利用人類皮膚細(xì)胞也能造出 AI 處理器？一家名為 FinalSpark 的瑞士公司，認(rèn)為生物計(jì)算是 AI 的下一次進(jìn)化飛躍。該公司開發(fā)了一款生物處理器，這些處理器利用人體神經(jīng)元來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硅基芯片，使用由人類皮膚細(xì)胞培育出的類腦器官作為計(jì)算單元。生物計(jì)算的最大優(yōu)勢(shì)之一，便是神經(jīng)元計(jì)算信息所需要的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于數(shù)字計(jì)算機(jī)。據(jù)其估計(jì)，活體神經(jīng)元的能耗甚至不到當(dāng)前人們使用的數(shù)字處理器的一百萬分之一。與全球當(dāng)前最好計(jì)算機(jī)之一的惠普 Frontier 計(jì)算機(jī)相比，在實(shí)現(xiàn)大致相同的性能時(shí)，生物計(jì)算的功耗為 10-20 瓦，而硅基計(jì)算的功耗為 21 兆瓦。這讓生物計(jì)算展現(xiàn)出了極大的吸引力，其在提升 AI 模型的泛化能力的同時(shí)，還能在不犧牲技術(shù)進(jìn)步的情況下減少溫室氣體排放。

圖 | 生物處理器的構(gòu)成部分（資料圖）

據(jù)介紹，這一處理器基于該公司名為 Neuroplatform 的核心技術(shù)平臺(tái)，其宣稱這是全球首個(gè)可遠(yuǎn)程訪問的體外生物神經(jīng)元計(jì)算平臺(tái)。之所以構(gòu)建這一平臺(tái)是因?yàn)椋谘芯炕铙w神經(jīng)元的時(shí)候盡管可以觀察到輸入神經(jīng)元的數(shù)據(jù)與其響應(yīng)之間的關(guān)系，但是很難去測(cè)量神經(jīng)元結(jié)構(gòu)內(nèi)部的運(yùn)作，即不知道傳遞函數(shù)和系統(tǒng)的狀態(tài)。

FinalSpark 在一篇新聞稿中指出，這是一個(gè)真正的“黑箱”，它比人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的“黑箱”更難理解，這意味著需要通過大量實(shí)驗(yàn)來開發(fā)用于活體神經(jīng)元計(jì)算的算法。正因此，該公司構(gòu)建了 Neuroplatform 這一 7×24 小時(shí)的全天候平臺(tái)。

該公司公開表示，其希望有一天能夠看到充滿著“活”服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心，這些服務(wù)器可以復(fù)制 AI 的學(xué)習(xí)方式，所使用的能耗只有當(dāng)前方法的一小部分。對(duì)于這一生物處理器，F(xiàn)inalSpark 使用業(yè)內(nèi)常用的“濕件”這一名稱來稱呼。這種生物處理器的研發(fā)過程涉及到神經(jīng)元的創(chuàng)建，研發(fā)中需要將這些神經(jīng)元發(fā)展為類器官的簇，同時(shí)將它們附在電極上，然后就可以像使用微型計(jì)算機(jī)一樣使用它們。

（資料圖）

對(duì)于很多人來說，生物計(jì)算的概念可能有點(diǎn)奇怪，但其實(shí)這一概念早已出現(xiàn)在科幻小說中——即像使用一臺(tái)小機(jī)器一樣使用神經(jīng)元。據(jù)了解，F(xiàn)inalSpark 創(chuàng)辦于 2014 年，其產(chǎn)品研發(fā)之旅始于從日本一家診所購(gòu)買的人體皮膚細(xì)胞干細(xì)胞，這些細(xì)胞來自于匿名的捐贈(zèng)者。公司成立以來，有很多人表示希望捐贈(zèng)細(xì)胞，但是出于對(duì)細(xì)胞質(zhì)量的考量，其只選擇來自于官方供應(yīng)商的干細(xì)胞。

圖 | 皮膚細(xì)胞變成“微型大腦”的過程（FinalSpark、BBC）

在該公司的實(shí)驗(yàn)室里，有一些裝著幾個(gè)白色小球的培養(yǎng)皿。這些小球本質(zhì)上都是實(shí)驗(yàn)室培育的微型大腦，其由活體干細(xì)胞組成，這些干細(xì)胞經(jīng)過培養(yǎng)之后成為了神經(jīng)元以及能夠支持細(xì)胞的簇（即類器官）。它們遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如人腦那么復(fù)雜，但是具有相同的構(gòu)成要素。

