗為驚人的詞——「濕件」(wetware)。

簡單來說,這是透過培養神經元,使其形成稱為「類器官」(organoids)的團塊,再將它們連接到電極上,從而開始嘗試把它們當作迷你電腦來使用。

喬丹博士承認,對許多人而言,「生物電腦」這個概念聽起來確實有些怪異。

他說:「在科幻小說裡,人們早就與這些想法相處許久了。」

「當你開始說『我要把一個神經元當作小機器來用』時,這是一種看待人腦的全新方式,也會讓人重新思考我們究竟是什麼。」

在FinalSpark,研究的起點是由人類皮膚細胞衍生出的幹細胞,這些細胞購自日本的一家診所,實際捐贈者則保持匿名。

不過,或許出人意料的是,他們並不缺乏自願者。

「有很多人主動找上我們,」他說。

「但我們只會選擇來自官方供應商的幹細胞,因為細胞的品質至關重要。」

瑞士FinalSpark實驗室裡,細胞生物學家弗洛拉·布羅齊博士的照片。

BBC
在瑞士維威(Vevey),科學家正以人類皮膚細胞製造生物電腦。

在實驗室裡,FinalSpark的細胞生物學家弗洛拉·布羅齊博士(Dr Flora Brozzi)遞給我一個培養皿,裡面盛著幾個細小的白色球體。

這些小球本質上就是微型的、實驗室培養的「迷你大腦」。它們由活體幹細胞培養而成,發展成由神經元和支持細胞組成的團塊,也就是所謂的「類器官」。

它們遠不及人腦的複雜,但基礎組成卻相同。

經過長達數月的培養過程後,類器官會準備好接上電極,然後被刺激以回應簡單的鍵盤指令。

這種方式能讓電信號進行傳送與接收,而結果則由連接在系統上的普通電腦加以記錄。

測試原理十分簡單:按下一個鍵,電信號經電極傳輸,如果成功(並非每次都成功),螢幕上就能看到一個小小的活動波動。

螢幕呈現出來的是一條動態曲線,看起來有點像腦電圖。

我連續快速按了幾次鍵,反應忽然停止,接著圖表上出現一次短促而明顯的能量爆發。

我問發生了什麼事,喬丹博士說,他們對類器官的行為和原因仍有很多不明白的地方。或許,是我惹惱了它們。

電刺激只是邁向更大目標的第一步——讓「生物電腦」的神經元能夠學習,最終適應並執行任務。

「對人工智能來說,原理始終如一,」他解釋道。

「你輸入一個訊息,就希望得到一個有用的輸出。比如,輸入一張貓的照片,就希望結果告訴你『這是一隻貓』。」

維持生物電腦的「生命」

讓一台普通電腦持續運作並不難——只需要電源即可——但「生物電腦」又該如何維持?

這個問題,科學家們至今還沒有答案。

倫敦帝國理工學院神經技術教授兼神經技術中心主任西蒙·舒爾茨(Simon Schultz)指出:「類器官沒有血管。」

「人腦則有遍布各層次的血管網絡,能持續輸送營養,確保正常運作。」

「我們還不知道如何正確地構建這樣的血管,所以這是目前最大的挑戰。」

不過,有一點可以確定:當我們說一台電腦「死機」時,對於「濕件」而言,那是真的「死亡」。

真實世界的應用

在「生物電腦」領域努力的不只有FinalSpark。

澳洲企業Cortical Labs早在2022年就宣布,成功讓人工培養的神經元玩起早期電腦遊戲《乓》(Pong)。

在美國,約翰斯·霍普金斯大學的研究團隊同樣在打造「迷你大腦」,用來研究它們如何處理資訊——但應用場景是在研發針對阿爾茨海默症、自閉症等神經疾病的藥物。

人們希望人工智能很快就能加速這類研究。

不過,目前帶領這項研究的莉娜·斯米爾諾娃博士(Dr Lena Smirnova) 認為,「濕件」雖然在科學上令人振奮,但仍處於早期階段。

她指出,這項技術短期內幾乎不可能取代現有電腦晶片的主要材料。

她說:「生物電腦應該是對矽基人工智能的補充,而不是取而代之,同時也能推進疾病建模並減少動物實驗。」

舒爾茨教授也表示贊同:「我認為它無法在很多的領域勝過矽晶片,但我們會為它找到一個合適的定位。」

即便這項技術離實際應用越來越近,喬丹博士仍對它的科幻根源念念不忘。

「我一直是科幻迷,」他說。

「每次看科幻電影或小說時,我總覺得有點遺憾,因為現實生活不像故事裡那樣。如今,我覺得自己正身處故事之中,甚至親手在書寫它。」

法蘭雀絲卡·哈謝米(Franchesca Hashemi)對本文亦有貢獻。

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