网络收藏:科技万有瘾力 (第20期):何谓生命

发布时间:2013/8/31 17:51:29 热度:282
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导读: 【科技模糊了生物与机械、天然与人造之间的界限,有从冰冷机器中孕育的智能,又有嵌入肉体中的钢筋铁骨,甚至生命本身也能够“无中生有”。本期《科技万有瘾力》将追问“何...;

【科技模糊了生物与机械、天然与人造之间的界限,有从冰冷机器中孕育的智能,又有嵌入肉体中的钢筋铁骨,甚至生命本身也能够“无中生有”。本期《科技万有瘾力》将追问“何谓生命”?】

模拟大脑:会思考的软件

大脑是进化的产物

生命是进化的瑰宝,大脑是生命皇冠上的宝石;而如今,这颗夺目的宝石不再被生命所独占。

加拿大科学家最近宣布研制出迄今为止最接近真实大脑的大脑模型。该“大脑”利用超级电脑运行,甚至能通过基本的IQ测试。

该“大脑”由250万个神经元组成

这个虚拟大脑精确模拟出了人脑的子系统和线路布局,比如,视觉输入经过处理后,最终数据被储存在神经元里,然后向皮层发送任务指令。

它甚至模拟了人脑的局限性——人脑总是拼命储存大量的短期记忆,而不是少量有用的长期记忆。科学家下一步打算让该“大脑”具备学习新任务的能力,而不仅仅是按照现有的程序运行。

与它不同,此前介绍过的由谷歌开发的能够模仿人类视觉神经中枢的“人造大脑”模仿了人脑的思维模式,而未模仿人脑的结构。

这套由谷歌X实验室研发的系统自主决定从网络中挑选出与猫相关的图片和视频

人造大脑:造“脑”的电子元件

当然,上述两款“大脑”只是两款具备大脑功能的软件,并不是硬件。所以只能称得上是“模拟大脑”而非“人造大脑”。

但是,一台完全由电子元件组成的“大脑”,也不会太遥远了。

可编程只读存储器记忆(EPROM)微芯片集成电路中的记忆模块和支持电路

自我修复能力是活体生物区别于机器的一个能力,但最近美国加州理工学院的研究团队创造出一种能够学会自我修复信息通道的计算机芯片。该芯片含有超过10万个晶体管,这些晶体管并非同时工作。如果芯片被破坏,芯片就能够自主找到替换路线并且继续工作。

另一些科学家正研究忆阻器,这是一种能够模仿神经功能的微电子元件,是人造大脑的关键部件。多年来,忆阻器一直被视为神经突触的电子版。

忆阻器被内置于比人头发薄600倍的芯片中

突触是神经元之间联系的桥梁,神经元活动越多,这种突触联系也就越多。以巴甫洛夫的经典生理学实验为例,经过条件反射训练的狗能够在响铃和流口水之间建立新联系,而用忆阻器也能建立起类似的电子回路。科学家认为这是通往仿神经处理器的第一步。

恶搞图,巴甫洛夫条件反射实验的真相

脑机接口:可通用的“脑”

各种与脑波控制相关的研究层出不穷,让人觉得大脑的活动并不神秘。大脑发出的信号其实就是普通的电信号,可以被机器所识别。

布朗大学研发的无线大脑植入物演示模型

美国的布朗大学正在研发一款无线大脑植入物,该设备被植入大脑后,能够读取大脑传递的信号,然后向外部接收器传输数据。届时再通过一定的解读设备,瘫痪的人们就能用思维来控制电子设备。

退役的亚特兰蒂斯号太空飞船控制舱

对脑信号的解读,也在日新月异发展。英国的研究人员研发出一种脑机接口,能够用于控制宇宙飞船模拟器。研究人员在测试者身上安装了一个电极帽,测试者只需要通过思考就能够控制飞船进行围绕太阳飞行。

控制飞船太不现实?一家名为Puzzlebox的外国公司设计了一款的脑控玩具直升机用于教学

甚至还有研究人员试图鉴别出成功商业领袖大脑的思维模式——如一般认为共情(empathy)所对应的大脑活动模式有助于领导者高效行事,并以此为范本训练领导者的思维能力。

从模拟大脑思考模式的软件,到具备脑神经功能的电子元件,再到人脑和机器越来越无缝的沟通,“脑”不再是人造与天然泾渭分明的界限。

仿生手:最精巧的仿制品

在真“脑”假“脑”傻傻分不清楚的现在,一双灵巧的手也无须有血有肉。

该款仿生手能够灵巧得抓取球状物

今年,瑞典科学家宣布发明了全球首款带有触感的仿生手。这种仿生手可以通过电极被直接连接到截肢者的神经系统,这样接受移植者将可以自由地控制这只机械手,也能把机械手的触感传导至大脑。

