脑细胞计算机可能比硅芯片更节能

有一天，您的计算机可能会靠脑细胞运行。

研究人员最近发现，生物计算机可以比我们今天使用的硅芯片更省电。在宣布这一发现的论文中，科学家们描述了使用 50,000 个从干细胞中培养出来的脑细胞。这是利用进化的力量使计算机处理速度更快的不断发展的运动的一部分。

约翰霍普金斯大学教授、该论文的主要作者之一托马斯·哈同 (Thomas Hartung) 表示：“与计算机相比，大脑具有令人印象深刻的能力，例如它的效率、持续学习和直觉决策，这推动了这一切，”在电子邮件采访中告诉 Lifewire。“世界上最快的超级计算机仅在去年 6 月就达到了单个人脑的估计计算能力，但这台计算机占地 6,800 平方英尺，耗资 6 亿美元。”

让生物计算机工作

研究小组在他们的论文中描述了一种创建“类器官智能”或 OI 的方法。该方法将使用在细胞培养中生长的大脑类器官，它们与大脑具有一些相同的功能和结构。

将大脑用作计算机的想法并不是全新的。Hartung 指出，他的同事们去年表明，脑细胞培养物可以学习玩电脑游戏 Pong。其他科学家已经演示了如何用大脑类器官控制机器人。

“我们正在寻找如何优化这些过程并将它们用作优化模型或研究物质效应的基准，”Hartung 说。

但是让大脑像计算机一样工作是很棘手的。乔治敦大学医学中心神经病学和生物化学教授James Giordano在接受电子邮件采访时说，一种方法是计算机融合，它涉及两种基本架构：第一种是计算硬件在结构上“适合”神经细胞阵列。第二种方法是将神经细胞单独或以小簇的形式安装到计算电路上。

“这种方法可用于使计算系统能够‘解释’神经细胞节点和网络以及整个系统类器官的活动;在后一种情况下，可以使神经细胞的特性直接适应并传输到计算上系统，”他补充道。

我可以想象，我们通过尝试生物计算来了解大脑是如何工作的，并相应地为我们的计算机体系结构建模。

一个达到目的的手段

CATALOG的首席技术官Dave Turek在一封电子邮件中说， 生物计算机最终可能会接管一些传统的计算任务，CATALOG是一家开发基于 DNA 的数据存储和计算机的公司。他指出，近年来，IT 行业目睹了适合用途的技术激增，包括 GPU 等加速器、量子计算机和强大的并行计算机。

“然而，这种性能和规模是以更高的能耗、更大的内存和长期存储需求以及更高的管理复杂性为代价的，”Turek 说。“这在基于化学的 DNA 计算系统中产生了巨大的兴趣和动力，这些系统的物理足迹小得多，消耗的能量低几个数量级，并且能够抵抗传统的电子安全漏洞。”

Turek 的公司最近通过使用 DNA 化学展示基本的并行搜索能力，实现了基于 DNA 的计算里程碑。9 月，CATALOG 将莎士比亚的《哈姆雷特》中的 大约17,000 个单词编码到 DNA 中。

“CATALOG 的创新方法首次展示了如何利用 DNA 化学的大规模并行性来搜索存储在 DNA 中的几乎任何数量的数据，而无需按预期的比例增加资源，”Turek 说。

尽管最近取得了一些进展，但不要指望很快就能为您的台式机购买一台有机计算机。Hartung 说，生物计算与其说是现实，不如说是一种“愿景”。

“很难想象一台笔记本电脑会定期注入细胞培养基，”他补充道。“就个人而言，我可以想象，我们可以通过尝试生物计算来了解大脑的工作原理，并相应地为我们的计算机架构建模。”

亚利桑那州立大学仿生纳米技术和分子计算研究员 Petr Sulc在一封电子邮件中表示，他预计很快就会有基于细胞和生物分子的计算用于诊断和治疗目的。

“使用脑细胞类器官进行更节能的计算可能还很遥远，”他补充道。“除了‘能量效率’的吸引力之外，人们还需要考虑与生产和维护这些电池相关的高成本，这可能会超过这种系统提供的计算效率。”