經(jīng)過持續(xù)幾個(gè)月的發(fā)展過程之后，這些類器官就可以附著在電極上，并能針對(duì)簡(jiǎn)單的鍵盤命令做出反應(yīng)。其實(shí)，這是一種發(fā)送電信號(hào)和接受電信號(hào)的手段，信號(hào)的結(jié)果會(huì)被記錄到連接到該公司系統(tǒng)的普通計(jì)算機(jī)上。

（資料圖）

由于目前這款生物處理器仍在迭代，因此在使用當(dāng)前版本的時(shí)候，當(dāng)按下一個(gè)鍵它就會(huì)通過電極發(fā)送電信號(hào)，當(dāng)它起作用的時(shí)候就能讓人在電腦屏幕上看到活動(dòng)所帶來的“跳躍”，這種跳躍實(shí)際上是一個(gè)看起來有點(diǎn)像腦電圖的移動(dòng)式圖表。

因?yàn)椴⒎钦嬲饬x上的成品，因此當(dāng)連續(xù)按鍵多次之后，生物處理器有時(shí)會(huì)突然暫停反應(yīng)，隨之而來的就是電腦圖表上出現(xiàn)了異常。對(duì)于背后的原因，就連該公司的研發(fā)人員也正在嘗試弄懂。而要想實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)就得針對(duì)生物處理器進(jìn)行電刺激操作，以便能夠激發(fā)生物計(jì)算機(jī)神經(jīng)元的學(xué)習(xí)能力，從而讓生物處理器最終能夠適應(yīng)所需執(zhí)行的任務(wù)。

事實(shí)上，這和目前的 AI 在道理上是一樣的，即提供一些輸入得到一些輸出。維持普通計(jì)算機(jī)的運(yùn)行非常簡(jiǎn)單，只需要打開電源即可。在生物計(jì)算機(jī)上又會(huì)發(fā)生什么？目前，學(xué)界依然未能解答這個(gè)問題。因?yàn)閷?duì)于人類來說，血管貫穿著整個(gè)人腦，以便通過提供營(yíng)養(yǎng)來維持大腦的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而類器官?zèng)]有血管，人們甚至還不知道如何正確地制造類器官，事實(shí)上這也是目前該領(lǐng)域的最大挑戰(zhàn)。

不過可以肯定的是，當(dāng)說到一臺(tái)生物處理器“死亡”時(shí)指的肯定是濕件的死亡。在過去四年間，該公司取得了一些新進(jìn)展，比如其類器官已經(jīng)可以存活長(zhǎng)達(dá)四個(gè)月，但當(dāng)它們消亡時(shí)卻會(huì)伴隨一些令人感到毛骨悚然的情況。比如，在其生命的最后幾分鐘或最后幾十秒，它們會(huì)出現(xiàn)活動(dòng)迅速增加的情況，類似于一些人類在臨終前出現(xiàn)的心率加快和大腦活動(dòng)增加。過去幾年間，該公司記錄了大約 1,000 例到 2,000 例類似死亡案例。當(dāng)出現(xiàn)死亡時(shí)，該公司的研發(fā)人員必須結(jié)束實(shí)驗(yàn)去了解死亡原因，然后才能啟動(dòng)新的實(shí)驗(yàn)。雖然令人感到毛骨悚然，但是研發(fā)人員盡量采取不帶感情色彩的做法，因?yàn)檫@些類器官只不過是用來自于不同材料的不同基板制作而成的計(jì)算機(jī)而已。

就該公司的創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)而言，聯(lián)合創(chuàng)始人兼聯(lián)席 CEO 弗雷德·喬丹（Fred Jordan）早年博士畢業(yè)于瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的信號(hào)處理專業(yè)，擔(dān)任該公司的 CEO 已經(jīng)將近 12 年。2024 年，他和團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一篇題為《用于濕件計(jì)算研究的開發(fā)式可遠(yuǎn)程訪問的神經(jīng)平臺(tái)》的論文，以經(jīng)過同行審議的方式展示了該公司的成果。

圖 | 弗雷德·喬丹（Fred Jordan）（領(lǐng)英）

該公司的另一位聯(lián)席 CEO 馬丁·庫(kù)特（Martin Kutter），早年亦是博士畢業(yè)于洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院，并在幾年前申請(qǐng)到了一項(xiàng)名為“基于生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)知計(jì)算方法與系統(tǒng)”發(fā)明專利。

圖 | 馬丁·庫(kù)特（Martin Kutter）（領(lǐng)英）

FinalSpark 已經(jīng)經(jīng)歷 11 年的發(fā)展，AI 的發(fā)展讓其產(chǎn)品迎來了更大的市場(chǎng)。面對(duì) AI 領(lǐng)域日益嚴(yán)重的高能耗問題，部分企業(yè)正在尋找替代能源的生產(chǎn)方式，以便持續(xù)提高硅基服務(wù)器的使用率，這些替代能源主要包括聚變能、地?zé)崮芎秃四堋Ｈ欢現(xiàn)inalSpark 在一篇新聞稿中指出，這些能源的生產(chǎn)方式要么不夠成熟，要么會(huì)引發(fā)公眾對(duì)于安全性的擔(dān)憂，因此這是其從神經(jīng)形態(tài)計(jì)算這一非常規(guī)計(jì)算來著手的原因。

