我們都不想走進(jìn)《黑客帝國》中那個「腦后插管」的世界，但是「人腦類器官」用于計算正在成為現(xiàn)實(shí)，它為碳基和硅基智慧的融合提供了另一種可能。

瑞士一家生物計算初創(chuàng)公司FinalSpark推出了一個在線平臺Neuroplatform，這是世界上首個可訪問體外生物神經(jīng)元的在線平臺，可以全天候遠(yuǎn)程訪問16個人腦類器官。 

Neuroplatform提供了一種利用濕件計算和類器官智能進(jìn)行「生物處理」的開創(chuàng)性方法，與數(shù)字處理器相比，生物處理器的優(yōu)勢在于它們在可持續(xù)發(fā)展和降低功耗方面的潛力。

《前沿》（Frontiers）雜志刊登了一份詳細(xì)介紹Neuroplatform的論文，題為「用于濕件計算研究的開放式遠(yuǎn)程訪問神經(jīng)平臺」。

論文地址：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frai.2024.1376042/full

這篇論文中聲稱Neuroplatform「耗電量比傳統(tǒng)數(shù)字處理器低一百萬倍」。

訓(xùn)練一個LLM模型（如 GPT-3）需要10兆千瓦時，是歐洲公民年耗電量的6000倍，而人腦約有 860 億個神經(jīng)元，功率僅為 20瓦。

這表明，如果有一天生物處理器可行，它可以大幅減少能源消耗，減少計算對環(huán)境的影響。因此，生物處理器也被稱為「下一代數(shù)字處理器」，而FinalSpark無疑在這一領(lǐng)域處于前沿。

FinalSpark：站在生物計算最前沿

人工智能、生物學(xué)最新進(jìn)展和干細(xì)胞技術(shù)的融合為合成生物學(xué)和濕件計算領(lǐng)域開辟了新天地。

「隨著我們Neuroplatform的推出，我們站在了這一激動人心的旅程的最前沿」，F(xiàn)inalSpark聯(lián)合創(chuàng)始人Martin Kutter博士表示，「這是一個鼓舞人心的時刻」。

FinalSpark創(chuàng)始人，F(xiàn)red Jordan和Martin Kutter

FinalSpark公司成立于2014年，總部設(shè)在瑞士，他們率先開發(fā)了生物處理器，并向全球的研究者開放，提供集成的生物計算研發(fā)環(huán)境、Python編程API、數(shù)據(jù)存儲和備份等多項(xiàng)設(shè)施和服務(wù)。

Neuroplatform讓世界各地的研究人員無需親自進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這種靈活性和開放性可以顯著加速研究進(jìn)展，并促進(jìn)濕件計算領(lǐng)域的國際合作。

這也是Neuroplatform的一項(xiàng)關(guān)鍵優(yōu)勢所在。正如FinalSpark創(chuàng)始人Fred Jordan博士所說的那樣，「我們堅信，只有通過國際合作才能實(shí)現(xiàn)這一宏偉目標(biāo)。」

目前，F(xiàn)inalSpark公司已向九家機(jī)構(gòu)提供其遠(yuǎn)程計算平臺的使用權(quán)，以幫助促進(jìn)生物處理研究與開發(fā)。

FinalSpark的基礎(chǔ)設(shè)施目前只能讓七個研究小組同時使用該平臺，但該公司正在擴(kuò)展硬件以容納更多用戶。該公司表示「隨著對Neuroplatform需求的增長，我們準(zhǔn)備擴(kuò)大規(guī)模以滿足需求，我們的共同目標(biāo)是打造世界上第一個活體處理器?！?/span>

除9家機(jī)構(gòu)以外，還有三十多所大學(xué)表示有興趣使用該平臺。

「下一代數(shù)字處理器」

FinalSpark的研究涉及濕件（wetware）計算和類器官智能。

濕件計算混合使用硬件、軟件和生物學(xué)。濕件指的是生物體內(nèi)的軟件，即DNA中包含的指令。

與濕件計算類似，類器官智能是一個專注于使用人腦細(xì)胞3D培養(yǎng)物進(jìn)行生物計算的領(lǐng)域。

Neuroplatform的運(yùn)行就依賴于一種可歸類為濕件的架構(gòu)，其主要創(chuàng)新之處在于使用四個多電極陣列（MEA）容納活體組織——類器官，即腦組織的三維細(xì)胞團(tuán)。

