當(dāng)水蛭“爬“進(jìn)電腦

所有的電腦迷都知道，工程師幾乎每18個月就把電腦速度提升一倍。不過，今天電腦的速度雖已大為提升，卻沒有比40年前的聰明多少。能自我學(xué)習(xí)而變得更加聰明的電腦，至今還沒有出現(xiàn)。

美國佐治亞理工大學(xué)與埃默里大學(xué)研究小組正在探討超越晶片甚至光片的做法。組長迪多說：“起初試過算盤上的珠子、真空管和集成電路。現(xiàn)在，我們可以用活組織。”所謂“活組織”，是指水蛭的神經(jīng)組織。

妙用水蛭神經(jīng)組織

該研究小組發(fā)現(xiàn)，水蛭的神經(jīng)組織大而易用，學(xué)習(xí)快速。不久前，他們開始培養(yǎng)兩組活的水蛭神經(jīng)組織，以處理簡單的加法。這是個小小的開始，但很有可能發(fā)展成數(shù)百萬個可置入電腦的同類神經(jīng)，它們甚至可能采用人腦般的思維方式來解決問題。這樣的發(fā)展雖然還很遙遠(yuǎn)，但迪多相信，生物電腦也許是下一個電腦巨浪的基礎(chǔ)。

神經(jīng)組織解決問題的能力來自個別細(xì)胞的兩個特征。

首先，神經(jīng)細(xì)胞可以處于數(shù)千種不同狀態(tài)中，比起只能有開和關(guān)兩種狀態(tài)的晶體管，能夠儲存更多的資料。

其次，神經(jīng)細(xì)胞能夠重新組織各自的觸處聯(lián)系，從而選擇與哪些神經(jīng)細(xì)胞溝通。

神經(jīng)生物學(xué)家稱之為“自我組織”。

雖然科學(xué)家試圖利用電腦的二位數(shù)邏輯，發(fā)展出模擬大腦學(xué)習(xí)過程的軟件，但電腦的所有連接都是在工廠里接上的，任何一個連接點受損都足以損壞整臺電腦。

對于神經(jīng)電腦來說，這不是問題。迪多說：“這類超級渾沌系統(tǒng)能夠自我組織。

”以人類心臟來說，一個單獨的心臟神經(jīng)細(xì)胞顯不出智慧，但如果它是一個心臟神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一分子，就能夠與其他神經(jīng)細(xì)胞配合，制造出穩(wěn)定的心跳。

神經(jīng)細(xì)胞語言復(fù)雜

神經(jīng)電腦也許能以同樣的方法操作。如果電腦編程師能夠給一組神經(jīng)細(xì)胞設(shè)一個問題，如“創(chuàng)造穩(wěn)定心跳”，神經(jīng)細(xì)胞就能夠自我探討、測試，找出如何重新組織自己的網(wǎng)絡(luò)以制造出穩(wěn)定的心跳。

當(dāng)然，怎樣為神經(jīng)細(xì)胞設(shè)計問題是編程方面的巨大挑戰(zhàn)。

神經(jīng)細(xì)胞的語言非常復(fù)雜，語匯中的每一個“字”都是可重復(fù)的電子脈動。當(dāng)神經(jīng)細(xì)胞互相溝通時，這些電子字眼就會通過觸處進(jìn)行傳遞。觸處之間連成一個網(wǎng)絡(luò)，每一個觸處可以有多達(dá)20萬個管道，每個管道都含有細(xì)胞生命的部分信息——有點類似電視從同一電纜收到不同頻道的節(jié)目。

解讀這么多個細(xì)胞之間的對話，在數(shù)年前還無法做到，其難度有如要把20萬個頻道的新聞廣播全部翻譯成拉丁文一樣。不過，現(xiàn)代電腦已經(jīng)能夠解決這個問題了。

指導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入狀態(tài)神經(jīng)生物學(xué)家馬德爾研制出了一套能夠即時翻譯神經(jīng)細(xì)胞語言的電腦程序。

他將電子脈沖通過塞在神經(jīng)細(xì)胞里的探測器傳入電腦，程序則解讀和計算細(xì)胞的電流，再通過探測器作出回應(yīng)。掌握這股回應(yīng)脈沖的力度，就能夠模擬神經(jīng)細(xì)胞的傳導(dǎo)渠道。神經(jīng)細(xì)胞的回應(yīng)方式也是有如與另一細(xì)胞溝通，而不是電腦。

迪多的小組則以相反的方法利用這個程序：給予指令，電腦向神經(jīng)細(xì)胞發(fā)出刺激性電子信號，從而指導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入相應(yīng)狀態(tài)。

例如，要把一對號碼加起來時，迪多就會“要求”兩個細(xì)胞進(jìn)入符合這兩個號碼的狀態(tài)。兩個細(xì)胞會通過電腦進(jìn)行電子聯(lián)系，知道要進(jìn)行“加”，然后提供答案。

迪多坦言，這是個非常簡單的小成就，“但我們已經(jīng)起步了。我們知道，信息就在那里。”下一步，小組會建造一個比較精密的神經(jīng)電腦，能夠?qū)W習(xí)簡單的工作，如移動機(jī)器人的雙腳讓它走動、認(rèn)識抽象畫面、繪制人體動作等等。學(xué)習(xí)步行比計算復(fù)雜很多，而更復(fù)雜的問題需要更多的神經(jīng)細(xì)胞，如何編程將成為他們最大的挑戰(zhàn)。

神經(jīng)電腦的學(xué)習(xí)關(guān)鍵

實際上，簡單的理論就能指導(dǎo)出復(fù)雜的行為。不過，要找出一套簡單的最基本的理論并不容易。

神經(jīng)工程師德·威爾特說：“我們并不知道生物系統(tǒng)是如何自我組織的，但我們也許不需要知道就能夠進(jìn)行探索。”小組計劃把一臺電腦連接到一小組神經(jīng)細(xì)胞，并允許它們與另一組更大的神經(jīng)細(xì)胞溝通。電腦刺激神經(jīng)的方法，就如人類的眼睛、耳朵、鼻子和手向大腦提供感官刺激一樣。威爾特說：“我們將教導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞如何自我連接。”反復(fù)練習(xí)和重復(fù)是學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，但這需要時間。

幸好神經(jīng)細(xì)胞都很喜歡練習(xí)，因此迪多的小組正努力讓它們開始學(xué)習(xí)，希望能教導(dǎo)一個平方毫米的神經(jīng)細(xì)胞學(xué)會算術(shù)和確認(rèn)花紋。這將是首次讓神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行自我連接。

迪多說：“工程方面還有很多令人頭疼的地方。不過，一旦使這些細(xì)胞啟動之后，你幾乎無法令它們停止計算。”[譯自美國《發(fā)現(xiàn)》雜志]