法国人把死人脑子接上机械手，三天后它学会了弹钢琴

酷玩实验室原创作品

今年六月，法国蒙彼利埃大学的一间实验室里，一台钢琴被奏响了。

弹琴的是一只机械手，这不稀奇，这种机器人弹琴的视频你可能刷到过几百个。

奇怪的是控制这只手的东西，顺着线缆往回找，穿过电脑，来到一个恒温恒湿的培养箱，最后停在一个培养皿上，培养皿里泡着一小片灰白色的组织，那是一块人脑。

当初得到它的时候，它的主人已经去世好几个小时了，现在，主人早已不在，这片脑子还在培养皿里练琴。

这块脑子的主人生前会不会弹琴，咱不知道。

他去世之后，被切片出来的脑子倒是学会了，而且是花了三天时间自己学的。

这不是科幻电影的画面，而是一项最近的科研成果。

团队把整件事写成了论文，题目是《离体人脑组织的无监督感觉-运动关联学习，使机器人实现动作模仿》。

论文发布在Research Square预印本平台

更让人坐不住的是，这片脑子学完之后还能记一段时间。

有的脑片在训练结束17天后还记得怎么弹。

一块没有意识、没有奖赏回路、主人已经不在的脑组织，只要听到声音，就能动对手指。

01 一块脑子是怎么自己去学弹琴的

这里先说一个背景知识：人死之后，脑子里的神经元不是立马“关机”的。

死后数小时内取出脑组织，切成薄片放在合适条件下培养，神经元还能继续放电。这件事神经科学界早就知道，但以前大家拿这种离体脑片多数只干一件事：看它放电，记录信号。

法国这个团队突发奇想：要不让这脑子学点啥？

法国蒙特利尔大学

这咋想的呢？

是的，还是因为AI。

现在的AI虽然能力猛，但成本同样巨大，论文里做了一些对比：AlphaGo为了打赢人类围棋世界冠军，训练了超过15万局棋，相当于一个人每天下8小时连下100多年。

GPT-3很厉害，但它训练吃掉的数据量，相当于一个人每天读5本电子书读250年。

百度百科

然后大家一个个的都说要追求AGI，通用人工智能。好，那我们有请最强AI缔造者、又智能又通用、真正的AGI：人脑。

一个成年人大脑的功耗只有20瓦，跟一个灯泡差不多，但它能学语言、做数学、弹真的钢琴、谈恋爱，还能顺带思考一下人生意义。训练一个AI模型可能烧掉一座小型发电站的电量，而你的大脑学会同样的事只需要几碗米饭的热量，同样是学会一件事，生物神经元的性价比高到离谱。

所以把活的神经元接进计算系统，一直被看作一个虽然难但值得探索的方向，这在《辐射》和《黑客帝国》里亦有记载。

问题是，拿什么当神经元？体外培养的神经元网络，连接不够稳定，教了容易忘；类脑器官发育不够成熟，个体差异还大。

于是，这个团队选了第三条路：直接用死后成年人脑的真实组织。

真实的人脑标本

他们用的材料叫OPAB，简单说就是把死后的成人脑组织切成薄片做离体培养，原料来自3位遗体捐献者大脑中负责控制运动的那块皮层。

实验所用脑组织取自初级运动皮层，也就是大脑中参与控制身体动作的区域

虽然人死后大脑神经不会立马死亡，但神经元死起来也不等人，所以整个流程像一场抢救：死后12小时以内取材，脑块出了医院，30分钟内必须送进实验室，这可能是全法国时效要求最严的一单配送了。

