[爆卦] 體外腦細胞仿生體可以做數學和辨別聲音

qxpbyd 發表於 2023/12/13 下午2:29:21

看板Gossiping標題[爆卦] 體外腦細胞仿生體可以做數學和辨別聲音作者

qxpbyd

(qxpbyd)時間Dec 13 14:29:21 2023推噓45 推:47 噓:2 →:27

PTT評價

繼 2021 年澳洲團隊用腦細胞玩電腦遊戲乒乓，

前天發表在《Nature Electronics》上的論文，

《Brain organoid reservoir computing for artificial intelligence》

能使用體外活體腦細胞仿生體進行兩項機器學習的任務：語音識別和非線性方程預測。

https://www.nature.com/articles/s41928-023-01069-w

論文線上看: https://is.gd/oTHJxH

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以下文章為二手訊息，非論文原作者報導
使用 ChatGPT 機翻
source: https://newatlas.com/computers/hybrid-brain-organoid-computing/
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具有活體腦器官的半機械電腦在機器學習測試中表現出色

由洛茲·布萊恩（Loz Blain）撰寫

https://i.imgur.com/QSF1Pmp.jpg

「Brainoware」系統使用一個由自我組織的、活體人類腦細胞組成的球體，安裝在一個電極晶片上。

科學家們利用人類幹細胞培養出一個類似大腦的微小器官，將其連接到一台電腦上，並展示了它作為一種有機機器學習晶片的潛力，顯示它能夠快速學習語音識別和數學預測。

儘管機器學習近年來取得了驚人的進展，但人工智慧在某些重要方面仍遠遠落後於人類大腦。例如，大腦每天只需消耗約20瓦的能量預算，就能快樂地學習和適應，而一個相當強大的人工神經網絡則需要約800萬瓦的能量才能達到類似的效果。

此外，人類大腦的神經可塑性，也就是它生長新的神經組織和擴展現有的連接通道的能力，使其能夠從嘈雜、低質量的數據流中學習，只需進行最少的訓練和能量消耗。人工智能系統通過強大的力量和大量的能量來實現的事情，人腦卻能以毫不費力的優雅方式達成。這要歸功於數十億年來的高風險試錯，使人類大腦發展到今天的狀態，主要用於在上廁所時觀看大量其他人跳舞。

但如果大腦是一台強大的學習電腦，而它在我們的頭骨中所做的只是對來自感官的電信號做出反應，為什麼不把這個該死的東西連接在一個罐子裡，看看它是否能取代神經機器學習芯片呢？嗯，大多數人需要他們的大腦 - 其餘的你們知道自己是誰 - 但大腦細胞可以很容易地由多能幹細胞在培養皿中製造出來，它們有自然的傾向自我組織並分化成有用的結構，就像你在發育中的大腦中所找到的那樣。

實驗設置能夠將電信號傳送到小腦中並讀取神經元活動作為輸出
https://i.imgur.com/bcM6QzN.jpg

因此，我們現在生活在生物電腦的時代，這是一種矽和活體組織混合的類似半機械人的混亂。去年九月，我們曾與Cortical Labs交談，他們在2022年令世界震驚，將80多萬個腦細胞生長在矽基板上，並教會了這個名為"DishBrain"的電腦玩乒乓球等遊戲。

現在，印第安納大學的研究人員採取了一種稍微不同的方法，他們培養了一個腦部「器官樣本」並將其安裝在矽晶片上。這個差異可能看似學術性的，但通過讓幹細胞自組織成三維結構，研究人員假設結果的器官樣本可能會更聰明，如果它們被允許像正常情況下那樣自行排列，神經元可能會展示出更多的「複雜性、連接性、神經可塑性和神經生成」。

所以他們培養了一個小腦球器官，直徑不到一奈米，並將其安裝在高密度多電極陣列上 - 一個能夠向腦球器官發送電信號，並讀取由神經活動產生的電信號的晶片。

他們稱之為「腦智軟體」(Brainoware) - 這可能是指與硬體和軟體相關的東西，但對於我敏感的口味來說，聽起來太接近「腦感知」，並喚起了其中一個東西完全變得有感知並理解自己命運的永恆噩夢。

然後，他們開始將它視為一個神經機器學習芯片，將其放入一個"儲水計算"框架中。這是神經網絡計算中一種非常奇怪的"黑盒子"概念，根據維基百科的說法，其中一個"儲水池"（可以是任何東西，從虛擬軟件系統到激光，甚至是一個字面上的水桶）被用來通過固定的非線性系統的動態將輸入信號映射到更高維度的計算空間中。

