来自加州理工学院生物工程系、电脑科学系、计算与神经系统学系及电子工程系的研究人 员首 次在试管中用DNA构造出了人工神经网路，这一人工神经网路可以像大脑一样根据不 完整的资讯回想起相关的记忆。这标志科研人员在通往人工智慧的道路上迈出 了重要的 一步。这一研究成果公布在7月20日的《自然》杂志上。 这项研究由加州理工学院Erik Winfree教授、Jehoshua Bruck教授和上海交大Bio-X中心 博士生钱璐璐（现在在加州理工学院）共同完成。钱璐璐博士2007年于上海交大Bio-X中 心获得博士学位，现在 加利福尼亚理工学院从事博士後研究工作，主要研究领域是生物 纳米技术与DNA分子计算。不久前，钱璐璐博士与Erik Winfree教授共同利用人工合成的 DNA分子，在试管中完成了迄今最复杂的生化电路。这种电路可以用来探索生物系统处理 资讯的原理。这一研究成果公布 在6月的《科学》杂志上。 人类的大脑具有不可思议的功能，它让人们辨别出事件间相互联系的方式，形成记忆，做 出决 定，并采取行动。尽管在过去的几十年里，科研人员一直致力於构造出类似於脑的 人工智慧生化系统，然而为之努力的道路上却面临着重重困难。研究人员在新研究 中提 出了一个奇思妙想——用溶液中相互作用的分子来展示类似於脑的功能。 据EurekAlert的报导，科研人员构建的新型生化神经网路是基於一种简单的神经元的 数 学模型。这个模型被称为线性阈值函数。模型中的神经元接收一组输入信号，对每个信号 乘以正的或者负的权重，只有当所有的带权重的输入信号之和大於某个特 定的阈值时， 神经元才会兴奋并释放出一个输出信号。 在这篇文章中，科研人员采用了一个被称为链置换级联的过程来构造DNA神经网路。这一 方法 用到单链和部分双链的DNA分子。部分双链是指，单链从双螺旋结构的末端像尾巴一 样延伸出来。在水溶液中自由浮动时，一个单链会碰上一个部分双链，如果它 们的碱基 （DNA序列中的字母）是互配的，单链就会抓住双链的尾巴，缠绕上去并把另一条单链从 双螺旋中踢走。由此，最初的单链充当了一个输入信号，而被取 代的单链充当了一个输 出信号，可以接着与其他分子相作用。 研究人员利用112种不同的DNA链组成了四个相互联系的人工神经元，并通过一种猜心术游 戏对所构造的神经网路进行了检测。在这个游戏中，它试图辨认一个身份未知的科学家 。科研人员“训练”这一神经网路来“认识”四位元科学家，他们的身份由四个 是非问 题的答案来决定，例如这个科学家是不是英国人。 人类玩家先在心里默想一个科学家，提供一组不完整的是非问题的答案来暗示这个科学家 的身 份。对应於每一个“是”或者“不是”的答案，玩家将一个特定的DNA链加入到试管 中，作为传达给神经网路的线索。而神经网路会根据这些线索来猜测玩家心里 所想的是 哪个科学家，并将结果通过萤光信号告诉给玩家。在某些情况下，神经网路会“说”，玩 家提供的线索与它记忆中的多个科学家相符，或者这些线索与它所 记得的资讯相互矛盾 。科研人员和这个试管中的神经网路玩了27次游戏，每次提供的线索都不相同（一共有81 种组合的可能），而它每次都猜对了。 因为科研人员可以设计任意想要的碱基序列来合成DNA链，他们可以对这些分子间的相互 作用 进行编程，根据神经元的模型设计出DNA神经网路。通过调整网路中逐个DNA分子的 浓度，科研人员教给了它是非问题的答案，而这些答案组合在一起的不同模 式分别决定 了四个不同的科学家。 科研人员表示，这种具有人工智慧的生化系统，或者至少是具有某些基本的决策能力的生 化系 统，可以在医药，化学以及生物领域带来不可估量的应用。在将来，这样的系统也 许可以在细胞内工作，帮助回答根本的生物问题或者诊断疾病。如果一个生化过程 能够 对其他分子的存在做出智慧回应，它将会允许工程师们一步一个分子的制造出日益复杂的 化学物质，或者搭建出新的分子结构。并且在科技应用之外，对这些系 统的设计也可以 带给思维的进化过程以间接的认识。（来源：生物通 何嫱） -- 网页: http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/201172516104157218239.shtm (简体) 论文： http://www.nature.com/nature/journal/v475/n7356/full/nature10262.html --

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