體外神經(jīng)元首次展示大腦部分工作過(guò)程
來(lái)源：科技日?qǐng)?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(gè)碟子里學(xué)會(huì)了玩電子游戲Pong。研究團(tuán)隊(duì)首次證明，一個(gè)培養(yǎng)皿中的80萬(wàn)個(gè)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(duì)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(shuō)，“所以問(wèn)題是，我們能否以某種方式與神經(jīng)元互動(dòng)，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(dòng)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(tái)電腦上，這樣神經(jīng)元就會(huì)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(cè)神經(jīng)元的活動(dòng)和對(duì)這種反饋的反應(yīng)。
神經(jīng)元移動(dòng)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(huì)被皮層實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的軟件程序“批評(píng)”。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(dòng)，以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。
“對(duì)細(xì)胞施加了不可預(yù)測(cè)的刺激，系統(tǒng)作為一個(gè)整體會(huì)重組其活動(dòng)，以更好地玩游戲，并將隨機(jī)反應(yīng)降至最低。”卡根說(shuō)。
這種學(xué)習(xí)背后的理論植根于自由能原理。簡(jiǎn)而言之，即大腦通過(guò)改變世界觀或行為來(lái)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(lái)新的可能性，將對(duì)技術(shù)、健康和社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。在研究新藥或基因療法在動(dòng)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(dòng)物試驗(yàn)替代方案的可能性。
【總編輯圈點(diǎn)】
一個(gè)系統(tǒng)，比如大腦，為了減少外界對(duì)其沖擊的意外程度，需要怎么做？一個(gè)有影響力且有爭(zhēng)議的認(rèn)知論認(rèn)為，它會(huì)努力最小化其信念以及與真實(shí)世界之間的差距。譬如說(shuō)，大腦會(huì)首先對(duì)外部世界進(jìn)行建模，形成其對(duì)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(gè)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(huì)引發(fā)重大爭(zhēng)論，不過(guò)，無(wú)論對(duì)其證實(shí)或證偽，都是科學(xué)探索充滿樂(lè)趣的過(guò)程。（張佳欣）
責(zé)任編輯：邢敏