有趣的是，在訓練開始之前，Brainoware系統能夠以令人驚訝的準確度辨別出八個聲音中的哪一個是在說話的
https://i.imgur.com/GFwQa7H.jpg

你和我都不需要假裝理解那是什麼意思，所以我們可以放鬆並無罪地繼續進行。研究人員將Brainoware器官細胞晶片連接到系統中，將其視為一個「適應性生活儲存庫」，確保迷你大腦對電氣輸入作出適當的非線性反應，確認其具有某種記憶效應，找出如何以網格陣列輸入空間數據，然後開始一些無監督學習測試。

他們專注於兩個領域：首先是語音識別；將約240段成年男性講日語的音頻片段轉換為電信號後，餵入Brainoware芯片。令人驚訝的是，在第零天，這個器官樣品能夠僅僅通過一個元音聲音，以約51%的準確率分辨出八個不同的人在說話。兩天後，這一準確率提高到了78%。

然後他們轉向數學，使用Brainoware芯片來“預測Hénon映射，這是一個具有混沌行為的
典型非線性動態系統。”這涉及到一個額外的抽象層，因為每個由200個點組成的2D Hé
non映射必須轉換為一維的時空電信號，以供輸入到腦組織中。在兩天內，它將預測某一點的準確度從0.356提高到0.812。

這個半機械人電腦在兩天內大幅提升了它的數學預測能力
https://i.imgur.com/cI441Gw.jpg

為了向矽谷團隊炫耀，他們也將同樣的問題交給一些人工神經網絡，發現它「明顯優於沒有長短期記憶單元的ANN」，並且「顯示出稍微較低的準確度，但訓練時間減少了超過90%」。

團隊得出結論，這樣的三維人類腦器官樣品確實可以形成功能性神經網絡，並作為一種新型機器學習硬體運作，同時自然地解決了人工機器學習晶片所面臨的時間、能源消耗和熱量產生的挑戰。他們對於將這個想法升級，使用植入到器官樣品腦組織中的軟針狀電極感到興趣，這將使更多的神經元能夠進行輸入/輸出，而目前的設備只能與腦細胞球的外部接觸。

然而，當處理活體組織時，有一些限制，你可以想像到。首先，你必須找到一種方法來大量培養它們，並保持它們的生命力和健康，這並不是Nvidia需要擔心的事情。它們也可能彼此非常不同，這引出了一個有些恐怖的問題，即從神經科學家的幹細胞中培養出來的腦細胞是否比從Sexy Red粉絲俱樂部成員那裡取得的腦細胞更有效。

團隊還指出，雖然器官芯片在運作時消耗的能量非常少，但生命維持系統卻消耗了一些節能效益 - 雖然研究人員相信，如果這種技術得到推廣，這些系統可以迅速發展。

最後，就像Cortical Labs的團隊一樣，這個團隊對於利用人類神經元創造微型腦並將其連接到活體機器人的倫理問題並沒有明確的想法。團隊寫道："隨著這些器官樣系統的複雜性增加，社群有必要檢視與整合人類神經組織的生物計算系統所涉及的眾多神經倫理問題。" "可能需要數十年才能創造出一般的生物計算系統，但這項研究很可能會產生對學習機制、神經發展以及神經退化疾病的認知影響的基礎性洞察。"

這確實是我們進入的奇異水域，隨著科技在2023年似乎超越了所有控制。天曉得2030年會是什麼樣子，更不用說2050年了。

這篇論文可以在《自然電子學》期刊上找到。

十年後老黃刀法不切在矽上了，改切腦細胞

※ PTT 留言評論

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推

SeaForest 12/13 14:32那個細胞知道自己是裝在罐子裡的晶片嗎

推

HJC6666 12/13 14:32不會背古文沒用

推

chanel1259 12/13 14:32我的仿生細胞比我聰明怎麼辦

推

STi2011 12/13 14:33可以幫寫功課嗎?

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s81048112 12/13 14:34恩恩原來如此了解了

推

wahaha99 12/13 14:34主要用於在上廁所時觀看大量其他人跳舞

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samm3320 12/13 14:37這玩意兒跟生物的界線是不是越來越模糊

→

samm3320 12/13 14:37了

推

xdctjh 12/13 14:37中國：太好了，大力支持此研究。

推

color3258 12/13 14:39有活體腦器官的半機械電腦!!銃夢

推

sppmg 12/13 14:43我覺得我的腦袋須要ZW級別的能量才能達到同

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sppmg 12/13 14:43樣算力…

推

bitcch 12/13 14:46人造大腦!

