体外神经元首次展示大脑部分工作过程

培养皿里的人脑细胞学会“打乒乓”

体外神经元首次展示大脑部分工作过程

据最新一期《神经元》杂志，人类和小鼠的神经元在一个碟子里学会了玩电子游戏Pong。研究团队首次证明，一个培养皿中的80万个脑细胞可以执行目标导向的任务，即使是在培养皿中的脑细胞，也可以表现出固有的智力，随着时间的推移改变它们的行为。这项研究在疾病建模、药物发现以及扩展当前对大脑如何工作、智力如何产生的理解方面具有重要作用。

“从蠕虫到苍蝇再到人类，神经元是广义智能的起点。”论文第一作者、澳大利亚墨尔本皮层实验室首席科学官布雷特·卡根说，“所以问题是，我们能否以某种方式与神经元互动，以利用这种固有的智能？”

实验中，研究小组从小鼠胚胎和人类干细胞中分别提取了脑细胞，并将它们培养在既可以接受刺激，又可以读取它们的活动的微电极阵列上。

首先，研究人员将这些神经元连接到一台电脑上，这样神经元就会收到关于游戏中的球拍是否正在击球的反馈。然后，他们使用电子探头监测神经元的活动和对这种反馈的反应。

神经元移动球拍和击球的次数越多，电子探头记录的“尖峰”就越强。当神经元失误时，他们的游戏方式会被皮层实验室开发的软件程序“批评”。这表明神经元可以实时地以目标导向的方式活动，以适应不断变化的环境。

“对细胞施加了不可预测的刺激，系统作为一个整体会重组其活动，以更好地玩游戏，并将随机反应降至最低。”卡根说。

这种学习背后的理论植根于自由能原理。简而言之，即大脑通过改变世界观或行为来适应环境，以更好地适应周围的世界。

研究人员表示，这种教导细胞培养物执行表现出智商的任务的新能力，开启了未来新的可能性，将对技术、健康和社会产生深远影响。在研究新药或基因疗法在动态环境中的反应时，这些发现还提高了创建动物试验替代方案的可能性。

一个系统，比如大脑，为了减少外界对其冲击的意外程度，需要怎么做？一个有影响力且有争议的认知论认为，它会努力最小化其信念以及与真实世界之间的差距。譬如说，大脑会首先对外部世界进行建模，形成其对外部世界的信念，再源源不断地获取有关外部世界的信息。本文中的实验，就源于这样一个自由能原理。在哲学和神经学领域，该理论中比较夸张的部分经常会引发重大争论，不过，无论对其证实或证伪，都是科学探索充满乐趣的过程。