毫無疑問,許多公司和機構都在開發更聰明的人工智能,但我們距離制造出一個神經織網還有多遠?在Code大會上,馬斯克表示他并不知道有任何公司在從事這方面的工作。于是,之后他共同創立了Neuralink公司(“Neuralink公司正在開發超高帶寬的腦機接口,以連接人和計算機”)。關于神經織網的研究正在順利進行中。2015年,由哈佛大學馬克·海曼化學教授查爾斯·利伯領導的一個團隊在發表于《自然-納米技術》的論文中描述稱,一種類似織網的電子網可以被3D合成并注入到大腦等生物結構。這是非常重要的一步。
在2016年發表于《自然-方法》的論文中,查爾斯·利伯的團隊對初期工作進行了擴展,顯示網狀大腦植入物可以整合到小鼠大腦中,使其神經元記錄能持續至少8個月。在今年發表于《神經病學新觀點》的論文中,查爾斯·利伯和同事寫道:“我們的工作前提是,通過匹配電子和生物系統——二者傳統上被視為不同實體——的結構和機械特性,應當可以實現無縫集成。”對于希望獲得神經織網的人來說,這項成果意味著什么呢?
Nautilus網站對查爾斯·利伯進行了采訪,這位杰出的科學家或許將使科幻作品的場景變為現實。以下便是他們的采訪記錄。
你們實驗室的目標是打造某種神經織網嗎,就像伊隆·馬斯克所提到的那樣?
我真的不認為這是不現實的。有些人會說,“好吧,我們已經可以通過腦機接口做很多事了”,這沒錯。但我認為今天實際的腦機接口太粗糙了,而且非常依賴大腦以外的計算能力或信號分析能力。我們要做的是制造一個可以進行神經通訊的電子回路,或者就像伊隆·馬斯克說的,一種神經織網。而且,即使這是一個人造結構,但在生物系統看來,它也和自然的網絡結構一樣。
從一開始,包括第一篇論文的許多評論者在內,沒有人相信我們可以通過針頭注入電子設備,然后又不破壞電子設備。這其中有很多其實與生物無關。這其實涉及的是材料科學,并且表明你可以將其注入到其他類型的結構中。此外,其他可植入大腦的電子設備總是會引起某種類型的免疫反應和損傷,很可能是由于將堅硬的東西放入軟組織時引起的并發癥:當你四處走動時你的大腦也在運動,而大腦與植入物的運動并不同步。植入物會殺死細胞;而且,由于體積更大,細胞和生物系統顯然更容易將其視為外來物體并嘗試攻擊它。
然而,我們的理念看起來將是非常有利的,因為解決了免疫反應問題,然后使我們可以進行測量和調節神經回路。對于我們實驗中所用的嚙齒動物而言,這基本上可以維持一生,這是前所未有的。
能否這么說,正如伊恩·班克斯在他的小說中描述的那樣,神經織網會在大腦中形成,然后圍繞著大腦生長并與之融為一體?
實際上,大腦是在神經織網中生長。當神經織網被注入時,這個二維的織網最終就像個圓筒,但仍然是織網,其中填滿了組織。在某些我們還不了解所有細節的過程中,顯然會出現一些組織再生,而且一些重塑組織會重新填滿最初針頭把組織移走后留下的空間。然后,一些東西會保留下來,并滲透到大致圓筒狀的織網結構中。你可以想象在這個網絡或織網中同時注入干細胞,使受損組織重新生長起來。利用一些刺激和填充物,你可以用你想要的方式使其重新連接——有點科幻小說的感覺,但并不瘋狂。在科學上,我有時會感到很失望,但這是一個令我們驚喜不已的例子。這肯定是在物理上可能的范圍內。
您如何看待伊隆·馬斯克的觀點,即我們需要神經織網與超級人工智能競爭?
是的。我認為這是件好事,但也包括兩個方面。一是這可以幫助那些有某種不便或疾病的人,另一方面則更顯而易見,這可以使人類的能力增強。很顯然,關于這一點總是存在倫理問題,但歸根結底,這種可能性是存在的。我們的目的是為了人類的利益,也許聽起來我有點像理想主義者。我認為我們的目標是做一些可能的事情,首先是糾正缺陷。而且我不介意(大腦)增加1TB的內存。
神經織網如何起步?
