研究人员共享“类器官智能”和“生物计算机”计划

约翰霍普金斯大学的研究人员分享了他们的“类器官智能”计划。该团队正在努力创建一个由人类脑细胞驱动的“生物计算机”，他们认为这可以成倍地扩展现代计算的能力并创造新的研究领域。

该研究发表在科学前沿杂志上。

生物计算的兴起

Thomas Hartung 是约翰霍普金斯大学布隆伯格公共卫生学院和怀廷工程学院的环境健康科学教授。他正在领导这个项目。

“计算和人工智能一直在推动技术革命，但它们正在达到天花板，”Hartung 说。“生物计算是压缩计算能力并提高其效率以突破我们当前技术极限的巨大努力。”

近二十年来，研究人员一直在使用微小的类器官（类似于完全成熟器官的实验室培养组织）在肾脏、肺和其他器官上进行实验，而无需进行人体或动物试验。Hartung 和约翰霍普金斯大学的同事最近一直在研究大脑类器官，即笔尖大小的球体，具有神经元和其他有望维持学习和记忆等基本功能的特征。

“这开启了对人类大脑如何工作的研究，”Hartung 说。“因为你可以开始操纵系统，做一些在道德上不能用人脑做的事情。”

Hartung 于 2012 年开始使用人类皮肤样本中的细胞重新编程为胚胎干细胞样状态来培养脑细胞并将其组装成功能性类器官。每个类器官包含大约 50,000 个细胞，大约相当于果蝇神经系统的大小。他现在设想用这种大脑类器官建造一台未来计算机。

Thomas Hartung 实验室生产的大脑类器官的放大图像，染色显示品红色为神经元，蓝色为细胞核，其他支持细胞为红色和绿色。图片：Jesse Plotkin/约翰霍普金斯大学

用大脑类器官构建未来计算机

根据 Hartung 的说法，在这种“生物硬件”上运行的计算机可以开始减轻超级计算的能源消耗需求，这些需求变得越来越不可持续。尽管计算机处理涉及数字和数据的计算比人类更快，但大脑在做出复杂的逻辑决策时要聪明得多，比如分辨猫狗。

“我们可能需要几十年的时间才能实现与任何类型的计算机相媲美的目标，”Hartung 说。“但如果我们不开始为此制定资助计划，就会困难得多。”

类器官智能还可以彻底改变针对神经发育障碍和神经变性的药物测试研究。

莉娜·斯米尔诺娃 (Lena Smirnova) 是约翰霍普金斯大学环境健康与工程助理教授，她是这项调查的共同负责人。

“我们想比较来自正常发育的捐赠者的大脑类器官与来自自闭症捐赠者的大脑类器官，”Lena 说。“我们正在开发的生物计算工具与让我们了解自闭症神经元网络变化的工具相同，无需使用动物或接触患者，因此我们可以了解患者为何具有这些认知的潜在机制问题和障碍。”

为了评估与类器官智能合作的伦理影响，该团队中嵌入了一个由科学家、生物伦理学家和公众成员组成的多元化联盟。