这家公司让人造大脑真的活在“黑客帝国”里了 (图文)
最近，科幻迷十分期待的《黑客帝国 4》上映了。
该系列最初的设定当中，具有超凡能力的人类 NEO，其意识以程序员 Thomas Anderson 的身份生活在虚拟空间里；而当人类反叛者领袖 Morpheus 帮助他脱离 " 母体 " ( Matrix ) 之后，他才明白过来，自己之前其实住在计算机里，无法分辨真实和虚拟。
黑客帝国在 20 多年前所描绘的这个科幻概念，终于在最近，在一群澳大利亚脑科学研究者的手中，成为真实了。
这些科学家们，开发出了一颗真的、活的大脑。
（这并不厉害，毕竟过去已经开发出来的人造大脑比比皆是。）
厉害的是：这颗人造大脑，它在生理的层面上，活在真实世界的一支培养皿里；它的脑部活动，却发生在一个由计算机模拟出来的游戏世界里。
DishBrain，第一个可工作的 " 缸中之脑 "
本月初，来自澳大利亚脑科学公司 Cortical Labs，以及澳、英、加等国多所知名学府的研究人员，在生物学论文预印本网站 bioRxiv 上发表了《体外神经元在模拟游戏世界中学习并表现出知觉性》一文，首次展示了该团队在脑科学方面前所未有的最新进展：
团队在培养皿中培育了一些活体脑细胞，连接外部电路来传输微电流信号。只用了短短几个小时，这些细胞就成功学会了如何玩《Pong》街机游戏。
他们将这个系统称为 DishBrain.
这些活体脑细胞，来自人类和啮齿动物源，在培养皿中和硅基电路板通过高密度微电极阵列实现了结合。电路传输微弱的信号，对细胞产生刺激效果，使得它们以为自己是《Pong》游戏里的球拍。
从下图中可以看到，对于模拟环境的游戏画面中发生的场景变化，脑细胞能够产生有 " 知觉性 " ( sentient ) 的反应。
" 这些细胞，就像真的生活在母体 / 黑客帝国里一样，"Cortical Labs 首席科学官 Brett Kagan 表示。
更令研究者感到惊讶的是，对于同一款游戏，这些体外活体脑细胞的学习速度，比一般计算机神经网络系统要快得多。
通常，传统的计算机神经网络需要大约 90 分钟的时间，才能对于 Pong 游戏的机理，和自己应该要做什么，产生基本的了解；而训练到一般人的游戏水平，则可能需要几百甚至上千小时的时间。
而对于 DishBrain，它了解游戏机理和自己的身份，只用了 5 分钟的时间，然后达到正常游戏水平，总计训练时间只用了 " 几个小时 "（十多个小节，每小节 15 分钟）。
这些脑细胞，并非取自活体，而是从啮齿类动物胚胎皮质细胞或人体诱导多能干细胞 ( hiPSC ) 培育而成的，两种来源皆可。培育出的脑细胞能够在营养充分的环境里裂变生长，并且能够在体外环境发展出生物神经网络 ( BNN ) ——这也是人类在体外环境所能够培养出的，最为接近智慧生物大脑工作方式的生物神经元结构。
脑细胞培育方式介绍，可以从啮齿类动物的胚胎中提取皮质细胞，或 使用人体诱导多能干细胞进行培养，再放置在高密度多电极阵列芯片上。
在此之前，全球多地的高校和研究机构都曾通过细胞培植、脑机结合等方式尝试开发过体外大脑。
比如，德国杜塞尔多夫大学人类基因学院的科学家们，就在今年 8 月发布了他们在实验室中培植出来的 " 大脑 "。该系统能够一定程度生成和控制感光器官，对可见光做出反应，约等于还在母体腹中 5 周大的人类胚胎的大脑所具备的能力。
然而 Cortical Labs 开发的 DishBrain，是第一个有论文背书，通过实验手段的项目，它证明了体外脑细胞所组成的生物神经网络，可以具备知觉性、学习能力、完成任务能力 …… 等等更加 " 高级 " 大脑功能。
诚然，《Pong》是个非常简单的游戏，任何正常人，哪怕是几岁的幼童，都能够很快掌握，然而对于数量极其有限，并且采用比人脑构成方式更加 " 粗野 " 的自然生长方式，在实验室环境培养的脑细胞来说，能够在几分钟内掌握游戏的要义，几小时就学会玩游戏——还是非常令人震惊的发现。