推

hydralee 12/13 14:48人礦成真印度跟中國變成維二強權

推

gk1329 12/13 14:51缸中大腦都是真der

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jeffispig 12/13 14:54主要用於在上廁所時觀看大量其他人跳舞

推

haw561676 12/13 14:55幹，原來我是被模擬出來的，我真正的

→

haw561676 12/13 14:55腦該不會在罐子裡

推

tsubasawolfy 12/13 14:57別傻了，活體的成本比吃電還多

推

oue 12/13 14:57許瑞德？！

推

Khauf 12/13 14:58這種學術領域新發表的新聞還是要小心看，畢

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Khauf 12/13 14:58竟為了博眼球還是會有一些太美好的期望

噓

solomonABC 12/13 14:58幹那天做出主宰

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good90150 12/13 14:58大腦能一秒算出複雜運算嗎？

推

Julian9x9x9 12/13 14:59幹你娘銃夢都是真的

推

sixis 12/13 15:01https://i.imgur.com/srZZOGd.jpg

推

colinfeng 12/13 15:02主要用於在上廁所時觀看大量其他人跳舞

推

sahel 12/13 15:02大概再幾年就可以探討靈魂的存在了

推

EXZUSIC 12/13 15:04活體是消耗能量阿，能量就是食物

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dd1115dd1115 12/13 15:04這部我看過

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EXZUSIC 12/13 15:04電腦就電量，看哪個方便

推

wbt77hsy 12/13 15:07大腦1秒做的事可多了預判球軌跡對方

推

cycycle 12/13 15:0717 號 18號賽魯

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wbt77hsy 12/13 15:07發言肢體動作反應之類遠比方程式複雜

推

butten986 12/13 15:14這實驗戰翻一切宗教

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lysing12 12/13 15:16幫寫功課

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blueskyqoo 12/13 15:19幾點開始上傳意識我準備好了

推

spring719 12/13 15:21推個

推

duane 12/13 15:23人類大腦進化到這樣真不簡單

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duane 12/13 15:23主要用於上廁所時觀看大量其他人跳舞

推

Wangdy 12/13 15:25wow!

推

dnek 12/13 15:45缸中大腦都是真的

推

a88rtye 12/13 15:45看來未來其實是生物龐克風了

推

bbat 12/13 15:51想到原始啟動碼。

推

danny80060 12/13 15:51太好了可以先備份我的意識嗎

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herculus6502 12/13 15:54Eva:你腿了

推

ohrring 12/13 16:12腦細胞：kill me

推

wowoohmygod 12/13 16:17艾莉塔要跑出來了啦

推

likeyousmile 12/13 16:24“kill....me...”“啊，忘了加今天

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likeyousmile 12/13 16:24的嗎啡了”“ahhhhh. More!”

推

vbhero 12/13 16:30我只想問這個活體電腦不會累嗎？

推

turbomons 12/13 16:46活體計算機

推

doublelong 12/13 16:53未來會不會產生自我意識啊

推

turbomons 12/13 16:55想到戰錘設定裡的沈思者人腦計算機

推

kingstongyu 12/13 17:14會不會產生靈魂或意識?!如果會說不定

→

kingstongyu 12/13 17:14說不定也會產生恨意啊~~

推

shitboy 12/13 17:17主要用於在上廁所時觀看大量其他人跳舞

推

hcwang1126 12/13 17:22發提瑪永野護講得都是真的

推

yukime46 12/13 17:27主要用於在上廁所時觀看大量其他人跳舞

推

Kevin980800 12/13 17:37戰鎚40k的機僕要出現了嗎

推

Janius 12/13 18:05許瑞德：

推

fit8590 12/13 18:40外掛！？

推

hanhanhaha 12/13 18:42那可以把我的腦袋挖出來養嗎

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joygo 12/13 19:35想到我在做這個的教授朋友說的，人類應該

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joygo 12/13 19:35會把自己玩死

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joygo 12/13 19:36不過能發新聞的都不太用害怕，私底下才真

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joygo 12/13 19:36的是無限制地在煉蠱

噓

willie6501 12/13 19:43一奈米？

推

willie6501 12/13 19:48原文新聞確實寫1奈米那後面不用看了

推

bdbdbdbd 12/13 20:20可悲的是，這種研究也無法帶給人類更多

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bdbdbdbd 12/13 20:20的幸福

→

MTKer5566 12/13 21:55有啊，20年前在交大修孫春在教授的課

→

MTKer5566 12/13 21:55就有講到類似的東西

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MTKer5566 12/13 21:55當時覺得太有趣了，差點被推坑

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MTKer5566 12/13 21:56幸好後來走熱門領域，否則會找不到工

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MTKer5566 12/13 21:56作 XD

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