2025 年，有研究團(tuán)隊(duì)在 Advanced Science 的一篇綜述論文中介紹了生物計(jì)算對(duì)于發(fā)展 AI 的必要性。該綜述論文指出，隨著深度學(xué)習(xí)和大模型技術(shù)的飛速發(fā)展，AI 在訓(xùn)練過程中的計(jì)算需求、模型參數(shù)和能耗都在大幅增長(zhǎng)，這導(dǎo)致開發(fā)頂級(jí) AI 模型的成本正在不斷攀升。AI 發(fā)展也會(huì)對(duì)其運(yùn)行的載體即硅基芯片提出更高性能要求。然而，由于量子干涉和熱漲落等影響，晶體管的制造工藝正在逼近物理極限，功耗問題也變得愈發(fā)突出。一言以蔽之，傳統(tǒng)硅基芯片的能耗、運(yùn)行效率、計(jì)算負(fù)載和學(xué)習(xí)能力正在成為 AI 獲得更好發(fā)展的瓶頸。

為了實(shí)現(xiàn)更加強(qiáng)大的計(jì)算能力，人們開始在生物計(jì)算和生物芯片方面開展研究，即開展?jié)窦?jì)算的研究。濕件計(jì)算是一個(gè)結(jié)合了硬件、軟件和生物學(xué)的新興計(jì)算領(lǐng)域，其核心是利用生物組織和生物細(xì)胞來執(zhí)行計(jì)算任務(wù)。濕件計(jì)算在能耗、自我學(xué)習(xí)能力和并行處理能力上具有較大潛力，這使得濕件計(jì)算比傳統(tǒng)基于硅的 AI 訓(xùn)練方法有著更加顯著的成本優(yōu)勢(shì)。那些利用體外細(xì)胞培養(yǎng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和腦器官，可以通過電生理活動(dòng)針對(duì)外界刺激做出反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算和決策等功能。

此前，已有大量研究表明，經(jīng)過一定的訓(xùn)練之后，體外培養(yǎng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和腦器官可以實(shí)現(xiàn)特定任務(wù)，比如避開障礙、語音識(shí)別、控制機(jī)械臂、在虛擬世界中玩游戲等。總的來說，在功耗、學(xué)習(xí)能力和訓(xùn)練速度上，生物芯片都優(yōu)于硅基芯片。與平面二維網(wǎng)絡(luò)培養(yǎng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比，類器官在神經(jīng)元數(shù)量、神經(jīng)元類型、計(jì)算性能和工作壽命等方面都具備一定優(yōu)勢(shì)，這讓其在濕件領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。

圖 | 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別（資料圖）

正因此，F(xiàn)inalSpark 的生物計(jì)算產(chǎn)品可以說是未來可期。但是，目前濕件依然很難完全取代現(xiàn)有計(jì)算機(jī)芯片所使用的材料，同時(shí)對(duì)于硅基 AI 來說生物計(jì)算是一種補(bǔ)充而非替代。此外，在生物計(jì)算的發(fā)展上，該領(lǐng)域還要進(jìn)一步推進(jìn)疾病建模以及減少動(dòng)物使用。

參考資料：

公司官網(wǎng) https://finalspark.com

官方資料 https://finalspark.com/wetware-computing-that-bold-idea-of-using-living-neuronal-networks-to-compute/

官方資料 https://finalspark.com/unconventional-computing/

聯(lián)合創(chuàng)始人兼聯(lián)席 CEO 弗雷德·喬丹（Fred Jordan）的領(lǐng)英主頁(yè) https://www.linkedin.com/in/fred-jordan-anticounterfeiting-brandprotection-authentication/

聯(lián)席 CEO 馬丁·庫(kù)特（Martin Kutter）的領(lǐng)英主頁(yè) https://www.linkedin.com/in/martin-kutter-529a1/

相關(guān)綜述論文 https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202508120

其他報(bào)道 https://www.bbc.com/news/articles/cy7p1lzvxjro

其他報(bào)道 https://www.tomshardware.com/pc-components/cpus/swiss-lab-where-researchers-are-working-to-create-computers-powered-by-mini-human-brains-revealed-in-new-report-mini-brain-organoids-revealed-developers-say-we-shouldnt-be-scared-of-them

排版：劉雅坤