DishBrain 的闭环反馈系统来自澳大利亚的脑机结合先锋
Cortical Labs 是一家位于澳大利亚墨尔本的脑科学研究型公司，创立于 2019 年，于去年三月正式走出隐形状态。
该公司的目标是造出一颗真实的大脑，让它遨游虚拟的世界。当然，如果你觉得这么说太 " 虚 " 了，更实际一点的说法，就是：制造出真正实现硅 + 碳结合的计算芯片。
这样的芯片，充分利用合成生物和人脑的力量，开发出一种全新的混合型人工智能，能够对人类社会所面临的最大挑战实现自动适应和问题解决。
在过去，大脑神经元的工作方式已经启发了很多的计算技术方面的创新，比如我们已经非常熟悉的深度学习神经网络，以及类脑计算等更加新颖的技术——然而，这些技术仍然属于仿生的范畴，他们并没有实现字面意义上的 " 硅碳 " 结合，没有真正将字面意义上的 " 人脑 " 加入到计算系统里。
在这个真正 " 脑机结合 " 的方向上，Cortical Labs 团队产出了令人兴奋的结果。
Cortical Labs 的联合创始人 Hong Weng Chong（下图中间）是一位在医疗科技领域有着丰富资历的连续创业者。他毕业于约翰霍普金斯大学信息学系，既有软件工程经验，也是一位有着医学博士学位的执业医生。在创立 Cortical Labs 之前，Chong 在自己创立的医疗硬件公司 CliniCloud 担任 CTO，该公司曾得到腾讯和平安创投投资，其推出的智能体温计和听诊器备受专业用户的好评。
另一位创始人 Andy Kitchen（下图左二）著有多篇机器学习方面的论文，也是墨尔本当地机器学习 /AI 社群的最关键的组织者之一。
值得一提的是，Cortical Labs 的创始理念是英国伦敦大学学院的神经科学权威卡尔 · 弗里斯顿所提出的 " 自由能量原则 "（又称为主动推理原则）。
这个概念相当复杂，这里我们就不赘述了，你只需要知道，它一开始是用来解释自组织生命系统（比如一枚细胞，或者一颗大脑）的工作原理的，后来也被发现嵌套到统计、计算机、心理学、等很多其它领域时，和这些领域的经典、权威法则也都是 " 兼容 " 的——正是因此，自由能量原则被很多学者推崇，却也受到了更多的挑战。很多人批评它是一个形而上学的假设，难以通过科学实验去证伪。
而如果我们再回头看 DishBrain 论文的摘要，它是这样写的：
DishBrain 是一个在结构化环境中，利用脑细胞神经元固有的适应性计算能力，从而展示自然智能的系统 …… 培养物被嵌入到一个模拟的街机游戏 "Pong" 的世界中 …… 在此系统上，我们对此前无法实测的 " 主动推理 " 理论实现了实测，并且发现实际游戏时间 5 分钟以内就可以观察到培养物具有学习能力 …… 进一步实验结果则展示了闭环反馈在激发学习能力方面的重要性。培养物展现出了以目标为导向的自组织能力 ……
也就是说 Cortical Labs 过去几年里在人造大脑方面所作的实验，正是对自由能量原则的实证，在神经科学方面具有重大意义。
不过就目前来看，DishBrain 的初步成果并没有得到与其重要性所匹配的关注。公司创始人为了吸引眼球，也忙着在 Twitter 等社交网络上呼朋唤友来转发，希望让马斯克看到，能够在 DishBrain 和 NeuraLink 的猴子之间展开一场游戏 "battle"……
（NeuraLink 是脑机接口领域最受关注的公司之一，由马斯克牵头并投资。）
利用活体神经元的计算能力，创造硅基和碳基合成的生物智能，这种想法在过去一直局限于科幻的范畴里。
今天，DishBrain 项目已经证明，在技术创新的推动下，硅碳合成的生物智能，似乎并不遥远 ……
