體外神經元首次展示大腦部分工作過程
張佳欣
據最新一期《神經元》雜志，人類和小鼠的神經元在一個碟子里學會了玩電子游戲Pong。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，隨著時間的推移改變它們的行為。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布雷特·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干細胞中分別提取了腦細胞，并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于游戲中的球拍是否正在擊球的反饋。然后，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“尖峰”就越強。當神經元失誤時，他們的游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，系統作為一個整體會重組其活動，以更好地玩游戲，并將隨機反應降至最低。”卡根說。
這種學習背后的理論植根于自由能原理。簡而言之，即大腦通過改變世界觀或行為來適應環境，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，開啟了未來新的可能性，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。
【總編輯圈點】
一個系統，比如大腦，為了減少外界對其沖擊的意外程度，需要怎么做？一個有影響力且有爭議的認知論認為，它會努力最小化其信念以及與真實世界之間的差距。譬如說，大腦會首先對外部世界進行建模，形成其對外部世界的信念，再源源不斷地獲取有關外部世界的信息。本文中的實驗，就源于這樣一個自由能原理。在哲學和神經學領域，該理論中比較夸張的部分經常會引發重大爭論，不過，無論對其證實或證偽，都是科學探索充滿樂趣的過程。
