在瑞士FinalSpark实验室,科学家们正在开发一种全新的生物计算系统。他们用人类皮肤细胞培育出米粒大小的脑组织模型,这些被称为"类器官"的微型结构具有与人类大脑相似的细胞组成,能够传递神经信号并处理信息。
与传统的服务器机房相比,这种生物计算系统展现出显著的能效优势。目前实验室已成功连接16个类器官组成生物处理器,其能耗远低于同等计算能力的电子设备。
这项技术目前仍处于早期阶段,但这些微型脑组织已能执行基本的信息处理任务,为未来绿色计算提供了新的可能性。
这项技术的实现,需要一套精巧的“三步走”战略。
首先,科学家们会从人体皮肤细胞中提取出干细胞。这些干细胞就像细胞界的“万能工匠”,拥有分化成各种细胞的潜力。为了确保“迷你脑”的质量,实验室使用的干细胞均来自日本正规诊所,捐赠者的身份严格匿名,毕竟,源头材料的品质直接决定了实验的成败。
第二步,是为这些干细胞打造一个舒适的“家”,让它们在这个环境中慢慢生长、分化,最终聚集成神经元团,形成最初的“类器官”。这就像是给种子提供阳光雨露,让它们逐渐生根发芽。
最后一步,也是最关键的一步。当这些“迷你脑”经过几个月的培养,发育到一定程度后,科学家们会将它们连接到精密的电极上。至此,一个最基础的“生物计算机单元”便宣告诞生。
FinalSpark的联合创始人弗雷德·乔丹博士给这种独特的生物组件取了一个形象的名字,叫“湿件”。这个词巧妙地暗示了它与传统电脑“硬件”和“软件”的区别,“湿件”是活的,它的运行离不开电极和普通计算机系统的协同工作。
我曾亲身在实验室体验了一次简单的测试:轻触键盘,一道电信号便通过电极传导至“迷你脑”;如果一切顺利,电脑屏幕上会立刻显示出类似心电图的波形。有趣的是,当我连续敲击几次后,波形突然消失,片刻之后又猛然跳出一个高峰。
乔丹博士笑着解释说,他们也并非完全掌握了这些“迷你脑”的“脾性”,或许是我的操作过于急促,让它们“情绪化”了。
然而,照料“湿件”远比维护一台传统电脑要复杂得多。普通的电脑只需插上电源就能工作,而“迷你脑”是鲜活的生命,它们需要持续的营养供给,换句话说,它们得“吃饭”。
但问题在于,这些在实验室中培育出来的“迷你脑”缺乏血管系统,无法像我们自身的大脑一样,通过密布的血管网络将养分输送到每一个细胞。伦敦帝国理工学院的西蒙·舒尔茨教授直言不讳地指出,这是当前面临的最大难题:“人类大脑的血管网络极其精妙,能够层层递进地输送养分,而我们目前还没有掌握如何构建这种‘营养通道’的技术。”
更令人头疼的是,“湿件”并非永生。在FinalSpark实验室的四年研究中,寿命最长的“迷你脑”也只存活了四个月。而且,它们在“死亡”前还会表现出一些奇特的现象:原本反应迟钝的它们,会突然爆发出一阵强烈的电信号,就像人类临终前偶尔出现的心率和脑电波的突然飙升。
乔丹博士透露,他们已经记录了一两千次这样的“死亡爆发”,每次遇到都感到无奈,因为这意味着实验必须中断,然后需要细致地查明死因,一切从头再来。
目前,生物计算技术已展现出实用潜力。2022年,澳大利亚Cortical Labs团队成功让培养的神经元学会了操作《乒乓》游戏。
与此同时,美国约翰斯·霍普金斯大学的研究人员则专注于医学应用,他们培育的"迷你大脑"正被用于研究阿尔茨海默症、自闭症等神经系统疾病。这种新技术不仅能替代部分动物实验,还能更准确地模拟人脑的真实反应。
不过专家普遍认为,生物计算机短期内难以取代传统芯片。约翰斯·霍普金斯大学的斯米尔诺娃博士指出,这项技术尚处于早期阶段。
舒尔茨教授预计,未来更可能出现生物计算与硅芯片协同工作的模式——各自发挥优势,比如让生物系统处理某些复杂计算任务。
研究人员乔丹博士表示,这项研究的灵感正是来自科幻作品中的构想。虽然现在距离培养皿数据中心还有很长的路要走,但这些进展确实让我们向"活体计算机"的未来迈进了一步。