這家公司讓人造大腦真的活在「黑客帝國」里了
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，其意識以程式設計師 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)之後，他才明白過來，自己之前其實住在電腦里，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，終於在最近，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。
（這並不厲害，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，卻發生在一個由電腦模擬出來的遊戲世界裡。
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《體外神經元在模擬遊戲世界中學習並表現出知覺性》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訊號。只用了短短几個小時，這些細胞就成功學會了如何玩《Pong》街機遊戲。
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。電路傳輸微弱的訊號，對細胞產生刺激效果，使得它們以為自己是《Pong》遊戲里的球拍。
從下圖中可以看到，對於模擬環境的遊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，對於同一款遊戲，這些體外活體腦細胞的學習速度，比一般電腦神經網路系統要快得多。
通常，傳統的電腦神經網路需要大約90分鐘的時間，才能對於 Pong 遊戲的機理，和自己應該要做什麼，產生基本的了解；而訓練到一般人的遊戲水平，則可能需要幾百甚至上千小時的時間。
而對於 DishBrain，它了解遊戲機理和自己的身份，只用了5分鐘的時間，然後達到正常遊戲水平，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，並非取自活體，而是從嚙齒類動物胚胎皮質細胞或人體誘導多能幹細胞 (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，並且能夠在體外環境發展出生物神經網路 (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 使用人體誘導多能幹細胞進行培養，再放置在高密度多電極陣列晶片上。
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，約等於還在母體腹中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路，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》是個非常簡單的遊戲，任何正常人，哪怕是幾歲的幼童，都能夠很快掌握，然而對於數量極其有限，並且採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遊戲的要義，幾小時就學會玩遊戲——還是非常令人震驚的發現。
DishBrain 的閉環回饋系統來自澳大利亞的腦機結合先鋒
Cortical Labs 是一家位於澳大利亞墨爾本的腦科學研究型公司，創立於2019年，於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，讓它遨遊虛擬的世界。當然，如果你覺得這麼說太「虛」了，更實際一點的說法，就是：製造出真正實現硅+碳結合的計算晶片。
這樣的晶片，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慧，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路，以及類腦計算等更加新穎的技術——然而，這些技術仍然屬於仿生的範疇，他們並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。他畢業於約翰霍普金斯大學資訊學系，既有軟體工程經驗，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體公司 CliniCloud 擔任 CTO，該公司曾得到騰訊和平安創投投資，其推出的智慧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）。
這個概念相當複雜，這裡我們就不贅述了，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，後來也被發現嵌套到統計、電腦、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，從而展示自然智慧的系統……培養物被嵌入到一個模擬的街機遊戲「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，並且發現實際遊戲時間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回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 過去幾年裡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 的初步成果並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 等社交網路上呼朋喚友來轉發，希望讓馬斯克看到，能夠在 DishBrain 和 NeuraLink 的猴子之間展開一場遊戲「battle」……
（NeuraLink 是腦機介面領域最受關注的公司之一，由馬斯克牽頭並投資。）
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慧，這種想法在過去一直局限於科幻的範疇里。
今天，DishBrain 項目已經證明，在技術創新的推動下，硅碳合成的生物智慧，似乎並不遙遠……
