鼠細(xì)胞造出活大腦

美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)科學(xué)家近期用人工培育出的老鼠細(xì)胞造出一個(gè)“活著的”大腦，并且成功利用這一人造大腦指揮了一輛模擬的F-22戰(zhàn)斗機(jī)。科學(xué)家們認(rèn)為，利用這項(xiàng)研究可以造出微小的大腦控制裝置和非人工操作的智能計(jì)算機(jī)來(lái)控制飛機(jī)的飛行。

如果科學(xué)家可以破解這種自然狀態(tài)下神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)工作的基本原理，也可以利用這項(xiàng)研究制造出一種全新的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于從事危險(xiǎn)的研究或者救援工作，還可用于處理危險(xiǎn)的潛藏的炸彈，而不必對(duì)工作人員造成危險(xiǎn)。

這個(gè)“盤子里的大腦”是美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程教授托馬斯·迪馬斯發(fā)明的。他將一個(gè)電極柵格放于玻璃盤子底部，柵格上面覆蓋老鼠的神經(jīng)元細(xì)胞。細(xì)胞最初像一盤散沙一樣漂浮于培養(yǎng)液中，但是，很快通過顯微鏡可以看到它們開始互相聚集，慢慢地形成了一個(gè)有機(jī)的神經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)——也就是類似大腦一樣的東西——這東西被迪馬斯稱作“活著的計(jì)算裝置”，然后大腦通過一臺(tái)計(jì)算機(jī)和飛機(jī)模擬裝置連接在一起。

“我們?cè)?0通道的復(fù)合電極矩陣上制造出大概25000個(gè)細(xì)胞，因此神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)通過活動(dòng)的神經(jīng)元傳遞信息的時(shí)候，我們可以測(cè)量出每一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞工作時(shí)發(fā)出的信號(hào)。”迪馬斯說(shuō)，“使用類似的通道(電極)我們也可以激發(fā)神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)內(nèi)60個(gè)點(diǎn)中的任何一個(gè)。總體來(lái)說(shuō)，我們已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)雙向接觸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在接觸點(diǎn)上，我們可以通過給予刺激來(lái)傳遞信息，然后由神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)傳遞信息，我們可以‘聽到’神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)。”

就像人類的大腦一樣，人造大腦也可以學(xué)習(xí)。最初的時(shí)候，人造大腦并不知道怎樣控制飛機(jī)，它沒有任何經(jīng)驗(yàn)。但是，“隨著時(shí)間的推移，正確的反復(fù)刺激修正了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)，慢慢地(15分鐘后)神經(jīng)元學(xué)會(huì)了控制飛機(jī)。最后的結(jié)果是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以控制飛機(jī)在相對(duì)穩(wěn)定的路線和高度成功飛行。”

現(xiàn)在，大腦已經(jīng)可以控制F-22戰(zhàn)斗機(jī)的飛行斜度和空中翻滾動(dòng)作，并且在任何模擬的天氣條件下，不管是狂風(fēng)大作還是萬(wàn)里晴空，都可以熟練地完成任務(wù)。

這個(gè)人造大腦控制系統(tǒng)聽起來(lái)可能像科幻小說(shuō)，但是它的確是基于多年在這方面的基礎(chǔ)研究而建立起來(lái)的系統(tǒng)。1993年這方面取得了突破，那時(shí)一個(gè)科學(xué)家研究小組造出了一種海伯特(Hybrot)，即“雜種機(jī)器人(hybrid robot)”。這個(gè)機(jī)器人包括硬件、計(jì)算機(jī)軟件、老鼠神經(jīng)元和這些神經(jīng)細(xì)胞的培養(yǎng)器。計(jì)算機(jī)事先設(shè)置好，可以對(duì)神經(jīng)沖動(dòng)產(chǎn)生反應(yīng)，同時(shí)控制安裝在玩具機(jī)器人下面的輪子。

2003年，美國(guó)和澳大利亞科學(xué)家用相似的神經(jīng)細(xì)胞控制機(jī)器人裝置制造出了一個(gè)“半生物藝術(shù)家”。在這個(gè)發(fā)明中，神經(jīng)細(xì)胞“掛”在一個(gè)人造繪圖手臂上，手臂上裝好了五顏六色的“畫筆”。機(jī)器人可以被控制畫出還不錯(cuò)的圖畫，雖然看起來(lái)好像小孩子的胡亂涂鴉，但是這項(xiàng)技術(shù)直接促成今天控制戰(zhàn)斗機(jī)的人造大腦的成功發(fā)明。

雖然“大腦”已經(jīng)成功地在虛擬的環(huán)境下控制飛機(jī)飛行，但是，迪馬斯認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)要用于實(shí)際生活以前，還會(huì)有相當(dāng)多的內(nèi)容需要進(jìn)一步研究。

“我們還只是個(gè)開始。但是，這個(gè)模型有助于我們理解信息的傳入與機(jī)體產(chǎn)生的物質(zhì)之間的聯(lián)系中的關(guān)鍵問題。并且可以想像，如果對(duì)于這些了解得越多，就能越快地將這些知識(shí)廣泛地用于各個(gè)領(lǐng)域。”