神经元在培养皿中学会玩Pong：大脑如何适应环境？
2024-10-20 10:00:04 发布
最新一期《神经元》杂志报道了一个突破性的实验：人类和小鼠的神经元在实验室条件下学会了玩电子游戏Pong。这项研究首次展示了脑细胞在培养皿中也能执行目标导向的任务，并且能够随着时间的流逝，改变它们的行为来适应环境。这不仅证明了神经元的固有智力，而且对疾病建模、药物发现以及我们对大脑工作机制的理解具有深远的影响。
澳大利亚墨尔本皮层实验室的首席科学官布雷特·卡根指出，神经元是广义智能的基础，并提出了一个问题：我们能否与神经元互动，以利用这种固有的智能？实验团队从小鼠胚胎和人类干细胞中提取脑细胞，并在微电极阵列上培养，这些阵列能够同时刺激和读取细胞的活动。
研究人员将神经元与电脑连接，让它们接收游戏中的反馈信息。通过电子探头监测，他们发现神经元能够根据反馈调整其活动，以更有效地击球。当神经元表现不佳时，它们会受到软件程序的“批评”，从而学习如何更好地适应游戏环境。
卡根解释说，这种学习过程基于自由能原理，即大脑通过调整其对世界的看法或行为来适应环境。实验显示，即使在面对不可预测的刺激时，神经元也能重组其活动，以更有效地应对挑战。
这项研究不仅为理解大脑如何适应环境提供了新的视角，而且为未来技术、健康和社会的发展开辟了新的可能性。它还提高了在动态环境中测试新药或基因疗法的潜力，并为创建动物试验的替代方案提供了希望。
自由能原理在哲学和神经学领域是一个有争议的话题，但它的核心思想——大脑通过建模和信息获取来最小化与真实世界之间的差距——为理解大脑如何工作提供了一个有力的框架。无论这一理论最终如何被证实或证伪，它都是科学探索中一个令人兴奋的领域。