然后到了实验室就赶紧切：300微米一片，每片带皮层各层和一小块白质，一共30片，切完码好。

三位供体一共提供30片脑片，其中16片进入核心模仿实验，其余用于病毒实验和纵向追踪（图片内容经翻译）

脑片被放在一个微电极阵列上，60个锥形电极像小钉子一样扎进组织约80微米深。

研究人员从中随机挑了6个，3个当运动电极，3个当感觉电极。随机选是故意的，团队要证明的是哪哪儿都能学会，脑片能在任意位置建立新的关联。

左侧是脑片与微电极阵列，右侧热力图显示不同脑片在配对训练后的双向功能连接变化

接下来就是这套实验最精巧的部分了。

整套装置像是给脑片配齐了一套器官：机械手是它的手，麦克风是它的耳朵，中间的电脑负责当脊髓，来回传话。

左边是人用手行动、靠眼耳接收反馈；右边把手换成机械手、把感觉反馈换成麦克风和电刺激，一套极简“身体”就拼出来了（图片内容经翻译）

实验使用Shadow Dexterous Hand系列仿生机械手，让三根手指分别负责LA、TI、DO三个琴键 | 图源：Shadow Robot

具体配置是这样的：脑片泡在培养液里，待在一个温度湿度气体成分都很舒适的培养箱里，通过线缆连到外面的电脑。电脑另一头接着一只机械手，五根手指和人手一样能独立弯曲，实验用了其中三根，分别按钢琴上的LA、TI、DO三个键。

真实实验现场：左边培养箱里是脑片，右边是钢琴、麦克风和机械手，科幻感主要靠器材自己完成（图片内容经翻译）

脑片这头一放电，电脑翻译成指令，手指按下琴键；琴一响，麦克风听见，再把声音翻译成电刺激拍回脑片。一来一回，闭环跑通。

具体来说，这个过程是这样的：

电极给脑片打一个电脉冲，一小撮神经元被激活，信号传到电脑，电脑给机械手下令：食指弯。食指按下LA键，琴声响了，麦克风听见，解码器识别出“这是LA！”，再转成一道电刺激送回脑片“你刚才按的那个键，发出的是这个声音。”一秒一个循环，很有节奏感。

同一根手指连按5次是一组，让脑片反复感受同一组配对；5次结束，随机换另一根手指再来。一根手指每天100次，三根加起来一天300次，三天总共900次。

整个过程没有老师打分，弹对了没有奖励，弹错了也没人纠正。事实上训练阶段根本不存在弹错，因为每次都是系统主动激活电极、手指按下去的，回来的声音必然和那根手指对应的键吻合。

那它靠什么学会的？靠重复。

神经元有个本能：两组神经元如果反复在差不多的时间点一起放电，它们之间的连接就会被加强。三天下来，脑片慢慢建立起了对应关系：激活这组神经元，大概就能听到LA；激活那组，听到的是TI。

原理上，这其实就是婴儿学动作的极简版。

新生儿不知道哪块肌肉对应什么效果，靠到处乱蹬乱抓来观察后果，慢慢建立动作和感觉之间的连接。脑片在培养皿里经历的正是同一个过程：动——听——记住，动——听——记住。区别是婴儿得蹬好几个月，脑片只用了三天。一块培养皿里的脑片，就这样被装上了一只手和一只耳朵，大概是人类历史上最简陋的一具身体了。

脑片放电驱动机械手按键，琴声再经麦克风和处理单元转成电刺激反馈给脑片（图片内容经翻译）

02 从乱猜到六成正确

三天练完，开始考试！

实验员坐到钢琴前随机弹一串音，看脑片能不能控制机械手弹出同样的序列。

训练第一天测了一次，这是对照组：16片脑片平均准确率31.2%。三选一随便蒙的概率是33%，所以这个数字的意思就是，脑片在瞎猜。

可以理解，毕竟还没开始学。

三天训练之后再测：整体准确率升到了58.5%，差不多六成，及格线有了。

其中3片脑片做到了100%，3个音全对，满分，还有7片稳定学会了两个音，第三个会跟其他音搞混。

为了排除好成绩也是瞎猜的可能，团队做了三组对照，一组比一组狠。

第一组，同一块脑片，但换上没训练过的电极连机械手，结果还是乱猜水平，准确率36.6%。这说明，训练是在特定电极所接触的神经元之间建立了新的连接，而不是让整块脑片的状态普遍变好。

第二组，给训练好的脑片下药，两种专门掐断神经信号传递的药，下去四小时后再测，学习效果显著下降。相当于你费劲背了三天单词，有人一针下去给你清零了。

下药四小时后（粉色），机械手的模仿表现明显下降

第三组更狠，直接对着脑片撒毒。团队用一种神经嗜性病毒去感染训练好的脑片，三天后再测，表现一落千丈。下药不够还上毒，对脑片来说这待遇属实有点过分。

但科学就是这样，三组对照一组都不能少。病毒都能把学会的东西破坏掉，反过来正好证明，这东西确实写进了神经回路。

感染病毒的脑片表现集中在随机水平附近（粉红色），健康脑片整体更高

三组对照指向同一个结论：脑片学到了真实的感觉-运动关联，靠的是突触可塑性，即神经元之间的连接强度会随着配对活动而改变。鲁迅说走得人多了，也变成了路，神经元之间反复发生配对活动，也会建立更强的功能连接。

