最近，科幻迷十分期待的《黑客帝國4》上映了。

該系列最初的設定當中，具有超凡能力的人類 NEO，其意識以程序員 Thomas Anderson 的身份生活在虛擬空間里；而當人類反叛者領袖 Morpheus 幫助他脫離“母體”(Matrix)之后，他才明白過來，自己之前其實住在計算機里，無法分辨真實和虛擬。

黑客帝國在20多年前所描繪的這個科幻概念，終于在最近，在一群澳大利亞腦科學研究者的手中，成為真實了。

這些科學家們，開發出了一顆真的、活的大腦。

（這并不厲害，畢竟過去已經開發出來的人造大腦比比皆是。）

厲害的是：這顆人造大腦，它在生理的層面上，活在真實世界的一支培養皿里；它的腦部活動，卻發生在一個由計算機模擬出來的游戲世界里。

DishBrain，第一個可工作的“缸中之腦”

本月初，來自澳大利亞腦科學公司 Cortical Labs，以及澳、英、加等國多所知名學府的研究人員，在生物學論文預印本網站 bioRxiv 上發表了《體外神經元在模擬游戲世界中學習并表現出知覺性》一文，首次展示了該團隊在腦科學方面前所未有的最新進展：

團隊在培養皿中培育了一些活體腦細胞，連接外部電路來傳輸微電流信號。只用了短短幾個小時，這些細胞就成功學會了如何玩《Pong》街機游戲。

他們將這個系統稱為DishBrain.

這些活體腦細胞，來自人類和嚙齒動物源，在培養皿中和硅基電路板通過高密度微電極陣列實現了結合。電路傳輸微弱的信號，對細胞產生刺激效果，使得它們以為自己是《Pong》游戲里的球拍。

從下圖中可以看到，對于模擬環境的游戲畫面中發生的場景變化，腦細胞能夠產生有“知覺性”(sentient) 的反應。

“這些細胞，就像真的生活在母體/黑客帝國里一樣，”Cortical Labs 首席科學官 Brett Kagan 表示。

更令研究者感到驚訝的是，對于同一款游戲，這些體外活體腦細胞的學習速度，比一般計算機神經網絡系統要快得多。

通常，傳統的計算機神經網絡需要大約90分鐘的時間，才能對于 Pong 游戲的機理，和自己應該要做什么，產生基本的了解；而訓練到一般人的游戲水平，則可能需要幾百甚至上千小時的時間。

而對于 DishBrain，它了解游戲機理和自己的身份，只用了5分鐘的時間，然后達到正常游戲水平，總計訓練時間只用了“幾個小時”（十多個小節，每小節15分鐘）。

這些腦細胞，并非取自活體，而是從嚙齒類動物胚胎皮質細胞或人體誘導多能干細胞 (hiPSC)培育而成的，兩種來源皆可。培育出的腦細胞能夠在營養充分的環境里裂變生長，并且能夠在體外環境發展出生物神經網絡 (BNN)——這也是人類在體外環境所能夠培養出的，最為接近智慧生物大腦工作方式的生物神經元結構。

腦細胞培育方式介紹，可以從嚙齒類動物的胚胎中提取皮質細胞，或 使用人體誘導多能干細胞進行培養，再放置在高密度多電極陣列芯片上。

在此之前，全球多地的高校和研究機構都曾通過細胞培植、腦機結合等方式嘗試開發過體外大腦。

比如，德國杜塞爾多夫大學人類基因學院的科學家們，就在今年8月發布了他們在實驗室中培植出來的“大腦”。該系統能夠一定程度生成和控制感光器官，對可見光做出反應，約等于還在母體腹中5周大的人類胚胎的大腦所具備的能力。

然而 Cortical Labs 開發的 DishBrain，是第一個有論文背書，通過實驗手段的項目，它證明了體外腦細胞所組成的生物神經網絡，可以具備知覺性、學習能力、完成任務能力……等等更加“高級”大腦功能。

誠然，《Pong》是個非常簡單的游戲，任何正常人，哪怕是幾歲的幼童，都能夠很快掌握，然而對于數量極其有限，并且采用比人腦構成方式更加“粗野”的自然生長方式，在實驗室環境培養的腦細胞來說，能夠在幾分鐘內掌握游戲的要義，幾小時就學會玩游戲——還是非常令人震驚的發現。

