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由人脑细胞驱动的生物计算机：迈向类器官智能的一步

研究人员正在研究脑机混合体的潜力，它可以到达硅计算机无法到达的地方。

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量子运行远见
2023 年 9 月 27 日

洞察总结

研究人员正在使用大脑类器官开发生物计算机，该类器官具有关键的大脑功能和结构。这些生物计算机有潜力彻底改变个性化医疗，推动生物技术行业的经济增长，并创造对熟练劳动力的需求。然而，随着这项技术的进步，必须解决道德问题、新的法律法规以及医疗保健差距可能恶化的问题。

由人脑细胞背景驱动的生物计算机

来自不同领域的研究人员正在合作开发突破性的生物计算机，该计算机使用三维脑细胞培养物（称为脑类器官）作为生物学基础。 2023 年科学杂志上发表的一篇文章概述了他们实现这一目标的计划 科学前沿。脑类器官是实验室培养的细胞培养物。尽管它们不是大脑的微型版本，但它们具有大脑功能和结构的关键方面，例如学习和记忆等认知能力所需的神经元和其他脑细胞。

其中一位作者、约翰·霍普金斯大学的托马斯·哈通教授表示，虽然硅基计算机在数值计算方面表现出色，但大脑却具有出色的学习能力。他举了AlphaGo的例子，这款人工智能在2017年击败了世界顶级围棋选手。AlphaGo接受了160,000万场比赛的数据训练，这需要一个人每天下棋175个小时才能体验到。

大脑不仅具有更好的学习能力，而且也更加节能。例如，训练AlphaGo所需的能量可以支持一个活跃的成年人十年。 Hartung 表示，大脑还拥有令人难以置信的信息存储能力，估计容量为 2,500 TB。虽然硅计算机已达到其极限，但人脑包含大约 100 亿个神经元，通过超过 10^15 个连接点连接，这与现有技术相比存在巨大的功率差异。

破坏性影响

类器官智能 (OI) 的潜力已从计算扩展到医学领域。由于诺贝尔奖获得者约翰·格登和山中伸弥开发的开创性技术，可以从成人组织中生成脑类器官。这一功能使研究人员能够利用患有阿尔茨海默病等神经系统疾病的患者的皮肤样本来创建个性化的大脑类器官。然后他们可以进行各种测试来检查遗传因素、药物和毒素对这些病症的影响。

Hartung 解释说，OI 还可以用于研究神经系统疾病的认知方面。例如，研究人员可以比较健康个体和阿尔茨海默病患者的类器官的记忆形成，试图弥补相关缺陷。此外，OI 可用于研究某些物质（例如农药）是否会导致记忆或学习问题。

然而，创造具有学习、记忆和与周围环境互动能力的人脑类器官会带来复杂的伦理问题。问题出现了，例如这些类器官是否能够获得意识（即使是基本形式）并经历疼痛或痛苦，以及个人对于由其细胞产生的大脑类器官应该拥有哪些权利。研究人员充分意识到这些挑战。 Hartung 强调，他们愿景的一个重要方面是以符合道德和社会责任的方式发展 OI。为了解决这个问题，研究人员从一开始就与伦理学家合作，实施“嵌入式伦理”方法。

由人脑细胞驱动的生物计算机的意义

由人脑细胞驱动的生物计算机的更广泛影响可能包括：

类器官智能可以为患有脑损伤或疾病的个体提供个性化医疗，从而实现更有效的治疗。这一发展可以使老年人过上更加独立的生活，减少疾病负担并提高生活质量。
与生物技术和制药行业的新跨行业合作机会，有可能促进这些行业的经济增长和创造就业机会。
国家医疗保健系统的进步。政府可能需要投资这项技术以保持竞争优势并改善公共卫生结果，这可能会引发围绕资金分配和优先顺序的争论。
随着研究人员寻求整合生物计算以扩展或增强现有技术的功能，人工智能、机器人和生物信息学等其他领域的创新。
生物技术及相关领域对熟练劳动力的需求增加。这种转变可能需要新的教育和再培训计划。
围绕在电子产品中使用人体细胞和组织的伦理问题，以及将这些技术用于医疗保健以外的目的（例如生物武器或化妆品增强）的潜力。
需要新的法律和法规来管理这项技术的使用、开发和应用，平衡创新与道德考虑和公共安全。
类器官智能加剧了医疗保健获取和结果方面现有的差异，因为富裕的国家和个人更有可能从该技术中受益。解决这个问题可能需要全球合作和资源共享，以确保公平分配该技术的好处。