體外神經(jīng)元首次展示大腦部分工作過程
來源：科技日報(bào) 發(fā)布時(shí)間：2022-10-13 09:09:42
據(jù)最新一期《神經(jīng)元》雜志，人類和小鼠的神經(jīng)元在一個碟子里學(xué)會了玩電子游戲Pong。研究團(tuán)隊(duì)首次證明，一個培養(yǎng)皿中的80萬個腦細(xì)胞可以執(zhí)行目標(biāo)導(dǎo)向的任務(wù)，即使是在培養(yǎng)皿中的腦細(xì)胞，也可以表現(xiàn)出固有的智力，隨著時(shí)間的推移改變它們的行為。這項(xiàng)研究在疾病建模、藥物發(fā)現(xiàn)以及擴(kuò)展當(dāng)前對大腦如何工作、智力如何產(chǎn)生的理解方面具有重要作用。“從蠕蟲到蒼蠅再到人類，神經(jīng)元是廣義智能的起點(diǎn)。”論文第一作者、澳大利亞墨爾本皮層實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)官布雷特·卡根說，“所以問題是，我們能否以某種方式與神經(jīng)元互動，以利用這種固有的智能？”
實(shí)驗(yàn)中，研究小組從小鼠胚胎和人類干細(xì)胞中分別提取了腦細(xì)胞，并將它們培養(yǎng)在既可以接受刺激，又可以讀取它們的活動的微電極陣列上。
首先，研究人員將這些神經(jīng)元連接到一臺電腦上，這樣神經(jīng)元就會收到關(guān)于游戲中的球拍是否正在擊球的反饋。然后，他們使用電子探頭監(jiān)測神經(jīng)元的活動和對這種反饋的反應(yīng)。
神經(jīng)元移動球拍和擊球的次數(shù)越多，電子探頭記錄的“尖峰”就越強(qiáng)。當(dāng)神經(jīng)元失誤時(shí)，他們的游戲方式會被皮層實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的軟件程序“批評”。這表明神經(jīng)元可以實(shí)時(shí)地以目標(biāo)導(dǎo)向的方式活動，以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。
“對細(xì)胞施加了不可預(yù)測的刺激，系統(tǒng)作為一個整體會重組其活動，以更好地玩游戲，并將隨機(jī)反應(yīng)降至最低。”卡根說。
這種學(xué)習(xí)背后的理論植根于自由能原理。簡而言之，即大腦通過改變世界觀或行為來適應(yīng)環(huán)境，以更好地適應(yīng)周圍的世界。
研究人員表示，這種教導(dǎo)細(xì)胞培養(yǎng)物執(zhí)行表現(xiàn)出智商的任務(wù)的新能力，開啟了未來新的可能性，將對技術(shù)、健康和社會產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。在研究新藥或基因療法在動態(tài)環(huán)境中的反應(yīng)時(shí)，這些發(fā)現(xiàn)還提高了創(chuàng)建動物試驗(yàn)替代方案的可能性。
【總編輯圈點(diǎn)】
一個系統(tǒng)，比如大腦，為了減少外界對其沖擊的意外程度，需要怎么做？一個有影響力且有爭議的認(rèn)知論認(rèn)為，它會努力最小化其信念以及與真實(shí)世界之間的差距。譬如說，大腦會首先對外部世界進(jìn)行建模，形成其對外部世界的信念，再源源不斷地獲取有關(guān)外部世界的信息。本文中的實(shí)驗(yàn)，就源于這樣一個自由能原理。在哲學(xué)和神經(jīng)學(xué)領(lǐng)域，該理論中比較夸張的部分經(jīng)常會引發(fā)重大爭論，不過，無論對其證實(shí)或證偽，都是科學(xué)探索充滿樂趣的過程。（張佳欣）
責(zé)任編輯：邢敏
