世界上第一個活體處理器Neuroplatform誕生
最近,瑞士新創公司FinalSpark 推出了Neuroplatform,一種利用濕件計算和類器官智慧進行「生物處理」的先鋒方法。研究人員首次可以使用線上遠端平台對生物神經元進行實驗。瑞士生物計算新創公司FinalSpark 推出了Neuroplatform 項目,該項目利用16 個人類腦類器官開發所謂的世界上第一個活體處理器,也稱為生物處理器。
與傳統處理器非常相似,這些生物處理器可以學習和處理訊息,但消耗的電量卻少了一百萬倍。
這項研究屬於濕件計算類別,該類別結合了硬體、軟體和生物學。濕件一詞來自“濕軟體”,指的是生物體內的軟體,即DNA 中包含的指令。與濕件計算類似,類器官智能是一個專注於使用人類腦細胞的3D 培養物進行生物計算的領域。
FinalSpark 的研究涉及濕件計算和類器官智能,因為它使用活體神經元進行計算。雖然該概念與當今計算中使用的人工神經網路(ANN) 非常相似,但必須為這些生物系統開發新方法。
FinalSpark 的遠端生物運算平台依賴硬體來維持體內平衡、監測環境參數並進行電生理實驗。使用者可以使用圖形使用者介面(GUI) 或透過Python 腳本與硬體互動。
仔細觀察硬件,FinalSpark 的Neuroplatform系統使用四個多電極陣列(MEA) 來捕捉細胞活動的即時測量值。它還包括刺激和記錄彼此之間電活動的電極。閉環微流體系統提供神經元培養基以維持MEA 上類器官的生命。該平台還利用每個MEA 的攝影機來捕捉靜態影像或錄影。最後,Neuroplatform 使用紫外線控制的籠狀系統釋放具有特定波長的光的分子,當分子籠中含有神經活性分子時,這些分子籠會破裂。
儘管FinalSpark 的神經平台中的材料與傳統計算不同,但兩者之間的許多概念仍然相同。
FinalSpark 神經平台中的電極和傳統處理器中的電晶體都是處理電訊號傳輸的基本組件。在處理器中,電晶體開啟和關閉以建立二進位數據,而MEA 系統中的電極則記錄和刺激生物物質中的電活動。
MEA 系統可以測量和記錄即時細胞活動,類似於處理器處理即時數據的方式。這兩個系統都會收集數據、處理數據,並可能根據數據採取行動。
用於維持類器官的閉迴路微流體系統有點類似傳統處理器中的冷卻系統。這兩個系統對於維持各自計算主機的最佳運作條件都是不可或缺的。
Neuroplatform 系統中的相機可以捕捉影像或視頻,這可以被視為一種診斷工具,類似於監控軟體追蹤電腦處理器效能的方式。雖然FinalSpark 的Neuroplatform 和傳統數位處理器在使用電訊號和即時資料處理能力方面有一些相似之處,但它們的構造、用途和操作機制有所不同。
數位處理器和生物處理器之間的一個鮮明對比是它們的可持續性和降低功耗的潛力。雖然單一LLM(例如GPT-3)需要10 GWh(相當於歐洲公民年消耗量的6,000 倍),但人腦以大約860 億個神經元運作,僅消耗20 W 的功率。這表明,如果有一天生物處理器可行,它可以作為ANN 的可持續替代品。
Neuroplatform 的訪問對於研究目的是免費的。這允許參與者對生物網路進行即時實驗並在自己的實驗室中複製結果。 FinalSpark 的基礎設施目前僅允許七個研究小組同時使用該平台,但該公司正在擴大硬體以容納更多用戶。這種擁有數百或數千個用戶的系統的可擴展性尚不清楚。