而且，团队发现脑片的学习是双向的：你教它按这个键会发这个声，它自动就会听到这个声去按这个键，所谓正着学一遍，反着不用教。

就像你指着苹果教小孩说苹果，教几次之后他听到苹果两个字就能指对水果，你只教了看到、说出，他自己学会了听到、指出，脑片干的就是这件事，模仿能力就是靠这个来的。

这事听着理所当然，但对AI来说恰恰不是，要在人工神经网络里实现关联反转，得专门设计算法。但咱们脑子天然就会。

在一个更小规模的纵向追踪实验里，5片脑片中有4片在训练结束17天后仍然保持着学习效果，其中两片三个音全对。一块0.3毫米厚的脑片，在培养皿里记住了一件事，记了两个多星期，没人给它复习，也没人这么要求它，但它就是自己记住了。

03 离赛博朋克还有多远

看到这里，一个电影画面就出现了：人脑泡在营养液里，指挥一具机械身体满街跑。

这是赛博朋克故事里的标准配置。

那么，这论文一发，不是正好可以来畅想一下我们离那一步还有多远吗？

答案是：非常远。发过论文的读者们可能知道，实验室里发生的不同于现实，更不同于科幻小说里的场景。

经典“缸中之脑”思想实验：脑子以为自己正在阳光下散步，现实里却只是在缸里接收信号 | 图源：Wikimedia Commons

整个实验一共三个音，LA、TI、DO，远不是一首曲子。管这叫弹钢琴的话，郎朗可能会有意见。

而且，将近四成的脑片连两个音都没学会、样本少，一共就来自3位捐献者，论文本身也还是预印本，还没走完同行评议。

所以，现在这个结果和控制一只义肢做精细操作之间的距离，大概相当于你在键盘上敲了三个字和写完一本小说。要是真那么厉害，马斯克早就坐不住了。

但这个实验真正的意义，不只在让脑片弹琴，而是它给了科学家一个可以直接观察人脑怎么学习的窗口。

人类对自己大脑的了解，其实根本没有那么透彻。

学一个新动作的时候，突触到底是怎么变的？哪些连接增强了，哪些被修剪掉了？这些问题问了几十年，但不好验证，毕竟真的不好打开脑子认真看。

小鼠实验倒是做过不少，但动物模型和人脑差异太大，拿小鼠的结论直接推到到人身上也经常翻车。而死后脑片保留了成年人大脑真实的细胞结构和层次，放在培养皿里正好方便拿来做研究。

团队自己就在论文里做了个示范：用病毒感染训练好的脑片，学习能力直接废掉。这种病毒在人体内通常没什么症状，但对神经认知有没有隐性影响，临床上一直没有好的测量手段，这套系统提供了一个可以直接看的窗口。

再往前想一步。如果这个平台能稳定培养更长时间，接更多电极，跑更复杂的学习任务，它就可能变成药物筛选的工具：想测一种药对人脑学习能力有没有影响，不用上动物模型，不用猜跨物种差异，直接在人脑组织上测。

之前，美国有家叫Bexorg的公司干过更吓人的事：用完整的离体人脑做药物测试平台。他们几年里处理了超过700颗大脑，还帮一款药拿到了FDA的临床试验批准。

法国团队这套系统跟他们的路线不完全一样，但指向的方向有交集：死后的人脑组织，可能比我们以前以为的有用得多。

一块脑组织离开了人体，没有意识，没有奖赏信号，就靠神经元之间连接的变化，跑通了感知、行动、反馈、学习的完整闭环。真所谓，死也要学。

脑科学被称为“生命科学最后的圣杯”。人脑这块硬件，确实厉害得离谱。

酷玩实验室整理编辑

首发于微信公众号： 酷玩实验室（ID：coollabs）

人没了，脑子没下班