科学家首次证明：人脑细胞在体外也有智力

作者：正观新闻

发布时间：2022-10-14 12:08

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据最新一期《神经元》杂志，人类和小鼠的神经元在一个碟子里学会了玩电子游戏Pong。研究团队首次证明，一个培养皿中的80万个脑细胞可以执行目标导向的任务，即使是在培养皿中的脑细胞，也可以表现出固有的智力，随着时间的推移改变它们的行为。这项研究在疾病建模、药物发现以及扩展当前对大脑如何工作、智力如何产生的理解方面具有重要作用。

“从蠕虫到苍蝇再到人类，神经元是广义智能的起点。”论文第一作者、澳大利亚墨尔本皮层实验室首席科学官布雷特·卡根说，“所以问题是，我们能否以某种方式与神经元互动，以利用这种固有的智能？”

实验中，研究小组从小鼠胚胎和人类干细胞中分别提取了脑细胞，并将它们培养在既可以接受刺激，又可以读取它们的活动的微电极阵列上。

首先，研究人员将这些神经元连接到一台电脑上，这样神经元就会收到关于游戏中的球拍是否正在击球的反馈。然后，他们使用电子探头监测神经元的活动和对这种反馈的反应。

神经元移动球拍和击球的次数越多，电子探头记录的“尖峰”就越强。当神经元失误时，他们的游戏方式会被皮层实验室开发的软件程序“批评”。这表明神经元可以实时地以目标导向的方式活动，以适应不断变化的环境。

“对细胞施加了不可预测的刺激，系统作为一个整体会重组其活动，以更好地玩游戏，并将随机反应降至最低。”卡根说。

这种学习背后的理论植根于自由能原理。简而言之，即大脑通过改变世界观或行为来适应环境，以更好地适应周围的世界。

研究人员表示，这种教导细胞培养物执行表现出智商的任务的新能力，开启了未来新的可能性，将对技术、健康和社会产生深远影响。在研究新药或基因疗法在动态环境中的反应时，这些发现还提高了创建动物试验替代方案的可能性。

【总编辑圈点】

一个系统，比如大脑，为了减少外界对其冲击的意外程度，需要怎么做？一个有影响力且有争议的认知论认为，它会努力最小化其信念以及与真实世界之间的差距。

譬如说，大脑会首先对外部世界进行建模，形成其对外部世界的信念，再源源不断地获取有关外部世界的信息。本文中的实验，就源于这样一个自由能原理。在哲学和神经学领域，该理论中比较夸张的部分经常会引发重大争论，不过，无论对其证实或证伪，都是科学探索充满乐趣的过程。

（来源：科技日报）

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首次证明人脑细胞在体外也有智力：可在培养皿中打游戏

作者：CNMO手机中国

发布时间：2022-10-14 06:50

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【CNMO新闻】众所周知，人类的大脑是非常复杂的生物系统，它非常神秘，又和每个人的生活息息相关。据了解，人脑拥有上千亿个神经细胞（神经元）；神经元之间有复杂的神经纤维连接，通过百万亿个连接点（突触）形成神经网络和主导各种脑功能的神经环路，产生了情绪、语言、记忆和意识。可以说人脑很可能是整个生物世界中最复杂的器官，长期以来一直是科学家们着迷的对象。近日，CNMO了解到，一研究团队首次证明：人脑细胞在体外也有智力。

据悉，这是一个由来自澳大利亚、加拿大和英国的科学家组成的研究团队，他们将人类和小鼠的神经元连接到一台计算机上，让这些神经元在一个盘子中学会了玩游戏。这些科学家们首次证明，一个培养皿中的80万个脑细胞可以执行目标导向的任务，即使是在培养皿中的脑细胞，也可以表现出固有的智力，随着时间的推移改变它们的行为。

在实验中，科学家将小鼠和人类神经元连接到一台电脑上，让这些神经元玩一款简单熟悉的电子游戏。而结果显示，神经元可以以目标为导向的方式实时适应不断变化的环境。

业内表示这项研究在疾病建模、药物发现以及扩展当前对大脑如何工作、智力如何产生的理解方面具有重要作用。另外，相关研究成果已发表在近期的《神经元》杂志上。

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首次证明人脑细胞在体外也有智力

作者：余光23

发布时间：2022-10-13 20:02

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从蠕虫到苍蝇，再到人类，神经元是广义智能的起始点。那么，能否以某种方式与神经元互动，以利用这种固有的智能？近日，一个由来自澳大利亚、加南大和英国的科学家组成的研究团队将人类和小鼠的神经元连接到一台计算机上，让这些神经元在一个盘子中学会了玩游戏。这也是首次证明，大脑神经元即使在体外也表现出固有的智力。相关研究成果已发表在近期的《神经元》杂志上人干细胞培养的大脑类器官是模拟人类发育和疾病的一个很有潜力的

