人工智能的下一代進化:類器官智能

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2012 年,在比利時展出的塑化人體標本。 圖片來源:路透社

由人腦細胞驅動電腦,聽起來像是科幻小說橋段,但近來,美國研究團隊就宣稱一個「類器官智能」(organoid intelligence,OI)的領域已經誕生。

早在 2012 年,約翰霍普金斯大學布隆伯格公共衛生學院教授 Thomas Hartung 博士領導的團隊,就成功通過改變人類皮膚樣本,培養出「類大腦器官體」(brain organoids)。過去二十多年,研究人員一直從幹細胞中培植出生物組織,例如腎、肺和其他器官,然後進行醫學實驗,以減少依賴動物和人體實驗。有科學家就想到把這種生物技術應用在電腦科學,把「類大腦器官體」結合成生物硬件,昇華成比超級電腦更高效節能的科技。

Hartung 團隊於今年 3 月在 Frontiers in Science 在發表研究,他們指「電腦科學和人工智能不斷推動技術革命,但是它們已經到達了一個瓶頸。」現時的電腦科學模式,其中一個起源是英國數學家阿倫圖靈(Alan Turing)在 1950 年提出的「圖靈測試」(Turing test),評估機器如何展示與人類相似的智能行為。不過,即使科學家參照人類思維過程,開發出人工智能,這類技術始終無法完全複製人類大腦的所有能力。這就是為何我們可用圖像 CAPTCHA 分辨出機械人。

人工智能有其優勝的地方,可以比人類更快處理大量數字。Hartung 以 AlphaGo 為例,它可透過 16 萬場比賽數據中進行訓練,一個人要達到相同訓練量,則要在 175 年間每天玩五個小時以上。不過,人類大腦明顯更善於學習和做出複雜的邏輯決策,例如我們可輕易區分一種動物和另一種動物,但電腦很難做到。他續指人類大腦還具有驚人的信息存儲能力,估計為 2,500TB,遠超於矽電腦的物理極限。

Thomas Hartung 手上的就是類大腦器官體。 圖片來源:WILL KIRK/JOHNS HOPKINS UNIVERSITY

「生物電腦」(biocomputering)就嘗試透過壓縮計算能力,提高效率,以突破我們目前的技術限制。「類大腦器官體」實際上並不只是微型版的人類大腦,那些僅針尖大小的細胞培養物,包含能發揮類腦功能的神經元(neurons),形成了眾多聯繫點。Hartung 把「類器官智能」定義為「在實驗室中生長的人類大腦模型中再現認知功能,例如學習和感官處理」,其功能會遠超現時的人工智能模式,改變電腦工程學的未來。

不過,「類大腦器官體」仍需要擴大規模,才能實現真正的「類器官智能」。現時,每個器官體的細胞數量只有 5 萬,相當於一隻果蠅的神經系統大小,亦即人類大腦的 300 萬分之 1 左右,記憶存儲量大約有 800MB。如果要達到「類器官智能」,器官體的細胞數量要增加到 1,000 萬。除此之外,研究人員還要與類器官建立溝通方式,以便發送和接收信息。Hartung 團隊宣稱已發展出包括生物工程和機器學習工具在內的發展藍圖。

在研究文章中,Hartung 又團隊宣佈已開發一種「腦機接口設備」(brain-computer interface device),是一款為「類大腦器官體」而設的腦電圖(EEG)帽。該儀器像一個柔軟的外殼,底下覆蓋著微小而密集的電極(electrodes),既可以從類器官體中接收信號,也可以向其傳送指令。團隊表示希望有一天可以建立能溝通「類器官智能」和人工智能的方式,以增強和進一步探索兩者的能力極限。