好的营销网站,wordpress修改页面,深圳企业专业网站设计,河南网站建设软件大数据文摘出品来源#xff1a;nature编译#xff1a;朱科锦、lin一直以来#xff0c;对于科学家来说#xff0c;人脑都是一个神奇的存在#xff0c;关于人脑的研究也层出不穷。近几年#xff0c;随着人工智能的发展#xff0c;很多科学家都在努力探索#xff0c;未来机… 大数据文摘出品来源nature编译朱科锦、lin一直以来对于科学家来说人脑都是一个神奇的存在关于人脑的研究也层出不穷。近几年随着人工智能的发展很多科学家都在努力探索未来机器人是否能拥有意识未来或许可以这就需要我们先对人脑进行更进一步的研究。加州大学圣地亚哥分校UCSD的神经科学家Alysson Muotri 提出了这样两个问题细胞团和离体的大脑是否是有意识的科学家该如何判断它们是否有意识。Muotri发现了一些不寻常的方式来培育人脑器官。他将脑器官与行走的机器人连接起来用尼安德特人Neanderthal 的基因修改器官的基因组将它们发射到国际空间站的轨道上并将它们作为模型来开发更类似人类的人工智能系统。和许多科学家一样Muotri暂时转而研究COVID-19他利用脑器官来测试药物对SARS-CoV-2冠状病毒的表现。 但有一项实验比他的其他实验引起了更多的关注。2019年8月Muotri的小组在《细胞干细胞》Cell Stem Cell上发表了一篇论文文中提到他们创建了一种能产生类似于在早产儿中看到的协调的活动波的人类大脑器官体1。在该团队结束实验之前这种波持续了几个月。这种全脑协调的电活动是有意识的大脑的特性之一。该团队的发现导致伦理学家和科学家提出了一系列道德和哲学问题即是否应该允许有机体达到这种程度的发展水平有意识 的有机体是否有权获得其他细胞团所没有的特殊待遇和权利以及意识是否可以被人类创造出来。无身体、有自我意识的大脑的想法已经存在于许多神经科学家和生物伦理学家的脑海中。就在几个月前位于康涅狄格州纽黑文市的耶鲁大学的一个团队宣布他们让几个小时前被杀死的猪的大脑恢复了部分生命。通过从猪的头骨中取出大脑注入一种化学混合试剂研究人员恢复了神经元的细胞功能和传递电信号的能力2。 其他实验如在小鼠大脑中添加人类神经元引起了一些质疑。一部分科学家和伦理学家认为不应允许这些实验的存在。这些研究为那些希望避免创造意识的人和那些将复杂的器官有机体视为研究毁灭性人类疾病的工具的人之间的辩论奠定了基础。Muotri和许多其他神经科学家认为人类大脑器官体可能是理解自闭症和精神分裂症等人类独特病症的关键这些病症不可能在小鼠模型中进行详细研究。Muotri说为了实现这一目标他和其他人可能需要刻意创造意识。研究人员现在呼吁制定一套类似于动物研究中使用的指南以指导大脑器官的人性化使用以及其他可以实现意识的实验。6月美国国家科学、工程和医学研究院开始了一项研究目的是概述与脑器官和人兽嵌合体相关的潜在的法律和伦理问题。对实验室培育大脑的担忧也凸显了一个盲点神经科学家没有一致的方法来定义和测量意识。如果没有一个可行的定义伦理学家担心将无法在实验越线之前阻止这些实验。目前的一些实验可能会放大这个问题。英国布莱顿 Brighton附近的苏塞克斯Sussex 大学的认知神经科学家Anil Seth说如果科学家们确信一个有机体已经获得了意识他们可能需要赶紧就意识是如何产生的理论达成一致。但是他说如果一个人青睐的理论认为机体有意识而另一个人的理论则认为没有那么任何关于意识已经出现的信心都会消失。信心在很大程度上取决于我们相信什么理论。这是一个循环。感知状态 创建一个意识系统可能比定义它要容易得多。研究人员和临床医生为了各种目的用许多不同的方式来定义意识。所以很难把它们综合成一个精简的实际的定义来决定一个实验室培育大脑的状态。医生一般根据患者对疼痛或其他刺激是否眨眼或退缩来评估处于植物人状态的患者的意识水平。此外利用脑电图EEG读数研究人员还可以测量大脑对电脉冲的反应。比起无意识大脑的简单有规律的活动模式有意识的大脑将显示更复杂且不可预测的电活动。但这种测试可能无法充分探究一个人是否缺乏意识。在对处于昏迷或植物人状态的人进行的脑成像研究中科学家们已经发现没有反应的人可以显示出一些类似意识的大脑活动 —— 比如当被要求思考走路时运动区域出现的活动3。 在发育中的人类大脑器官中前神经元细胞红色变成了神经元绿色并被被连接成网络白色。图片来源Muotri实验室/加州大学圣地亚哥分校。 在任何情况下标准的意识医学测试都很难适用于生长在培养皿里的脑细胞或者是脱胎换骨的动物大脑。当Muotri提出他的有机体的放电模式和早产儿中看到的一样复杂时人们不知道该如何看待这个问题。一些研究人员认为早产儿的大脑活动并不复杂不足以被归类为有意识。而有机体不能眨眼也不能对痛苦的刺激产生反感所以它们不会通过意识的临床测试。 