科學家用8萬個鼠腦細胞打造活體電腦 神經元分析規律F1值0.98近乎完美

近日一支美國科學家團隊成功透過培養 8 萬顆老鼠幹細胞來打造出一台「活體電腦」。此項研究的目標是希望有朝一日能夠打造出一台擁有活體肌肉組織的機器人,藉此更精確地感應並處理周遭環境的資訊。

綜合新科學人(New Scientist)網站報導,來自伊利諾伊大學的研究團隊利用上萬顆活老鼠的腦細胞打造出了一台能夠辨識光電相關規律的電腦。該團隊目前已經在美國物理聯合會上展示了他們的成果,並公開了一台手掌大小的電腦。

科學團隊利用 8 萬顆重新程序化的老鼠幹細胞培養出了這台電腦,並將其放置在電網的光纖之間。在實驗期間,團隊讓這些細胞都持續存活於培養箱中,並利用持續閃爍 10 種不同的電子脈衝一整個小時來訓練這台「鼠腦機器人」電腦,接著在休息 30 分鐘後開始記錄與觀察這些神經元所傳送的訊號。

電腦鼠、賽博鼠,與本文的鼠電腦沒有直接關聯。 圖/Querato Ilustra...
電腦鼠、賽博鼠,與本文的鼠電腦沒有直接關聯。 圖/Querato Ilustracion-Joell Tenjo、 NICK FARRELL

在經過了分析後,團隊發現這台電腦的 F1 值起初並不高,這是一種用來量測算法精確度的指標,其數值通常介於 0 到 1 之間,滿分 1 分代表著能夠完美辨識規律,而神經元隨機訊號最初的分析結果都無法超過 0.6 分。然而,伊利諾伊大學研究人員 Andrew Dou 和他的團隊成功找出了一種能夠化解這種隨機感的化學電子脈衝組合,並讓分析結果的 F1 值最高能夠達到了近乎完美的 0.98。

這種被稱為「水庫計算」(Reservoir Computing) 的技術能讓這些來自活體細胞的神經元,與用來讀取生產數據的電腦晶片匹配。這種作法背後的概念是希望能透過讓「活體」以及「矽」之間的分工來減少訓練更多傳統神經元網路所需的時間與能量。

而團隊希望「水庫計算」最終能用來創造出更有效率的裝置,能夠在部分受損或瓦解的情況下維持運作。新科學人報導表示,雖然這台鼠腦機器人現階段在純粹的運算能力上依然不及便利的神經元網路,但研發團隊目前已經決定要打造一台更加龐大的活體電腦。但在此同時,他們也希望這台更加龐大的鼠腦機器人能發展出團隊沒有主動輸入或訓練的行為。

圖/Andrew Dou, University of Illinois Urb...
圖/Andrew Dou, University of Illinois Urbana-Champaign

值得注意的是,這並不是老鼠細胞首次被用來驅動先進的生化混合科技。相關科學團隊在今年 1 月揭露了他們成功打造出一台能夠利用老鼠肌肉來行走的迷你機器人,並透過 3D 列印技術打造出柔軟的支架,接著讓這台機器人在一座小迷宮中探索。

據悉這項技術令一個更加寫實的應用方式,就是打造出一台能夠感應周遭環境,並同步提供相關數據的活體機器人。而以目前來說,人們已經朝著擁有肉體的機器人技術又邁進了一步。此外,研究人員還表示在運算上使用「活體細胞」,能讓搭載了先進機器學習語言的水庫計算裝置在能源消耗上變得更有效率,能夠成為緊急時刻的備案。

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