科技日報記者 張佳欣
盡管人工智能（AI）領(lǐng)域已經(jīng)取得了顯著突破，展現(xiàn)出了前所未有的智能水平，但它們?nèi)匀灰蕾囉?0世紀(jì)50年代奠定計算基礎(chǔ)的硅基硬件。假如人們能夠擺脫傳統(tǒng)束縛，創(chuàng)造出由生物材料構(gòu)成的計算機，那將會是怎樣的一番景象？
面對AI領(lǐng)域數(shù)據(jù)存儲與耗能激增的雙重挑戰(zhàn)，一些來自學(xué)術(shù)界和商業(yè)界的研究人員未雨綢繆，將目光投向生物計算這一新興領(lǐng)域。這種方法利用合成生物學(xué)，如實驗室培育的微型細(xì)胞簇（稱為類器官），來創(chuàng)建計算機架構(gòu)。
人腦類器官取代硅基計算
瑞士公司FinalSpark是生物計算的先行者之一。今年5月，該公司推出了“神經(jīng)平臺”（Neuroplatform）。這是世界上第一個生物處理器，由16個人腦類器官組成。該公司將這種“活體計算機”定位為硅基計算機的替代品。
據(jù)《前沿》雜志發(fā)表的一篇文章介紹，“神經(jīng)平臺”的耗電量是傳統(tǒng)數(shù)字處理器的百萬分之一，展現(xiàn)了驚人的能效比。
《科學(xué)美國人》雜志近日刊文深入剖析了“神經(jīng)平臺”的運作機制。該平臺采用了一系列處理單元，每個單元包含4個直徑為0.5毫米的球形腦類器官。每個類器官都與8個電極相連，這些電極對類器官內(nèi)的神經(jīng)元進(jìn)行電刺激，并將類器官連接到傳統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)元選擇性地暴露在神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺中，以模仿人類大腦的自然獎賞系統(tǒng)。
FinalSpark公司表示，這種雙重設(shè)置，即多巴胺獎賞和電刺激，會訓(xùn)練類器官的神經(jīng)元，促使它們形成新的路徑和連接，這與人類大腦的學(xué)習(xí)方式非常相似。如果這項技術(shù)進(jìn)一步完善，最終可讓類器官模仿硅基AI，充當(dāng)與CPU（中央處理器）和GPU（圖形處理器）功能類似的處理單元。
細(xì)胞計算能對環(huán)境作出反應(yīng)
要讓類器官計算能與硅基計算大規(guī)模競爭仍存在難點。首先，沒有標(biāo)準(zhǔn)化的制造系統(tǒng)；其次，活體大腦會死亡。比如，F(xiàn)inalSpark的類器官平均只能存活100天，但與原型僅維持?jǐn)?shù)小時相比，這已是相當(dāng)大的進(jìn)步。FinalSpark聯(lián)合創(chuàng)始人弗雷德·喬丹表示，“神經(jīng)平臺”已優(yōu)化了其類器官內(nèi)部制作流程，該設(shè)施目前擁有2000—3000個類器官。
FinalSpark并非唯一一家尋求硅基計算有機替代品的公司，而類腦器官也并非唯一的發(fā)展方向。
“生物計算有多種形式。”西班牙國家生物技術(shù)中心研究員安赫爾-戈尼-莫雷諾說。戈尼-莫雷諾研究的是細(xì)胞計算，即利用經(jīng)過改造的活細(xì)胞來創(chuàng)建能復(fù)制內(nèi)存、邏輯門的系統(tǒng)。
目前，戈尼-莫雷諾團(tuán)隊正在尋找生物計算勝過硅基計算的任務(wù)或領(lǐng)域。他認(rèn)為，由于細(xì)胞計算機能對其環(huán)境條件作出反應(yīng)，因此它們可促進(jìn)生物修復(fù)，有利于受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。
“這是傳統(tǒng)計算機無法涉足的領(lǐng)域?！备昴?莫雷諾說，“你不能只是把一臺計算機扔進(jìn)湖里，然后讓它告訴你環(huán)境的狀態(tài)?！比欢?，一臺淹沒在水下的細(xì)胞計算機卻能隨著細(xì)胞對化學(xué)和其他刺激的響應(yīng)，對環(huán)境條件進(jìn)行細(xì)致入微的“解讀”。
菌絲體實現(xiàn)神經(jīng)形態(tài)電路
與此同時，英國西英格蘭大學(xué)安德魯·阿達(dá)馬茨基團(tuán)隊一直在研究真菌計算的可能性。2023年3月，其團(tuán)隊已成功打造了一款以蘑菇為材料的原型計算機。在真菌計算機中，菌絲體可充當(dāng)導(dǎo)體和電子元件（蘑菇只是真菌的子實體）。它們可接收和發(fā)送電信號，并保存記憶。
阿達(dá)馬茨基表示，菌絲體或菌絲網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出與神經(jīng)元類似的尖峰電勢。他希望利用這些電學(xué)特性創(chuàng)建一個類似大腦的真菌計算系統(tǒng)，該系統(tǒng)“可能具備學(xué)習(xí)、存儲計算、模式識別等多種功能”。
“與基于類腦器官的計算相比，真菌計算具有多項優(yōu)勢?！卑⑦_(dá)馬茨基說，“特別是在倫理簡單性、培養(yǎng)便捷性、環(huán)境適應(yīng)性、成本效益以及與現(xiàn)有技術(shù)的集成方面。”
不過，所有這些生物計算方法及相關(guān)倫理問題仍在探索中。盡管目前尚無證據(jù)表明，實驗室已創(chuàng)造出有意識的微型大腦，但關(guān)于人腦類器官是否會獲得意識的生物倫理爭論還將持續(xù)。
