大脑类器官如此重要的 3 个原因

类器官是目前发展最快的科学领域之一。它们也以许多不同但同样令人着迷的方式进化。在这里，我们将介绍 3 个主要的新兴途径，它们有望大大增强其能力，与机器智能竞争，并有可能解开预防神经退行性疾病的秘密。

什么是类器官？

类器官（或组合体）是体外生长的功能性神经元簇，通常来自皮肤干细胞。这些相对复杂的活体大脑结构（可以是动物或人类）用于在实验室中研究真实大脑之外的神经力学。

令神经科学家不屑的是，它们经常在媒体上被称为“迷你大脑”或“盘子里的大脑”，这是不准确的，因为它们通常非常小，而且它们的复杂性比人脑简单得多。

也就是说，正如我们将在这里介绍的那样，正在开发不同的方法来显着增加其大小和功能复杂性。

1. 人-动物大脑合成

历史上第一次，动物可能通过综合脑移植获得人类智力的某些方面。

类器官的研究价值因其大小和复杂性而受到很大限制。 《自然》杂志上发表的一种新方法将人类皮质类器官移植到活体大鼠大脑中（如上图所示）。

整合后 6 个月，人类神经元达到了新的成熟顺序，生长速度是体外所能达到的速度的 6 倍。他们的活动更好地模仿了在人类大脑中观察到的一些更复杂的行为。

在后续实验中，研究人员利用光遗传学专门激发了经过基因改造的人类神经元，并成功地影响了老鼠寻求奖励的频率。也就是控制老鼠大脑内的人类脑细胞，从而控制老鼠的行为。

这种方法开辟了利用有限的技术资源从干细胞培养复杂的人脑系统的可能性。尽管令人着迷，但生物学研究的这个新领域，甚至生物学本身，可能充满了伦理上的复杂性，甚至包括如何对这种混合生物体进行分类。

研究：移植的人类皮质类器官的成熟和电路整合，Omer Revah 等人Stu

2. 合成生物感知

这段视频不仅令人眼前一亮，它实际上是生物神经元和硅芯片学习玩模拟游戏的首次成功混合

与将类器官合成到不同的生物大脑中相比，这项研究进入了一个全新但同样令人难以置信的方向，即通过计算机直接合成人类/啮齿动物的类器官。被称为“合成生物智能”（SBI）的目标是协同融合这些曾经不同的智能形式。

特别是，研究人员试图利用类器官中发现的三阶复杂性的力量，这在传统计算中从未实现过。此外，实现神经文化中感知的正式定义，有效地展示感觉反馈学习。

在这项研究中，体外类器官通过高密度多电极阵列与“计算机”计算集成。名为“BrainDish”的实验通过电生理刺激使用闭环结构化反馈，被嵌入到标志性电脑游戏 Pong 的模拟中。

集合中的神经元适应性地响应外部刺激的能力是所有动物学习的基础。尽管这个初始实验是一个非常基本的模拟，但它通过目标导向的行为在模拟游戏世界中展示了智能和有感知的行为。

这种方法提供了一个有前途的新研究途径，以支持或挑战解释大脑如何与世界相互作用的理论，以及研究一般智力。它也可能是克服机器智能进化超越人类水平所面临的关键挑战的灵丹妙药，因为神经元具有我们尚未在计算机中模拟的各种学习特征。

研究：体外神经元在模拟游戏世界中学习并表现出感知能力，Brett J. Kagan 等人。

3. OI——开发智能的新途径

我们的前两个例子采用了与神经科学家最初设想的不同进化路径上的类器官。然而，即使是传统的类器官科学领域也仍处于起步阶段，而且这种情况将会很快发生变化。

有许多有前景的方法正在出现，可以增加其规模、复杂性和功能专业化，同时仍然保留其在实验室培养皿中的实际访问性。因此，脑类器官是目前生物计算领域最令人兴奋的研究领域之一。

尽管在传统机器智能方法的雷达下飞行，“类器官智能”（OI）正在成为通向通用人工智能（AGI）圣杯最快路线的潜在竞争者。

由该领域 20 多位科学领袖组成的联盟最近发表了一篇关于促进类器官科学发展的综合性里程碑式论文

以下是他们提出的 6 个关键主张。

1. 生物计算（或生物计算）可能比硅基计算和人工智能更快、更高效、更强大，而且只需要一小部分能源。

2.“类器官智能”(OI) 描述了一个新兴的多学科领域，致力于利用人脑细胞（脑类器官）的 3D 培养物和脑机接口技术来开发生物计算。

3. OI需要将当前的大脑类器官放大为复杂、耐用的3D结构，其中富含与学习相关的细胞和基因，并将它们连接到下一代输入和输出设备以及人工智能/机器学习系统。

4. OI需要新的模型、算法和接口技术来与大脑类器官进行通信，了解它们如何学习和计算，以及处理和存储它们将产生的大量数据。

5. OI 研究还可以提高我们对大脑发育、学习和记忆的理解，可能有助于找到治疗痴呆症等神经系统疾病的方法。

6. 确保成骨不全以符合伦理和社会的方式发展需要一种“嵌入伦理”的方法，其中由伦理学家、研究人员和公众成员组成的跨学科和代表性团队识别、讨论和分析伦理问题，并将这些问题反馈给未来的研究和工作。

简而言之，这些研究人员希望利用人体组织样本来培养和操纵越来越强大的脑细胞集合，以取代标准的硅计算机芯片。

这些细胞簇将变得更大并在三个维度上生长，这使得它们内部的神经元能够建立更多的连接。

这项技术需要大量的科学学科才能落地。虽然一些研究人员正在致力于将类器官培养至 1000 万个细胞大小，科学家估计这种类器官需要在接近人脑的任何地方开始发挥作用，但其他研究人员正在开发技术，使我们能够与一群细胞进行交流，并让那群人回来沟通。

最近，通过开发一种用于类器官的脑电图帽，实现了这种双向通信的关键一步，该帽使用密集覆盖有微小电极的柔性外壳，该电极既可以从类器官接收信号，也可以向其传输信号。

但仅仅建造一台功能强大的计算机并不是这些研究人员的唯一目标。他们还希望利用这些 OI 计算机来分析神经系统状况并帮助患者。

领先的类器官研究人员 Thomas Hartung 总结道：“例如，我们可以比较健康人和阿尔茨海默病患者的类器官的记忆形成，并尝试修复相对缺陷。我们还可以使用 OI 来测试某些物质（例如杀虫剂）是否会导致记忆或学习问题。”

他们可以通过他们帮助开发的治疗方法减轻人类的痛苦和疾病，并可以挽救目前为人类研究而牺牲的数千只动物的生命。

研究：类器官智能 (OI)：生物计算和培养皿智能的新前沿，L Smirnova 等。等人。

类器官的伦理如何？

2021年4月，美国国家科学、工程和医学院发表报告指出，虽然迷你大脑目前在尺寸、复杂性和成熟度方面还不够实质性，但随着这些的增加，没有人能保证它们不会发展出某种类型的大脑。人类类型的意识。

如果情况确实如此，那么日益复杂的类器官可能会成为道德上的蠕虫，阻碍它们的进一步发展。然而，这也标志着非人类但类人意识，这本身就是一个里程碑。

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