培養腦細胞具學習能力,點只 AI 咁簡單?

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Cortical Labs 創辦人兼行政總裁 Hon Weng Chong 較早前來港,分享如何在這培養皿底部的特殊矽片上,培養 80 萬個腦細胞並令其自我學習,學會去玩經典電子遊戲 Pong

若把一個人的腦切下來,放在裝有營養液的缸內,讓電腦通過神經末梢,對此腦給予如常的訊號反饋,令其感受的運動和環境一如既往。這樣的話,該腦還能否意識到所處的只是虛擬實境?

澳洲初創企業 Cortical Labs 帶來的科學突破,正好回應這個由哲學家 Hilary Putnam 提出、名為「缸中之腦」(Brain in a vat)的思想實驗。去年,旗下研究團隊宣佈成功令約 80 萬個置於同一培養皿、與電腦相連的腦細胞,學會玩經典電子遊戲 Pong。他們形容這個名為 DishBrain 的「迷你大腦」系統,能從外部來源獲取及處理信息,然後實時回應,證明培養皿中的神經元可以學習,並展示智力的基本徵象。

作為 Cortical Labs 的創辦人兼行政總裁,Hon Weng Chong 早前來港分享時指出,DeepMind、OpenAi 及 Meta AI 等科技巨頭,正就建立能跨領域學習及執行多任務的「通用人工智能」(Generalized Artificial Intelligence,或稱強人工智能),進行激烈競賽。「目前只有生物學成功提供通用智能。而我們正用合成生物學(Synthetic Biology),來建構『通用人工智能』。」DishBrain 便是這研發過程的第一步。

科學總監 Brett Kagan 及其研究團隊在培養皿底部的特殊矽片上,培養約 80 萬個來自人類及老鼠的腦細胞,矽片附有的電極可檢測這層體外神經元產生的電信號,並向其傳遞電信號。他們再教 DishBrain 系統去玩簡化版的 Pong,希望以這個移動虛擬球拍攔截小球的遊戲,測試細胞的學習能力。

Chong 展示一張旗下矽片的掃描電子顯微鏡圖像,顯示在高密度多電極陣列上生長的神經元。研究人員利用這個 DishBrain 系統,訓練神經元學會玩 Pong

研究員透過控制左右兩側電極的放電刺激及信號頻率,向腦細胞表示小球的移動方向及與球拍的距離,電極測到腦細胞發出的信號後,轉化為對球拍的控制。團隊又以自由能原理作為獎懲,當腦細胞成功攔截小球,就會釋放它們想要的可預測信號,攔截失敗,則換來其不想要的隨機信號。結果短短 5 分鐘,DishBrain 便自學了這遊戲,而且練習愈多就玩得愈好,證明腦細胞可在這個閉環系統中學習規則,並通過訓練產生感知能力。

對於 Chong 來說,走到這步並不容易。他坦言,從行醫轉戰醫療科技領域再到創業,確是一條「風險較高」的路,但對這場「賭博」沒感後悔。特別是在 2018 年,Chong 開始研究融合腦細胞與計算設備的概念,以探索用於通用人工智能的矽替代品,並於翌年成立 Cortical Labs,方有今天的 DishBrain 系統。「它提供了一種更簡便的方法來測試大腦運作方式,並深入了解癲癇和癡呆等衰弱的症狀。」

談到發展方向,Chong 指短期目標是「讓神經元喝醉」,看它們會否像人一樣,受酒精影響而玩得較差,「一旦得到證實,可擴展至更複雜的藥物」,日後有望以 DishBrain 替代動物試驗,檢測不同事物在動態環境下對腦的影響。Cortical Labs 亦正研發 CL1 桌面系統,讓神經元能在正常室內空氣和溫度下,長時間在培養箱之外活動。他希望將來可為全球研究人員提供這種鞋盒大小的便攜式實驗室,「試用我們的神經元,來解決他們的問題」。公司日前宣佈已完成 1,000 萬美元融資,由維港投資領投,Blackbird Ventures、Radar Ventures 及 InQTel 也參與其中。

DishBrain 操作示範短片的截圖,顯示神經元的活動,以及具現其操作遊玩 pong 的表現。  圖片來源:Cortical Labs