观看：一盘脑细胞在 5 分钟内弄清楚如何打乒乓球

玩电子游戏需要多少脑细胞？

不完全是。这不是开玩笑，也没有妙语。相反，多亏了一个名为 DishBrain 的神经网络系统，才有了真正的实际答案。

如果那个游戏是 Pong，脑细胞的数量大约是 800,000。

虽然他们在数字乒乓球方面进展缓慢、片面的战略不会让他们在不久的将来赢得任何电子竞技冠军，但它确实反映了将活体组织与硅技术融合的潜力。

这是第一个表明神经元可以调整其活动以执行特定任务的合成生物智能实验——并且，在提供反馈时，可以学习更好地执行该任务。这是非常了不起的东西，在计算方面有潜在的应用，以及研究各种大脑的东西，从药物和药物如何影响大脑活动到智力最初是如何发展的。

澳大利亚生物技术初创公司 Cortical Labs 的神经科学家 Brett Kagan 说：“我们已经证明，我们可以与活的生物神经元相互作用，迫使它们改变自己的活动，从而产生类似于智能的东西。”

DishBrain 是从小鼠胚胎中提取的神经元和从干细胞中培养的人类神经元的混合体。这些细胞在微电极阵列上生长，这些微电极可以被激活以刺激神经元，从而提供感觉输入。

对于乒乓球游戏，盘子两侧的微电极指示球是在球拍的左侧还是右侧，而信号频率则传递球的距离。

通过这种设置，DishBrain 能够移动桨来接球，但整体表现很差。为了玩好游戏，神经元需要反馈。

该团队开发了一种软件，可以在 DishBrain 错过球时通过电极进行批评。这使得系统在玩 Pong 时得到改进，研究人员在短短五分钟内观察到学习情况。

英国伦敦大学学院的理论神经科学家 Karl Friston 说：“这项工作的美妙和开创性在于为神经元配备感觉——反馈——以及至关重要的作用于他们的世界的能力。”

“值得注意的是，这些文化学会了如何通过对世界采取行动来使他们的世界更容易预测。这很了不起，因为你无法教授这种自我组织；仅仅因为——与宠物不同——这些迷你大脑没有奖励和惩罚的感觉。“

几年前，弗里斯顿发展了一种称为自由能原理的理论，该理论提出所有生物系统的行为方式都可以缩小预期与经验之间的差距——换句话说，就是让世界更具可预测性。

Friston 说，DishBrain 通过调整它的行为来让世界变得更加可预测，DishBrain 只是在做生物学最擅长的事情。

“我们选择 Pong 是因为它的简单性和熟悉性，而且，它是最早用于机器学习的游戏之一，所以我们想认识到这一点，”Kagan 说。

“对细胞施加了不可预测的刺激，整个系统将重新组织其活动，以更好地玩游戏并最大程度地减少随机反应。您也可以认为只是玩游戏，击球并获得可预测的刺激，本质上是在创造更可预测的环境。”

这有一些非常有趣的可能性，尤其是在人工智能和计算领域。人脑包含大约 80 到 1000 亿个神经元，比任何计算机都强大得多，而我们最好的计算机很难复制它。我们的最大努力需要 82,944 个处理器、1 PB 的主内存和 40 分钟来复制人类大脑百分之一的活动的一秒钟。

如果该架构更像一个真实的大脑——甚至可能是一个像 Kagan 及其同事开发的那样的合成生物系统——这个目标可能不会遥不可及。

但还有其他可能更直接的影响。

例如，DishBrain 可能能够帮助化学家在细胞水平上了解各种药物对大脑的影响。有一天，它甚至可以帮助根据患者的特定生物学特性定制药物，使用从患者皮肤逆向工程干细胞培养的神经元。

“这项工作的转化潜力确实令人兴奋：这意味着我们不必担心创建‘数字双胞胎’来测试治疗干预措施，”弗里斯顿说。“原则上，我们现在拥有最终的仿生‘沙盒’，可以在其中测试药物和基因变异的影响——一个由在你和我的大脑中发现的完全相同的计算（神经元）元素构成的沙盒。”

目前，下一步是弄清楚 DishBrain 玩 Pong 的能力如何受到药物和酒精的影响。“我们正试图用乙醇创建一条剂量反应曲线——基本上让他们‘喝醉’，看看他们是否玩得更差，就像人们喝酒时一样，”卡根说。

换句话说，一盘脑细胞滚成一个酒吧……

该团队的研究成果已发表在Neuron上。