瑞士发布世界首个生物处理器！16个人脑类器官开放全球远程访问，能耗降低一百万倍

我们都不想走进《黑客帝国》中那个「脑后插管」的世界，但是「人脑类器官」用于计算正在成为现实，它为碳基和硅基智慧的融合提供了另一种可能。

瑞士一家生物计算初创公司FinalSpark推出了一个在线平台Neuroplatform，这是世界上首个可访问体外生物神经元的在线平台，可以全天候远程访问16个人脑类器官。 

Neuroplatform提供了一种利用湿件计算和类器官智能进行「生物处理」的开创性方法，与数字处理器相比，生物处理器的优势在于它们在可持续发展和降低功耗方面的潜力。

《前沿》（Frontiers）杂志刊登了一份详细介绍Neuroplatform的论文，题为「用于湿件计算研究的开放式远程访问神经平台」。

论文地址：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frAI.2024.1376042/full

这篇论文中声称Neuroplatform「耗电量比传统数字处理器低一百万倍」。

训练一个LLM模型（如 GPT-3）需要10兆千瓦时，是欧洲公民年耗电量的6000倍，而人脑约有 860 亿个神经元，功率仅为 20瓦。

这表明，如果有一天生物处理器可行，它可以大幅减少能源消耗，减少计算对环境的影响。因此，生物处理器也被称为「下一代数字处理器」，而FinalSpark无疑在这一领域处于前沿。

FinalSpark：站在生物计算最前沿

人工智能、生物学最新进展和干细胞技术的融合为合成生物学和湿件计算领域开辟了新天地。

「随着我们Neuroplatform的推出，我们站在了这一激动人心的旅程的最前沿」，FinalSpark联合创始人Martin Kutter博士表示，「这是一个鼓舞人心的时刻」。

FinalSpark创始人，Fred Jordan和Martin Kutter

FinalSpark公司成立于2014年，总部设在瑞士，他们率先开发了生物处理器，并向全球的研究者开放，提供集成的生物计算研发环境、Python编程API、数据存储和备份等多项设施和服务。

Neuroplatform让世界各地的研究人员无需亲自进入实验室即可进行实验。这种灵活性和开放性可以显著加速研究进展，并促进湿件计算领域的国际合作。

这也是Neuroplatform的一项关键优势所在。正如FinalSpark创始人Fred Jordan博士所说的那样，「我们坚信，只有通过国际合作才能实现这一宏伟目标。」

目前，FinalSpark公司已向九家机构提供其远程计算平台的使用权，以帮助促进生物处理研究与开发。

FinalSpark的基础设施目前只能让七个研究小组同时使用该平台，但该公司正在扩展硬件以容纳更多用户。该公司表示「随着对Neuroplatform需求的增长，我们准备扩大规模以满足需求，我们的共同目标是打造世界上第一个活体处理器。」

除9家机构以外，还有三十多所大学表示有兴趣使用该平台。

「下一代数字处理器」

FinalSpark的研究涉及湿件（wetware）计算和类器官智能。

湿件计算混合使用硬件、软件和生物学。湿件指的是生物体内的软件，即DNA中包含的指令。

与湿件计算类似，类器官智能是一个专注于使用人脑细胞3D培养物进行生物计算的领域。

Neuroplatform的运行就依赖于一种可归类为湿件的架构，其主要创新之处在于使用四个多电极阵列（MEA）容纳活体组织——类器官，即脑组织的三维细胞团。

这种突破性的生物处理器利用人体神经元代替传统的数字处理器，标志着处理技术的重大飞跃。

电极上的人类神经元

「存活」约100天

虽然与传统数字处理器相比，生物处理器能耗更低，但是它也有其局限，那就是使用寿命的问题。

硅芯片可以使用数年，有时甚至数十年。FinalSpark表示，形成生物处理器的神经元结构也具有很长的寿命，但只 「适合进行几个月的实验」。

最初，该公司的MEA只能持续几个小时，经过系统改进，类器官的寿命目前预计约为100天。

市场趋势和潜在挑战

值得一提的是与生物计算和湿件计算相关的一些当前市场趋势。

近年来，随着研究人员探索处理信息的替代方法，这一领域受到了极大的关注。

利用活神经元的力量进行计算的能力提供了潜在的优势，例如提高能源效率和提高处理能力。

生物处理器和相关技术的市场预计在未来几年将呈指数级增长。根据MarketsandMarkets的报告，到2025年，全球生物计算市场预计将达到59亿美元，预测期内复合年增长率 (CAGR) 为9.5%。

这种增长的推动因素包括神经科学研究投资的增加、干细胞技术的进步以及对更可持续的计算解决方案日益增长的需求。

然而，使用活神经元进行计算也存在一些挑战和争议，比如使用人脑类器官的伦理问题以及潜在的意外后果，是持续争论的主题。如何在技术进步和伦理影响之间取得适当的平衡，对于主流市场接受度至关重要。

「缸中之脑」思想实验

Neuroplatform的硬件架构

FinalSpark的远程生物计算平台依靠硬件来保持体内平衡、监测环境参数并进行电生理实验。

用户可以使用图形用户界面 (GUI) 或通过Python脚本与硬件交互。

Neuroplatform的总体架构

FinalSpark的Neuroplatform系统使用四个多电极阵列 (MEA) 来捕获细胞活动的实时测量值，除此之外它还包括刺激和记录彼此之间电活动的电极。

闭环微流控系统提供神经元培养基，以维持MEA上类器官的生命。

该平台还利用每个MEA的摄像头来捕获静态图像或视频记录。

最后，Neuroplatform 利用紫外线光控笼系统释放特定波长的光，当分子笼中含有神经活性分子时，光会打破分子笼。

尽管FinalSpark Neuroplatform中的材料与传统计算的材料不同，但两者之间的许多概念是相同的。

电极和晶体管

FinalSpark Neuroplatform中的电极和传统处理器中的晶体管都是处理电信号传输的基本组件。

在处理器中，晶体管打开和关闭以创建二进制数据，而 MEA 系统中的电极则记录并刺激生物物质中的电活动。

测量和数据处理

MEA系统可以测量和记录实时细胞活动，类似于处理器处理实时数据的方式。

这两种系统都能收集数据、处理数据，并有可能对数据采取行动。

MEA设置的横截面视图

微流控和冷却系统

用于维持类器官的闭环微流控系统有点类似于传统处理器中的冷却系统。这两个系统对于维持各自计算主机的最佳运行条件至关重要。

摄像头和诊断工具

Neuroplatform系统中的摄像头可捕获图像或视频，这可被视为一种诊断工具，与监控软件跟踪计算机处理器性能的方式类似。

总体而言，FinalSpark的Neuroplatform代表了湿件计算领域向前迈出的重要一步。

通过利用活神经元的力量，它有望彻底改变我们处理信息的方式，并为传统数字处理器提供更可持续、更高效的替代方案。

文章来源于“新智元”