這種突破性的生物處理器利用人體神經(jīng)元代替?zhèn)鹘y(tǒng)的數(shù)字處理器，標(biāo)志著處理技術(shù)的重大飛躍。

電極上的人類神經(jīng)元

「存活」約100天

雖然與傳統(tǒng)數(shù)字處理器相比，生物處理器能耗更低，但是它也有其局限，那就是使用壽命的問題。

硅芯片可以使用數(shù)年，有時甚至數(shù)十年。FinalSpark表示，形成生物處理器的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)也具有很長的壽命，但只 「適合進(jìn)行幾個月的實(shí)驗(yàn)」。

最初，該公司的MEA只能持續(xù)幾個小時，經(jīng)過系統(tǒng)改進(jìn)，類器官的壽命目前預(yù)計約為100天。

市場趨勢和潛在挑戰(zhàn)

值得一提的是與生物計算和濕件計算相關(guān)的一些當(dāng)前市場趨勢。

近年來，隨著研究人員探索處理信息的替代方法，這一領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注。

利用活神經(jīng)元的力量進(jìn)行計算的能力提供了潛在的優(yōu)勢，例如提高能源效率和提高處理能力。

生物處理器和相關(guān)技術(shù)的市場預(yù)計在未來幾年將呈指數(shù)級增長。根據(jù)MarketsandMarkets的報告，到2025年，全球生物計算市場預(yù)計將達(dá)到59億美元，預(yù)測期內(nèi)復(fù)合年增長率 (CAGR) 為9.5%。

這種增長的推動因素包括神經(jīng)科學(xué)研究投資的增加、干細(xì)胞技術(shù)的進(jìn)步以及對更可持續(xù)的計算解決方案日益增長的需求。

然而，使用活神經(jīng)元進(jìn)行計算也存在一些挑戰(zhàn)和爭議，比如使用人腦類器官的倫理問題以及潛在的意外后果，是持續(xù)爭論的主題。如何在技術(shù)進(jìn)步和倫理影響之間取得適當(dāng)?shù)钠胶?，對于主流市場接受度至關(guān)重要。

「缸中之腦」思想實(shí)驗(yàn)

Neuroplatform的硬件架構(gòu)

FinalSpark的遠(yuǎn)程生物計算平臺依靠硬件來保持體內(nèi)平衡、監(jiān)測環(huán)境參數(shù)并進(jìn)行電生理實(shí)驗(yàn)。

用戶可以使用圖形用戶界面 (GUI) 或通過Python腳本與硬件交互。

Neuroplatform的總體架構(gòu)

FinalSpark的Neuroplatform系統(tǒng)使用四個多電極陣列 (MEA) 來捕獲細(xì)胞活動的實(shí)時測量值，除此之外它還包括刺激和記錄彼此之間電活動的電極。

閉環(huán)微流控系統(tǒng)提供神經(jīng)元培養(yǎng)基，以維持MEA上類器官的生命。

該平臺還利用每個MEA的攝像頭來捕獲靜態(tài)圖像或視頻記錄。

最后，Neuroplatform 利用紫外線光控籠系統(tǒng)釋放特定波長的光，當(dāng)分子籠中含有神經(jīng)活性分子時，光會打破分子籠。

盡管FinalSpark Neuroplatform中的材料與傳統(tǒng)計算的材料不同，但兩者之間的許多概念是相同的。

電極和晶體管

FinalSpark Neuroplatform中的電極和傳統(tǒng)處理器中的晶體管都是處理電信號傳輸?shù)幕窘M件。

在處理器中，晶體管打開和關(guān)閉以創(chuàng)建二進(jìn)制數(shù)據(jù)，而 MEA 系統(tǒng)中的電極則記錄并刺激生物物質(zhì)中的電活動。

測量和數(shù)據(jù)處理

MEA系統(tǒng)可以測量和記錄實(shí)時細(xì)胞活動，類似于處理器處理實(shí)時數(shù)據(jù)的方式。

這兩種系統(tǒng)都能收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，并有可能對數(shù)據(jù)采取行動。

MEA設(shè)置的橫截面視圖

微流控和冷卻系統(tǒng)

用于維持類器官的閉環(huán)微流控系統(tǒng)有點(diǎn)類似于傳統(tǒng)處理器中的冷卻系統(tǒng)。這兩個系統(tǒng)對于維持各自計算主機(jī)的最佳運(yùn)行條件至關(guān)重要。

攝像頭和診斷工具

Neuroplatform系統(tǒng)中的攝像頭可捕獲圖像或視頻，這可被視為一種診斷工具，與監(jiān)控軟件跟蹤計算機(jī)處理器性能的方式類似。

總體而言，F(xiàn)inalSpark的Neuroplatform代表了濕件計算領(lǐng)域向前邁出的重要一步。

通過利用活神經(jīng)元的力量，它有望徹底改變我們處理信息的方式，并為傳統(tǒng)數(shù)字處理器提供更可持續(xù)、更高效的替代方案。