首次證明人腦細胞在體外也有智力,在培養皿內活動
衆所周知,人類的大腦是非常複雜的生物系統,它非常神祕,又和每個人的生活息息相關。據瞭解,人腦擁有上千億個神經細胞(神經元);神經元之間有複雜的神經纖維連接,通過百萬億個連接點(突觸)形成神經網絡和主導各種腦功能的神經環路,產生了情緒、語言、記憶和意識。可以說人腦很可能是整個生物世界中最複雜的器官,長期以來一直是科學家們着迷的對象。
據最新一期《神經元》雜誌,人類和小鼠的神經元在一個碟子裏學會了玩電子遊戲。研究團隊首次證明,一個培養皿中的80萬個腦細胞可以執行目標導向的任務,即使是在培養皿中的腦細胞,也可以表現出固有的智力,隨着時間的推移改變它們的行爲。這項研究在疾病建模、藥物發現以及擴展當前對大腦如何工作、智力如何產生的理解方面具有重要作用。
“從蠕蟲到蒼蠅再到人類,神經元是廣義智能的起點。”論文第一作者、澳大利亞墨爾本皮層實驗室首席科學官佈雷特·卡根說,“所以問題是,我們能否以某種方式與神經元互動,以利用這種固有的智能?”
實驗中,研究小組從小鼠胚胎和人類幹細胞中分別提取了腦細胞,並將它們培養在既可以接受刺激,又可以讀取它們的活動的微電極陣列上。
首先,研究人員將這些神經元連接到一臺電腦上,這樣神經元就會收到關於遊戲中的球拍是否正在擊球的反饋。然後,他們使用電子探頭監測神經元的活動和對這種反饋的反應。
神經元移動球拍和擊球的次數越多,電子探頭記錄的“尖峯”就越強。當神經元失誤時,他們的遊戲方式會被皮層實驗室開發的軟件程序“批評”。這表明神經元可以實時地以目標導向的方式活動,以適應不斷變化的環境。
“對細胞施加了不可預測的刺激,系統作爲一個整體會重組其活動,以更好地玩遊戲,並將隨機反應降至最低。”卡根說。
這種學習背後的理論植根於自由能原理。簡而言之,即大腦通過改變世界觀或行爲來適應環境,以更好地適應周圍的世界。
研究人員表示,這種教導細胞培養物執行表現出智商的任務的新能力,開啓了未來新的可能性,將對技術、健康和社會產生深遠影響。在研究新藥或基因療法在動態環境中的反應時,這些發現還提高了創建動物試驗替代方案的可能性。
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