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培养皿中的大脑

探索由老鼠神经元操控的开创性 F-22 战斗机模拟,从而推进我们对类似大脑处理过程的理解。

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这个一英寸宽的培养皿中的粉红色液体为活的老鼠皮质神经元网络提供营养。由梅根·盖尔提供

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计算机化的飞行模拟器中,F-22 战斗机的机头向上倾斜,然后向下。这个动作看起来很常规,甚至是基础的。但在这种情况下,飞机是由培养皿中的 25,000 个老鼠神经元驾驶的,这些神经元连接到一个比针头还小的电极阵列上。

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在佛罗里达大学托马斯·德马斯(Thomas DeMarse)的生物医学工程实验室进行的实验,是理解——并在未来复制——活体大脑如何处理信息的突破。

将神经细胞接种到连接到计算机的 60 个电极阵列上,在小培养皿中培养,直到它们彼此之间形成连接。然后,它们接收来自虚拟 F-22 的电脉冲,这些脉冲的时间与飞机机头指向地平线上方或下方时的角度相对应。“时机决定了你对网络内部导电性的影响有多大,并且会对其进行修改,”德马斯说。神经元产生的信号会影响飞机的行为。然后这会改变脉冲的时间,并再次改变神经元的反应,形成一个反馈循环——一种简单的学习形式。“渐渐地,你会看到它开始控制飞机,”他说,“实际上把机头指向地平线。”

德马斯(DeMarse)的长期目标是制作模仿大脑功能的计算机软件算法。一个可能的应用是面部识别,这是大脑做得非常出色但传统计算机无法掌握的。“如果我们了解神经元如何执行它们的计算,”德马斯说,“我们就可以提取这些规则并构建比现在更智能的系统。”

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