DishBrain 的閉環反饋系統

來自澳大利亞的腦機結合先鋒

Cortical Labs 是一家位于澳大利亞墨爾本的腦科學研究型公司，創立于2019年，于去年三月正式走出隱形狀態。

該公司的目標是造出一顆真實的大腦，讓它遨游虛擬的世界。當然，如果你覺得這么說太“虛”了，更實際一點的說法，就是：制造出真正實現硅+碳結合的計算芯片。

這樣的芯片，充分利用合成生物和人腦的力量，開發出一種全新的混合型人工智能，能夠對人類社會所面臨的最大挑戰實現自動適應和問題解決。

在過去，大腦神經元的工作方式已經啟發了很多的計算技術方面的創新，比如我們已經非常熟悉的深度學習神經網絡，以及類腦計算等更加新穎的技術——然而，這些技術仍然屬于仿生的范疇，他們并沒有實現字面意義上的“硅碳”結合，沒有真正將字面意義上的“人腦”加入到計算系統里。

在這個真正“腦機結合”的方向上，Cortical Labs 團隊產出了令人興奮的結果。

Cortical Labs 的聯合創始人 Hong Weng Chong（下圖中間）是一位在醫療科技領域有著豐富資歷的連續創業者。他畢業于約翰霍普金斯大學信息學系，既有軟件工程經驗，也是一位有著醫學博士學位的執業醫生。在創立 Cortical Labs 之前，Chong 在自己創立的醫療硬件公司 CliniCloud 擔任 CTO，該公司曾得到騰訊和平安創投投資，其推出的智能體溫計和聽診器備受專業用戶的好評。

另一位創始人 Andy Kitchen（下圖左二）著有多篇機器學習方面的論文，也是墨爾本當地機器學習/AI社群的最關鍵的組織者之一。

值得一提的是，Cortical Labs 的創始理念是英國倫敦大學學院的神經科學權威卡爾·弗里斯頓所提出的“自由能量原則”（又稱為主動推理原則）。

這個概念相當復雜，這里我們就不贅述了，你只需要知道，它一開始是用來解釋自組織生命系統（比如一枚細胞，或者一顆大腦）的工作原理的，后來也被發現嵌套到統計、計算機、心理學、等很多其它領域時，和這些領域的經典、權威法則也都是“兼容”的——正是因此，自由能量原則被很多學者推崇，卻也受到了更多的挑戰。很多人批評它是一個形而上學的假設，難以通過科學實驗去證偽。

而如果我們再回頭看 DishBrain 論文的摘要，它是這樣寫的：

DishBrain 是一個在結構化環境中，利用腦細胞神經元固有的適應性計算能力，從而展示自然智能的系統……培養物被嵌入到一個模擬的街機游戲“Pong”的世界中……

在此系統上，我們對此前無法實測的“主動推理”理論實現了實測，并且發現實際游戲時間5分鐘以內就可以觀察到培養物具有學習能力……

進一步實驗結果則展示了閉環反饋在激發學習能力方面的重要性。培養物展現出了以目標為導向的自組織能力……

也就是說 Cortical Labs 過去幾年里在人造大腦方面所作的實驗，正是對自由能量原則的實證，在神經科學方面具有重大意義。

不過就目前來看，DishBrain 的初步成果并沒有得到與其重要性所匹配的關注。公司創始人為了吸引眼球，也忙著在 Twitter 等社交網絡上呼朋喚友來轉發，希望讓馬斯克看到，能夠在 DishBrain 和 NeuraLink 的猴子之間展開一場游戲“battle”……

（NeuraLink 是腦機接口領域最受關注的公司之一，由馬斯克牽頭并投資。）

利用活體神經元的計算能力，創造硅基和碳基合成的生物智能，這種想法在過去一直局限于科幻的范疇里。

今天，DishBrain 項目已經證明，在技術創新的推動下，硅碳合成的生物智能，似乎并不遙遠……

本文來自微信公眾號 “硅星人”（ID：guixingren123），作者：杜晨，編輯：Vicky，36氪經授權發布。