这款机械手的手指、手掌和手腕全都能传导触感,手指能够摆动,还能握拳和握住东西,甚至能感觉到针刺入手掌的疼痛感。

电影《星球大战前传》中的天行者·阿纳金安装的假手已经部分实现

这种仿生手主要用来帮助截肢者,对于健康人而言,另有一款“智能指套”可以模仿手指感受到的电信号来增强触觉。

指套的电子电路由黄金导线制成,不愧

美国科学家去年开发出了一款“智能指套”,它能够将电子信号传到皮肤上,并转换为真实的触感,让手指变得超级灵敏。当用户将手指伸进指套之后,内部的柔性电路就会产生各种电子信号,刺激手指,形成各种感觉。开发者希望有一天能使人产生虚幻的感觉,欺骗大脑感觉到质地和温度等。

人造器官:没心没肺的未来人?

相比大脑和双手,人体的其他器官更加“单纯”。目前,几乎所有器官都已经可以被人造的替代品替代。甚至人造器官已经齐全到可以凑成一个完整的“人”。

该“仿生人”(图左)只是一个展示人造器官的“模型”,并非具有人的机能

今年初,英国伦敦,世界首个“仿生人”在科学博物馆揭开神秘的面纱,其造价约为1百万美元,是英国科学家利用来自世界各地的人造假肢和器官所打造。

1928年,一位小儿麻痹性呼吸不全的少女最早使用呼吸机进行治疗

相比“仿生人”身上展出的各型移植器官,目前用于替代病变器官的“人造器官”还显得很笨重。在未来,能够完全移植入体内,并尽可能不依赖体外能源将是人造器官的发展方向——自然,也会令人造与天然更加难以区分。

早些年开始投入实用的新型人工心脏利用旋转涡轮机使血液保持流动,植入该心型人工心脏的患者,胸口没有心跳只发出嗡嗡低鸣声

在科幻电影《机器管家》(Bicentennial Man)中,身为机器人的男主角向法院申请认定其为人类,理由是:在移植了一部分人类器官后,他与移植了一部分人造器官的“人类”并没有区别。

合成生物学:把玩生命的新极客

合成生物学就是利用DNA、酶及其他各种生物学元素构建出新系统的科学。用计算机打比方的话,DNA就是软件,有机体(如细菌或病毒等)就是硬件。植入“软件”后,有机体就变成一个“计算装置”了——好比安装了网易新闻客户端后,手机就具备了新闻阅读功能。

Apple I;有观点认为,乔布斯去世与他早年亲手组装Apple电脑,接触大量重金属元素有关

在国外,不少二十岁以下的年轻一族正热衷于鼓捣合成生物学,正如当年史蒂夫·乔布斯等人在车库中DIY个人计算机。而在未来,合成生物学很可能与个人电脑以相似的步伐发展。

但合成生物学与硬件DIY相比,真正让人恐怖的是,你晚上睡觉时,有机体还只有一个,早晨一觉醒来却发现,有机体变成了两个,然后是四个——它们变成了自我复制的计算装置!

合成生命:凡人入侵神的领域?

如果说热衷于合成生物学的新极客们是小打小闹的话,人类中从来不缺乏试图理解生命本质,并无中生有创造出生命的野心家。

丝状支原体( Mycoplasma mycoides ),地球上体积最小、结构最简单的生命形式之一。

2011 年夏天,斯坦福大学的一个团体,发表了名叫 “WholeCell”(全细胞)的计算机程序,成功模拟了一种支原体属细菌的整个生命周期。模型中包含了所有主要的生命过程:DNA 转录成 RNA、RNA 翻译成蛋白质、营养素代谢产生能量和结构成分、基因组的复制,以及最终通过细胞分裂进行繁殖。

用计算机程序模拟一个活细胞,宣告了生命可以被理解,不存在所谓的超自然元素,生命可以简化成一个算法、一个有限的计算过程。

DNA由4种最基本的碱基对组成

在更早的时候,美国科学家利用最基本的材料,“无中生有”拼装出了一种人造的细菌。

这支研究团队用碱基对组装大型的DNA染色体,并将组装好的染色体移植到细菌之中,并保证它能够正常工作。为了令他们合成的人工DNA区别于任何一条天然DNA,科学家们在DNA里加入了四段“加密水印”。他们不但用DNA序列来书写自己的名字和邮箱、网址,甚至还发挥了一点文青的浪漫气息,在其中一段水印中写下了3条颇具诗意的名言。

其中一条名言是:去生活,去犯错,去跌倒,去胜利,去用生命再创生命。——詹姆斯·乔伊斯《一个青年艺术家的画像》

在不少科幻故事中,“情感”和“幽默”是用于甄别人与非人的最后王牌。但会不会某天研究证实,情感和幽默也不过是略显复杂的算式?

【你认为什么是生命?欢迎在跟贴中发表看法。】


(本文素材采编自网络,部分文字及图片引用自果壳网、科学松鼠会、《环球科学》等媒体。)

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