新浪科技訊 香港時間6月30日消息，據英國廣播公司網站報導，每當向人介紹自己的工作時，史蒂文‧波特(Steven Potter)教授都會這樣說：“我是一位神經工程專家，我的目標是製造一個大腦。”
這裏的問題並不在於人體組織工程是多麼不同尋常，甚至並不是利用神經細胞進行組織工程研究有多麼不同尋常，畢竟既然現在醫學上已經實現了利用心臟或皮膚細胞進行的生
長實驗，換成神經細胞又有何不行的呢？
然而這裏所隱含的，實際上是一項令人興奮又隱隱感到不安的科學分支：即脫離身體之後培養的大腦細胞的神經生理學研究。這聽起來不像是一位嚴肅的科學家應當涉足的領域。
然而史蒂文‧波特，這位美國佐治亞理工學院生物化學工程學院的教授仍然堅持認為，像“大腦”，“意識”之類的這些詞彙都屬於他的研究範圍。他表示：“我和許多其他神經科學家之間的一點不同就在於我相信存在一種思維的漸變譜線。並不存在突然出現的思維，有的僅僅是逐漸顯現的思維。”他說：“我認為不同的動物擁有不同程度的思維水平。甚至對於每個人也是這樣，你是佛喝了咖啡，你是睡著還是醒著，這都影響到你所具有的思維水平。從這種意義上說，任何時候你都擁有不同水平的思維，因此，當你循著這樣的思路往下走，你會開始發現一些原始形態的思維形式存在在那裡。”
在波特的實驗室，所有的培養皿和全世界各地的生物學實驗室中使用的傳統培養皿之間存在一個顯著的不同，那就是這裏的培養皿內都加裝了電極陣列，這些電極被用於“傾聽”培養皿內神經細胞產生的電信號。另外一項受到歡迎的設備是腦電波記錄儀，這種儀器一般是被用於測量受試病患的大腦活動信號的。
神經元本身是由數以萬計的單個細胞組成的，而我們的大腦則是由數千億個這樣的神經細胞組成的。用在波特實驗室工作的研究生麥克‧庫坎達爾(Michelle Kuykendal)的話來說，這就是“大腦的冰山一角。”
波特教授承認，你無法對這些實驗結果抱有太大的希望。但是他說：“我們確信這些神經元中的某一個擁有一些複雜的行為，即便組成它的只有1萬個神經細胞。有一些昆蟲，低等的動物的大腦便差不多擁有這種水平的大腦。”
當這些神經細胞最初被放置於培養皿的電極環境之中，它們沒有任何表現。將它們從活體動物，如小鼠的組織中取出並進行培養準備的過程，對這些神經細胞進行了重新設置，一你才它們已經喪失了原來擁有的任何結構屬性。在顯微鏡下，使用延時攝影術，研究人員可以清晰地觀察神經細胞觸突的生長，慢慢找到並與週遭的其它神經細胞之間建立起聯繫。
這一過程看上去就像是神經細胞正在盲目的四下尋找，但實際上神經細胞在這一過程中會同時釋放化學信號來幫助引導這種行為。隨著越來越多的細胞觸突之間建立起聯繫，整個神經元體系從電信號上看漸漸表現出生命的特徵。
本‧威利(Ben Whalley)來自英國雷丁大學，他所做的實驗起步於人體幹細胞培養。他說：“這就像是一個巨大的網絡，一個縱橫交錯的蛛網。這不是一個靜態的系統。這就是為何你必須非常積極迅速的對這一系統開展監測。”
相同的過程在我們嬰兒時期的大腦中曾經發生過。事實上，我們的一生之中這一過程都會持續進行，神經元觸突的再配置──這是我們學習能力和記憶力的來源。
但是在這些培養過程中，和在我們大腦中發生的同樣過程所不同的是，科學家們可以觀察其發生，並加以幹預。波特和威利都使用了電極的手段“跟細胞說話”，並聆聽它們的回答。
波特博士表示：“我們可以觀察到哪一種特定的電極輸入會導致某一特定方向上的神經觸突聯繫加強。我們可以觀察在電極刺激下發生的反應，我們可以嘗試加強某一個電極的強度或者弱化另外的電極強度並觀察相應的結果。”
威利指出，由於這些神經元擁有“自己的思維能力”，因此我們可以對它們發出指示信號的量存在一個限度。他說：“如果你施加一個電刺激，並持續2~3分鐘，你會發現培養皿中的神經元退回到它們的孵化器中了，整個體系中充斥著各種信號，而這些信號的產生與你施加的外來電信號之間似乎關係並不大。”
艾米‧史密斯(Immy Smith)是本‧威利實驗室中的博士後研究助理，他承認這些細胞的這種反應有些令人沮喪。史密斯博士表示：“當我們不去照看它們時，我確信它們仍然是神經細胞，做著它們想做的事。而當你在培養人體細胞時你就會有一種非常奇怪的感覺，因為你會看著這些神經細胞，然後思索：你們在那裡面做什麼？你們在想什麼？”
