我們都不想走進《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，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介紹Neuroplatform的論文，題為「用于濕件計算研究的開放式遠程訪問神經(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無疑在這一領域處于前沿。

FinalSpark：站在生物計算最前沿

人工智能、生物學最新進展和干細胞技術的融合為合成生物學和濕件計算領域開辟了新天地。

「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)存儲和備份等多項設施和服務。

Neuroplatform讓世界各地的研究人員無需親自進入實驗室即可進行實驗。這種靈活性和開放性可以顯著加速研究進展，并促進濕件計算領域的國際合作。

這也是Neuroplatform的一項關鍵優(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現(xiàn)這一宏偉目標?！?/span>

目前，F(xiàn)inalSpark公司已向九家機構提供其遠程計算平臺的使用權，以幫助促進生物處理研究與開發(fā)。

FinalSpark的基礎設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，我們準備擴大規(guī)模以滿足需求，我們的共同目標是打造世界上第一個活體處理器?！?/span>

除9家機構以外，還有三十多所大學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。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胞3D培養(yǎng)物進行生物計算的領域。

Neuroplatform的運行就依賴于一種可歸類為濕件的架構，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，即腦組織的三維細胞團。

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，標志著處理技術的重大飛躍。

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)元結構也具有很長的壽命，但只 「適合進行幾個月的實驗」。

最初，該公司的MEA只能持續(xù)幾個小時，經(jīng)過系統(tǒng)改進，類器官的壽命目前預計約為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的一些當前市場趨勢。

近年來，隨著研究人員探索處理信息的替代方法，這一領域受到了極大的關注。

利用活神經(jīng)元的力量進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。

生物處理器和相關技術的市場預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計將達到59億美元，預測期內(nèi)復合年增長率 (CAGR) 為9.5%。

這種增長的推動因素包括神經(jīng)科學研究投資的增加、干細胞技術的進步以及對更可持續(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。如何在技術進步和倫理影響之間取得適當?shù)钠胶?，對于主流市場接受度至關重要。

「缸中之腦」思想實驗

Neuroplatform的硬件架構

FinalSpark的遠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)并進行電生理實驗。

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

FinalSpark的Neuroplatform系統(tǒng)使用四個多電極陣列 (MEA) 來捕獲細胞活動的實時測量值，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，晶體管打開和關閉以創(chuàng)建二進制數(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)可以測量和記錄實時細胞活動，類似于處理器處理實時數(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的最佳運行條件至關重要。

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。