平台。然而，体外生长的类器官缺少在真实有机体中存在的各种连接，这会限制类器官的成熟，让它们无法与其他控制行为的神经环路整合。近日，《自然》的重磅研究终于解决了这一难题，研究将类脑器官移植到了大鼠正在发育的大脑中，结果他们发现类脑器官可以正常发育和成熟，并与大脑的神经回路部分地整合到一起，真正成为大脑的一部分。此外，有研究团队将人类和小鼠的神经元连接到一台计算机上，让这些神经元在一个盘子中学会了玩游戏。

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黑客帝国成真？科学家证明人脑细胞在体外也有智力

作者：网罗环宇

发布时间：2022-10-13 20:04

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根据最新一期《神经元》杂志发表的研究成果，据中科院官网消息，该团队首次证明，培养皿中的80万个脑细胞可以执行目标导向的任务，即使在培养皿中，细胞也可以表现出内在的智能，随着时间的推移改变它们的行为。

该论文的第一作者是澳大利亚墨尔本皮质实验室的首席科学官 Brett Kagan。他说，从蠕虫到苍蝇再到人类，神经元是广义智能的起点，那么问题来了，我们能否以某种方式与神经元互动，以利用这种与生俱来的智能？

在实验中，研究团队分别从小鼠胚胎和人体干细胞中提取脑细胞，并在可刺激的地方进行培养。结果，人类和老鼠的神经元学会了在盘子里玩电子游戏“乒乓”。

该团队解释说，这种学习背后的理论植根于自由能原理。简而言之，大脑通过改变其世界观或行为来适应其环境，以更好地适应周围的世界。

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超恐怖的科学悖论：缸中之脑已经出现，人类世界是虚拟的吗？

作者：阿卡4柒

发布时间：2022-10-13 22:56

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不可思议！脑细胞离开肉体仍拥有智力，人类世界是虚拟的吗？

黑客帝国，是以哲学家希拉里·普特南的试验思想为灵感，拍摄而成的科幻影片。其中具体故事，发生于22世纪，地球人类在和人工智能的对抗中一败涂地，脱离操控后的AI专门设计出一套程序，它能以特殊的刺激方式，让移出人体的脑细胞持续运转，并误以为自己仍然像往常那样过着上班、下班、吃饭、睡觉的普通生活，完全不知道自己早已被禁锢。而这就是著名的“缸中之脑”假想。

自上世纪80年代，缸中之脑的假想被提出后，众多科学家就试图举证：人类并非处于被囚禁之中？可惜，直到40多年过去后的今天，生物学家依然拿不出充足的理由。你肯定会疑惑，这到底是为什么，究竟难在哪里？

首先，人类大脑主要依靠神经传导信息，而这里所谓的“信息”只不过是五官和皮肤在受到外界刺激后产生的生物电流，并非脑细胞的纯客观判断。

其次，经生物科学验证，人体细胞每7年就会彻底更新1次。换句话说，某种程度上7年前的你和现在的你，其实是两个不同的生命体。是不是越看，就越觉得不可思议？但更刺激的还在后面。

据中科院官网发布消息称，最新一期的《神经元》杂志刊文表示，澳大利亚墨尔本皮层实验室首席科学官布雷特·卡根和团队首次通过试验证明，脑细胞在体外同样拥有智力！

实验中，该团队发现1个培养皿里被移出体外的80万个脑细胞，表现出了固有的智力，它们能够在特殊刺激下，完成具有目标导向的任务。而这不就是现实中的“缸中之脑”吗？

值得惊奇的是，雷特·卡根团队还将分别来自人类干细胞和小鼠胚胎的脑细胞，放在同一个培养皿中给予刺激，结果人类和小鼠的神经元居然学会了一起玩电子游戏。该实验表明，人类或许能够以某种方式和神经元互动，并利用这种固有的智能。