相比之下最近被杀的猪的完整大脑更有可能拥有意识的必要结构以及动物活着时的记忆和经历所创造的神经线路。马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的哲学家和神经伦理学家 Jeantine Lunshof 说“想想一个已经被这些东西填满的大脑很难想象那个大脑会是空的。” Lunshof补充道“他们在思维方面能做什么我不知道但肯定不是空无一物。” 像耶鲁大学团队那样让死掉的大脑恢复一丝生机或许有可能恢复一定程度的意识尽管科学家们煞费苦心地使用化学阻断剂来防止全脑活动从而避免这种情况。研究人员同意他们需要认真对待这些研究提出的问题。2019年10月加州大学圣地亚哥分校召开了一次由十几位神经科学家和哲学家以及学生和公众组成的会议打算为未来的实验建立并发布一个伦理框架。但该论文已经被推迟了几个月部分原因是几位作者无法就意识的基本要求达成一致。越发复杂的理论 几乎所有的科学家和伦理学家都认为到目前为止还没有人在实验室里创造出意识。但他们都在问自己要注意什么哪些关于意识的理论最相关。例如根据一种叫做整合信息理论的观点意识是整个大脑中神经元网络密集连接的产物。彼此互动的神经元越多意识的程度就越高——这个量被称为phi。如果phi大于零生物体就被认为是有意识的。 根据该理论大多数动物都能达到这个标准。位于华盛顿州西雅图的Allen 脑科学研究所的主席Christof Koch认为任何现有的有机体都达不到这个门槛但他承认一个更先进的有机体可能会达到这个标准。 其他竞争性的意识理论提到了感觉输入或跨多个大脑区域的协调电模式。例如一种被称为全局工作空间理论的想法认为大脑的前额叶皮层作为一台计算机处理感觉输入并解释它们以形成存在感。因为有机体没有前额叶皮层不能接受输入所以不能成为意识。英国剑桥大学发育生物学家Madeline Lancaster说“如果没有输入和输出神经元之间可能会相互交谈但这并不能代表人类的思想。“ 然而将类器官与器官连接起来可能是一项相当简单的任务。2019年兰开斯特的团队在老鼠脊柱和背部肌肉旁边培育了人类大脑器官。当来自人体器官的神经与脊柱相连时肌肉就开始自发地收缩。发育生物学家玛德琳·兰开斯特在英国剑桥大学的实验室里通过类器官研究大脑组织和紊乱。来源UK.Credit: Felicity McCabe 大多数类器官的形成只是为了复制大脑的一部分——皮层。但是如果人类干细胞发育的时间足够长并且有了合适的生长因子它们就会自发地重建大脑的许多不同部位然后这些部位就会开始协调它们的电活动。在2017年发表的一项研究中哈佛大学的分子生物学家保拉·阿罗塔(Paola Arlotta)诱导干细胞发展成由多种不同细胞类型组成的脑器官包括视网膜中发现的那种光敏细胞。当接触到光时类器官中的神经元开始放电。但事实上这些细胞是活跃的并不意味着类器官可以看到和处理视觉信息Arlotta说。这仅仅意味着它们可以形成必要的电路。 阿罗塔和兰开斯特认为他们的器官体太原始无法产生意识因为他们缺乏创造复杂脑电图模式所必需的解剖结构。尽管如此兰开斯特承认对于高级类器官来说这取决于它的定义。她说:“如果你认为一只苍蝇是有意识的那么类器官也可能是有意识的。” 然而兰开斯特和大多数其他研究人员认为像活化的猪脑这样的东西比类器官更有可能获得意识。由神经科学家Nenad Sestan领导的研究猪大脑的团队试图找到恢复器官活力的新方法而不是创造意识。研究人员能够让单个神经元或神经元群被激活并小心地尝试避免产生广泛的脑电波。然而当Sestan的团队在其中一个大脑中看到类似协调的脑电图活动时他们立即停止了这个项目。即使在神经学专家确认这种模式与意识不一致之后研究小组还是对大脑进行了麻醉作为预防措施。 Sestan还联系了美国国家卫生研究院(NIH)以获得如何进行的指导。该机构的神经伦理小组包括伦肖夫和俄亥俄州克利夫兰凯斯西大学(Case Western University)的生物伦理学家因苏泫(Insoo Hyun)评估了这项工作并同意Sestan应该继续麻醉大脑。但是该小组还没有制定出更通用的规定也没有例行要求对类器官的提案进行生物伦理评估因为其成员认为意识不太可能产生。美国国家卫生研究院也没有给意识下一个定义。Hyun说“它非常灵活每个人都有自己的意思。”“如果不清楚我们谈论的是同一件事这是一个大问题。” 神经学家Nenad Sestan使用BrainEx平台恢复了离体猪大脑的神经活动。来源:《自然》杂志的杰西·温特模糊的定义一些人认为即使是试图在任何一种实验室保存的大脑中识别意识也是徒劳的。“鉴于我们不了解意识就不可能说这些脑细胞所能想到或感知的是一些有关意识的存在”,比利时列日大学的神经学家Steven Laureys说,他开创了一些在人们处于植物人状态时成像进行措施的意识。