在個體神經元水平上,神經織網可以追蹤與神經回路衰老有關的變化。我們已經有能力向那些變慢的回路輸入刺激。事實上,你可以反復刺激,并嘗試將行為恢復到你30歲或50歲時的狀態。
我認為,這將在生物學水平上為衰老和神經退行性疾病提供非常詳細的線索。這可能是我的實驗室更感興趣的地方,因為我認為這是一個更易處理的問題。大多數關于某種動物或某個人隨時間變化的研究都是通過磁共振成像(MRI),或者類似技術完成的。但是,MRI的分辨率非常低,就我們所謂的縱向研究而言,情況會發生很大的變化。它告訴你,“嗯,大致上,這一區域有什么事情在發生”,但如果你真正想要開始區分,或者以更精確的方式處理某些情況時,就需要更加接近細胞水平的視角,在原理上,只有這些電子測量手段才具有這樣的能力。
從2000年初開始,這項工作一直在進行,而且我們的早期工作——在基于芯片的平臺上開發基于納米級電線的新型納米電子器件——確實起到了推動作用。但是,歸根結底,生物學是非常三維立體的。盡管可以將某些或多或少為二維的東西粘貼到三維的組織中,但這并不是生物學運作的方式——三維中大量的連接非常重要。
我們做的第一件事是創建第一個三維晶體管:在某種意義上,三維意味著納米級器件完全從基質取出,然后放置到細胞內部。我們的想法是將物體從基質移開并放入三維自由空間,使它們可以整合到組織中。這表明我們實際上可以將計算機行業的基礎構件取出來,然后放入細胞內部并與其實現第一次通訊。
接下來,一切都是組織工程方面的工作。人們制造出用于再生醫學的支架,用來培養用于移植的細胞。我們能否也制造出類似的三維開放支架?這種支架必須是真正開放的,這樣細胞才能進入并開始發育,使電子設備交織在其中。我們稱之為電子網或電子支架。在2011年初到2012年,我們用這種方法制造了第一個包含神經和心臟組織的“賽博格”(機械化有機體)組織。在這個組織中,我們可以制造一個三維互連的電子陣列,并在其中培養細胞,然后實際監控組織的行為。它看起來真的非常像真實的組織。
應該如何制造這種類似組織的織網?
我們說,“嗯,你知道,治療劑是通過注射器遞送的。”有很多聚合物治療劑可以用來取代體內的受損組織,或者只是用于增強(人體機能)等目的。“如果我們從沒聽說過呢?”人們可能會說,“這是不可能的。”我們能否用針頭將電子回路注入大腦,或其他組織,然后將其連接起來,再進行監控?是的,我們可以,我們現在就做到了。
這其實一個非常簡單的過程。它不像伸入大腦中進行深層腦刺激的普通電子探針。它是在普通的硅晶片上做出來的,但我們只需要取下這個晶片,接著放上一層最終會溶解掉的聚合物層,然后在聚合物層上進行三層光刻。接下來,我們在織網聚合物層內放入一些金屬線,在上面再放上第二層聚合物,封住金屬線——除了記錄設備的位置沒有覆蓋——然后用釋放層溶解掉(聚合物層)。這樣你就得到了所需的材料。你可以將其吸入注射器。一切就是這么簡單。
事實證明,這種織網的效果要比我們原先估計的好太多了,某些原因我們在一年前的論文中已經有所概述,最近的論文中介紹的更多:這種類似織網的結構之所以能被注入(到大腦中),是因為它具有與神經網絡或神經組織非常相似的大小、尺度和機械特性。結果發現,它完全沒有出現免疫反應,這是聞所未聞的。
除了植入大腦,還想到其他什么應用?
這是一項還在進行的工作,而我們的研究已經表明,你可以將這種織網通過眼角注入到晶狀體下方,然后使其擴展到視網膜細胞層上,并從中進行記錄。如此處理的小鼠已經正常生活了好幾個月,并沒有影響它們的視力,因為織網主要是開放空間。它有超過90%是開放的。
另一件我們取得不錯結果的事情是,你可以將這種織網直接注入到椎骨之間的脊髓中,而不損傷脊髓。顯而易見的一點是,你可以將其作為創傷病例中的界面。一旦被注入預定位置,這種極其柔軟的材料完全不會影響其他功能,因為它比所有東西——除了其包裹的神經元之外——都更柔軟。你的整個脊椎可以彎曲自如,做它想做的一切。
對于這一技術能走得多遠,就機器接口或假肢接口而言,你可以連接到正確的回路,并在神經元水平上不斷來回進行交互。你不是在進行長時間、重負擔的計算機處理。我認為,那些癱瘓的人也將獲得很多的醫療機會。