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这盘「大脑」80万细胞，5分钟学会打乒乓球完爆AI！

作者：新智元

发布时间：2022-10-13 13:59

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编辑：Aeneas 桃子

【新智元导读】AI要90分钟学会的游戏，人脑细胞竟在5分钟搞定了。Cell最新研究中，80万「盘中大脑」学会玩70年代经典街机游戏Pong。

玩电子游戏需要多少个脑细胞？

听到这句话，你的第一反应肯定是：这是个脑筋急转弯。

不，这个问题有一个真正的答案。这都要归功于一个名为DishBrain的神经网络系统。

如果玩的是乒乓球，那么需要脑细胞的数量大约是80万个。

这不，80万个人脑细胞竟用了5分钟学会了「打乒乓球」。

近日，来自澳大利亚研究团队将80万个人类和小鼠活脑细胞放入培养皿中，将其连接电极后，去玩经典的街机游戏Pong。

科学家们将其称为第一个有感知的「盘中大脑」（DishBrain）。

这项研究的目的就是为了创建出合成生物智能 （SBI），为未来神经系统疾病研究提供更好的方法。

最新研究已于周三发表在Neuron杂志上。

论文地址：

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

「盘中大脑」5分钟学会打游戏

我们知道，人类大脑有8600亿个神经元。通过突触，能将神经元电信号传输到下一个神经元，

然而，人们并不认为它们是信息处理器。

但神经元是一个神奇的系统，它能以极低的能耗实时处理信息。

DishBrain由生长在微电极阵列顶部的单层人类神经元组成，而微电极阵列可以刺激这些脑细胞。

那么，这些「人脑细胞」从何而来？

脑细胞的获取过程是否符合研究规范，可能是每个人最先关心的问题。

DishBrain神经细胞阵列在工作

其实，并非像你所想的那样，直接从人类大脑中提取神经元脑细胞，那样就太不符合伦理了。

科学家提供了一种方案：用人类诱导的方式。

让多能干细胞 (hiPSC) 分化为皮质神经元细胞，然后进行培殖。同时，研究人员还采取了小鼠细胞进行培植。

下图为，小鼠和人类皮层细胞在培养皿中的区别（50μm）。

其中，蓝色DAPI代表染色所有细胞，绿色NeuN显示是神经元，微管蛋白 (BIII) 标记是轴突，MAP标记的是树突。

可以看到，小鼠皮层细胞（A) 可以在营养丰富的培养基中生长并维持数月，并形成了复杂的形态，有大量的树突和轴突连接。

而人类诱导多能干细胞 (hiPSC) 分化为单层活性异质皮层神经元之后，这些神经元也能显示出成熟的功能特性，并可以与作为支持的神经胶质细胞形成密集的连接。

那么，细胞培养出来了，如何让其打乒乓球呢？

显然，我们需要一套精密的装置。

装置中央圆形的凹槽，便是放置脑细胞和电极的地方。

Cortical Labs的研究人员采用的是来自瑞士一家公司Maxwell Biosystems提供的MaxOne多电极阵列进行实验。

MaxOne是一个高分辨率的电生理学平台，26000个铂金电极排列在8mm*8mm的面积上，最高分辨率可达220*120。

该系统基于互补的氧化物半导体(CMOS)技术，可以记录多达1024个通道数和多达32个单元的刺激。

那神经元如何主动推理，从而完成游戏的呢？

为了教会DishBrain打乒乓球，研究小组让这片神经元去玩了单人乒乓球游戏。

研究人员利用电信号刺激电极阵列上的神经元，并将其活动状态记录下来。

其中，电信号发送不同阵列区域代表乒乓球的位置，盘子两侧的微电极会指示球是在球拍的左侧还是右侧，而信号频率则反映了球的距离。

而在电极阵列的上半部分的神经元，负责感知乒乓球的位置，下半部分的神经元分左右两块，负责输出乒乓球拍上下移动的距离。

然后，DishBrain就可以产生电信号去移动球拍接球了。

但是开始，它们的表现很差劲。

为了玩好游戏，神经元需要反馈。因此团队开发了一种反馈软件，可以在DishBrain错过球时通过电极对它们进行批评。

为了优化误差，Cortical Labs团队主要使用了最小化变分自由能的预测编码公式，又名卡尔曼滤波器。

这就使得系统在打乒乓球时得到了改进，在短短五分钟内，DishBrian就学会根据球的位置来回移动球拍了。

诶，好像DeepMind的AI也玩过这个游戏？没错，2013年，DeepMind首次通过Atari游戏演示了其人工智能强化学习算法的性能。

目前，DishBrain打游戏的效果还是不如DeepMind自家发展了这么多年的强化学习算法。但是AI玩这个得90分钟才学得会，而这层脑细胞可是仅仅用了5分钟就玩得有模有样了。

