中新網(wǎng)北京12月12日電 (記者 孫自法)施普林格·自然旗下專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《自然-電子學(xué)》最新發(fā)表一篇生物計(jì)算論文稱，研究人員研發(fā)出機(jī)器-類器官混合計(jì)算系統(tǒng)——一種由電子硬件和一個(gè)大腦類器官組成的混合計(jì)算系統(tǒng)，可以執(zhí)行如語音識別和非線性方程預(yù)測等任務(wù)。這一研究凸顯出一種可能的方法，或可克服現(xiàn)有計(jì)算硬件的一些限制。

　　該論文介紹，隨著人工智能(機(jī)器學(xué)習(xí)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型)成為關(guān)鍵驅(qū)動因素，近年來對算力的需求急劇增加。不過，隨著這些模型變得越來越復(fù)雜，運(yùn)行它們的底層計(jì)算硬件的能效和性能卻難以跟上。為此，受人腦結(jié)構(gòu)功能的啟發(fā)，研究者正在開發(fā)神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)，以設(shè)計(jì)用于更高效地運(yùn)行此類模型。

　　大腦類器官是用人類多能干細(xì)胞人工培育而成的三維聚集體，它會發(fā)育出類腦組織，能夠復(fù)制發(fā)育中大腦結(jié)構(gòu)的特定方面。在本項(xiàng)研究中，論文通訊作者、美國印第安納大學(xué)伯明頓分校郭峰和同事及合作者開發(fā)出一種混合神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)，部分是傳統(tǒng)計(jì)算硬件，部分是大腦類器官。這種類器官的特點(diǎn)是集合了不同類型的腦細(xì)胞，包括早期階段和成熟的神經(jīng)元，以及早期類腦結(jié)構(gòu)(如腦室區(qū))的發(fā)育，以形成、發(fā)揮和維持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能，這一類器官從電刺激得到輸入信號，經(jīng)神經(jīng)活動發(fā)送輸出信號。

　　論文作者將類器官與一類被稱為儲備池計(jì)算的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，這是一個(gè)動態(tài)物理存儲層，可根據(jù)一連串輸入信號捕捉和記憶信息。在輸入和輸出層使用了普通計(jì)算硬件，輸出層受到訓(xùn)練可讀取儲備層，對原始輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測或分類。

　　他們的研究表明，該混合計(jì)算系統(tǒng)能夠被用于語音識別，經(jīng)訓(xùn)練改進(jìn)后能達(dá)到約78%的準(zhǔn)確度，但與具有長短期記憶的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比，該系統(tǒng)在使用同一數(shù)據(jù)集時(shí)準(zhǔn)確性稍遜。

　　論文作者表示，大腦類器官只是系統(tǒng)的一個(gè)部分，更復(fù)雜的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)尚有待演示。

　　《自然-電子學(xué)》同期發(fā)表同行專家的“新聞與觀點(diǎn)”文章指出，隨著這些類器官系統(tǒng)的復(fù)雜性增加，對于學(xué)界而言，研究含有人類神經(jīng)組織的生物計(jì)算系統(tǒng)的相關(guān)諸多神經(jīng)倫理問題變得重要。他們認(rèn)為，創(chuàng)造出通用生物計(jì)算系統(tǒng)可能還要數(shù)十年，但這一研究有可能就學(xué)習(xí)、神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)退行性疾病的認(rèn)知影響等機(jī)制產(chǎn)生基礎(chǔ)性的見解。(完)