波特博士認為這種與世隔絕的細胞培養環境對於其中的神經細胞組織是一種折磨，他將其比作“感覺剝奪”。常常這些神經細胞會突然爆發出一陣嘈雜的電信號，波特博士將其比作人的癲癇發作。他說：“每個神經細胞都等待著信號的輸入。如果沒有這種信號輸入，神經細胞便會不斷檢測，試圖去放大檢測到的微弱信號，即便這信號實際上只是背景噪音。隨著越來越多的神經細胞加入到這一過程中來，整個網絡很快便被雜音充斥，就像一場燎原的野火。”
在雷丁大學，威利博士與控制論專家斯拉沃米爾‧納蘇托(Slawomir Nasuto)合作，創建起一個“大腦模擬實驗室”，在這裏他們研究將神經元與機器人連接在一起的方法──或者至少是將神經元與模擬機器人連接起來的方法，因為這樣一來便可以讓神經細胞產生的信號觸發真實的動作，並且對其輸入的也將是真實的信號。
威利博士目前已經証明，一輛裝備了“接近傳感器”的輪式機器人可以在數天時間內學會避開牆壁。這種行為看上去毫無疑問是一種“聰明”的表現，但是威利博士宣稱“我並不想在這一點上就有關智慧方面做過多的暗示。”
而在波特教授的實驗室，研究組與西澳洲大學的藝術家們合作，創建了一個機器人裝置藝術項目“沉默阻擊”(Silent Barrage)，這個裝置可以由神經元組織通過互聯網進行控制。佐治亞理工學院的瑞利‧澤勒-湯森(Riley Zeller-Townson)評價道：“這是全世界最大的人機系統，因為其一端在地球的這邊，而另一端卻在地球的另一邊。”
湯森博士對這一系統的興趣不僅僅局限於其外觀，他對於這一系統所體現的技術方面因素同樣感興趣。並且他還指出了這一系統尚需要進一步解決的幾個方面的問題。
他表示：“作為生物體組成部分的神經系統，我們認為是具有其自身利益的，簡單的說，它希望自己能夠活著。但一旦我們將其從生物體中單獨取出來，這種關係似乎也就隨之遠去了。”他說：“再也沒有可以賴以生存的身體存在，皮之不存，毛將安附？神經系統本身的內部，究竟是什麼樣的機制在制約著這種自身利益關係？它擁有思維嗎？它擁有經驗的體察嗎？”
然而在“大腦模擬實驗室”，研究組的思路是將注意力集中於神經細胞學習能力的研究上。納蘇托教授表示：“我們希望對一些更加複雜的機器人系統進行研究，這樣我們就將能獲得一些操作物品的能力，如抓握，翻轉，將物品流動到跟前，並且擁有某種最低水平的視覺。”
這一想法的核心思想是要建立一個“閉合循環”，即要讓神經系統的信號得到回饋，這樣機器人系統才能將其原先的規劃設想與實際的操作結果進行比較，並在此過程中學習新的技能。這一過程其實是跟嬰幼兒在不斷嘗試摸索中掌握一些基本的動作技巧是相同的道理。但是自始至終，科學家們都可以在顯微鏡下觀察神經元組織內部的電信號活動狀況，並觀察這一組織不斷塑造自己的過程。
一些獎勵性的化學物質，如多巴胺，可以被用於當機器人成功完成一項任務時候的獎勵。波特博士指出，由神經元組織自主掌握的多巴胺分發系統有時會表現出一種上癮的跡象，它需要學習只有當自己確實需要時才調用這種化學品。
但或許在整個過程中最令人震驚的則莫過於“自我意識”的模糊顯現。波特博士表示：“自我意識並非人類神經細胞內在擁有的屬性，而是源自於一個特殊的機制，其監控人類大腦內部正在發生的事件。我們培養皿中的神經元組織還不具備這種意識，但是我們可以將其加入進去。”他說：“我們的計算機程式可以監控組織的運動模式，並將信息通過電極傳回給組織。這就模擬了大腦的自我意識機制。這當然是非常低級的自我意識形態，但至少這是一個很好的開端。”
儘管聽上去還非常遙遠，但是目前我們所擁有的這些証據已經可以確鑿的証明不管有多麼神秘莫測，我們所有的思維和感受都的確來自於我們的大腦組織。佐治亞理工學院的研究生麥克‧庫坎達爾表示：“所有研究腦科學的人之所以從事這項工作，都是為了揭開大腦的奧秘。但是更棒的是，我們現在已經從大腦中提取到很多信息，並逐漸接近這個謎團的真相，因此我們有了更大的主動權，並能更好的理解這一切。”(晨風)
.科學家實驗室製造模擬大腦：具備基本自我意識
http://digital1010.blogspot.com/2013/06/blog-post_3013.html