这样一来，利用活体大脑神经元的计算能力来创造合成生物智能 （SBI）也就完成了。

有趣的的是，未来研究人员表示还要测试酒精，以及毒品对DishBrain玩乒乓球游戏能力的影响。

Cortical Labs实验室Brett Kagan博士称，

我们正在尝试用乙醇创建一个剂量反应曲线——基本上就是让这些神经元细胞「喝醉」，看看它们是否像人们喝酒时那样玩得更差。

计算机可以模仿人脑了？

在目前，DishBrain在打乒乓球时采用的策略还是缓慢而片面的，让它们赢得电子竞技冠军，听起来也相当遥远，但是这些研究反映了活体组织与硅技术融合的潜力。

这是第一个证明了神经元会调整自己的活动，以完成特定任务的合成生物智能实验。并且，如果提供它们反馈，它们还能学会更好地执行任务。

这项研究在疾病建模，发现药物，理解大脑如何工作、智力如何产生，研究药物如何影响大脑的活动等方面，都具有巨大的潜力。

DishBrain的开发者、澳大利亚生物技术初创公司Cortical Labs的神经科学家Brett Kagan说： 「我们已经证明，我们可以与活的生物神经元相互作用，使得它们改变自己的活动，从而产生类似于智能的东西。」

「这是理解智力的一个新方向，」Kagan说。「它不仅告诉我们，作为人类意味着什么，还让我们明白，在现在这个不断变化的世界中，什么是『活着』，什么是『聪明』，什么是『处理信息』、『有感知能力』。」

英国伦敦大学学院的理论神经科学家Karl Friston说：「这项成果的开创性在于，为神经元配备了感觉——反馈——对世界采取行动的能力。」

几年前，Friston提出了一种称为自由能原理的理论，该理论提出，所有生物系统的行为方式都可以缩小预期与实践之间的差距——换句话说，世界可以变得更加可预测。

自由能理论

根据Friston的理论，通过调整行为，世界就会变得更加可预测，而DishBrain就是在生物学上证明了这一点。

Kagan说，「DishBrain的实验，本质上是在创造可预测性更高的环境。」

DishBrain实验，给人类带来了一些激动人心的可能性，尤其是在人工智能和计算方面。

要知道，人脑包含大约80到1000亿个神经元，比任何计算机都强大得多，最好的计算机都很难复制人脑。目前最接近的情况，是麻省理工的工程师设计出的带有人工突触的芯片，让我们可以用82,944个处理器、1 PB的主内存和40分钟来复制1%的人类大脑活动的一秒钟。

MIT人工突触芯片

如果这个架构更像是一个真正的大脑——甚至可能是一个像DishBrain那样的合成生物系统——也许计算机复制人脑的目标就不会遥不可及了。

DishBrain还能让我们从细胞水平了解各种药物对大脑的影响。有朝一日，使用从患者皮肤干细胞逆向培养的神经元，它甚至可以制造针对特定患者的定制药物。

「这项成果的潜力太令人兴奋了：这意味着我们不必再创建『数字双胞胎』来测试治疗效果，」Fristo说。

用于私人定制药物的Digital twin

「原则上，我们现在拥有最终极的仿生『沙盒』，可以在其中测试药物和遗传变异的影响，这个沙盒由你的大脑和我的大脑中发现的完全相同的计算（神经元）元素构成。」

无独有偶，为了推动神经科学的研究，同在今天Nature的一篇研究将人鼠大脑完美结合，培养出了类脑器官。

研究中，来自斯坦福大学的研究人员将人类大脑诱导性多能干细胞移植到了大鼠正在发育的大脑中。

如图，亮绿色部分是类脑器官。

结果发现，类脑器官可以与大鼠的大脑一同发育、成熟，同时，这些类器官会逐渐发展出血管，为自己的发育提供营养。

最后通过与大脑的神经回路部分地整合到一起，真正成为大脑的一部分。

有了类脑器官，科学家便可以在培养皿中操控神经元，找到潜在神经疾病背后的机制。

网友神评论

「这是否意味着即使没有『存在』也存在某种形式的意识。」

讨论顿时上升到了哲学高度……

「我想成为第一个欢迎我们新的脑细胞霸主的人。」

「我们需要一个更大的培养皿。」

「我想要一个像攻壳机动队那样的机器身体。」

「神经漫游者。科技与魔法的完美结合。」

「令人难以置信，它让我想起了David Eagleman的TED演讲。他认为人脑是一个原始的I/O设备。作为婴儿，它正在学习处理输入数据，并且在任何时候我们都可以添加额外的输入，大脑将开始解释新数据。」

「 让我想起黑镜中的『饼干』的情节……这让人毛骨悚然。」

「但是神经元喜欢这个游戏吗？」

「我已经阅读了数百条评论，你是第一个提出这个重要问题的人！」

「这些细胞再进步下去，几天之内就会成为特朗普的支持者。」

「它们已经超过了一般特朗普支持者的智商。」

「在我看来，这就是奴隶制，想想这项技术会被用在什么地方吧。」

参考资料：

https://www.cnet.com/science/live-brain-cells-in-dish-quickly-learn-to-play-classic-game-pong/

https://www.nature.com/articles/d41586-022-03229-y

https://www.engadget.com/brain-cells-pong-rats-182835843.html

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