“我们不应该太傲慢。”他说进一步的研究应该非常谨慎地进行。 Laureys和其他人指出类器官的体验可能与早产儿、成人或猪的体验非常不同并不能直接拿来比较。此外类器的结构可能太小而无法精确测量它们的活动而类器和早产儿大脑的脑电图模式之间的相似性可能只是巧合。其他研究类脑器官的科学家也同意Laureys的观点即一个系统是否是有意识的这个问题是无法回答的。许多人完全避免这个想法。“我不知道我们为什么要问这个问题因为这个系统不是人类的大脑”加利福尼亚州斯坦福大学的神经科学家Sergiu Pasca说。“它们是由神经元组成的神经元有电活动但我们必须仔细考虑如何比较它们。”Muotri希望他的类器官系统至少在某些方面可以与人类大脑相媲美这样他就可以研究人类疾病并找到治疗方法。他的动机是出于个人原因:他14岁的儿子患有癫痫和自闭症。“他努力地与生活抗争”Muotri说。类脑器官是一个很有前途的途径因为它们再现了大脑连接的最早阶段而这在人类胚胎发育时是不可能研究的。但是他说在没有一个完全功能的大脑的情况下研究人类的大脑疾病就像研究一个不能产生胰岛素的胰腺。“要做到这一点我需要一个真正像人类大脑的大脑器官模型。我可能需要一个有意识的器官。 Muotri说他不知道用什么定义来决定一个类器官是否达到意识。他说在某种程度上类器官甚至可以帮助研究人员回答大脑如何产生意识状态的问题。例如加州大学圣迭戈分校的数学家Gabriel Silva正在研究Muotri的类器官中的神经活动以开发一种描述大脑如何产生意识的算法。他的项目部分由微软资助其目标是创造一个像人类意识一样工作的人工系统。 目前美国和欧洲都没有规定可以阻止研究者创造意识。美国国家科学院小组计划明年初发布一份报告概述最新的研究并就是否需要制定相关法规做出判断。成员们计划在一些问题上发表意见比如是否要获得人们的同意将他们的细胞发展成脑类器官以及如何人道地研究和处理类器官。国际干细胞研究学会也在研究类器官的指导方针但没有提到意识因为它认为科学还没有做到这一点。 Hyun说美国国立卫生研究院的神经伦理小组还没有看到任何关于创造复杂、有意识的类器官的建议这将需要新的指导方针。Muotri说他也不知道还有谁在故意尝试创造有意识的类器官尽管根据某些定义一个足够复杂的类器官可能偶然地达到这种状态。 不过Muotri和其他人说他们欢迎一些指导方针。这可能包括要求科学家证明他们使用的人类大脑器官的数量只将它们用于无法以任何其他方式进行的研究限制可能施加在它们身上的痛苦以及人道地处理它们。 提前提出这样的建议将有助于研究人员权衡创建有意识实体的成本和收益。许多研究人员强调这样的实验有可能产生重要的见解。兰开斯特说:“有一些真正有意识的人患有神经紊乱却没有治疗方法。”“如果我们真的因为这个哲学思维实验而停止所有的研究”她补充说“那将对真正需要一些新疗法的人来说是非常坏的消息。”然而治疗方法仍然可以在用老鼠干细胞制成的脑器官组织或常规的动物模型中进行测试。这样的实验也可以为有关使用人体类器官的伦理讨论提供信息。例如Hyun希望看到研究人员将鼠脑类器官的脑电图模式与活鼠脑类器官的脑电图模式进行比较这可能表明人类类器官如何很好地再现人类大脑。 在Muotri看来研究人体类器官组织和实验小鼠没有什么区别。“我们使用的动物模型是有意识的没有问题”他说。“我们需要前进如果结果证明他们有了意识老实说我不认为这有什么大不了的。” 相关参考1. Trujillo, C. A. et al. Cell Stem Cell 25, 558–569 (2019).2. Vrselja, Z. et al. Nature 568, 336–343 (2019).3. Monti, M. M. et al. N. Engl. J. Med. 362, 579–589 (2010).4. Giandomenico, S. L. et al. Nature Neurosci. 22, 669–679 (2019).5. Quadrato, G. et al. Nature 545, 48–53 (2017).6. Silva, G. A., Muotri, A. R. White, C. Preprint at biorXiv https://doi.org/10.1101/2020.07.28.225631 (2020).相关报道https://www.nature.com/articles/d41586-020-02986-y未来智能实验室的主要工作包括建立AI智能系统智商评测体系开展世界人工智能智商评测开展互联网城市云脑研究计划构建互联网城市云脑技术和企业图谱为提升企业行业与城市的智能水平服务。 如果您对实验室的研究感兴趣欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
