來自加州理工學院生物工程系、電腦科學系、計算與神經系統學系及電子工程系的研究人 員首 次在試管中用DNA構造出了人工神經網路，這一人工神經網路可以像大腦一樣根據不 完整的資訊回想起相關的記憶。這標誌科研人員在通往人工智慧的道路上邁出 了重要的 一步。這一研究成果公佈在7月20日的《自然》雜誌上。 這項研究由加州理工學院Erik Winfree教授、Jehoshua Bruck教授和上海交大Bio-X中心 博士生錢璐璐（現在在加州理工學院）共同完成。錢璐璐博士2007年于上海交大Bio-X中 心獲得博士學位，現在 加利福尼亞理工學院從事博士後研究工作，主要研究領域是生物 納米技術與DNA分子計算。不久前，錢璐璐博士與Erik Winfree教授共同利用人工合成的 DNA分子，在試管中完成了迄今最複雜的生化電路。這種電路可以用來探索生物系統處理 資訊的原理。這一研究成果公佈 在6月的《科學》雜誌上。 人類的大腦具有不可思議的功能，它讓人們辨別出事件間相互聯繫的方式，形成記憶，做 出決 定，並採取行動。儘管在過去的幾十年裏，科研人員一直致力於構造出類似於腦的 人工智慧生化系統，然而為之努力的道路上卻面臨著重重困難。研究人員在新研究 中提 出了一個奇思妙想——用溶液中相互作用的分子來展示類似於腦的功能。 據EurekAlert的報導，科研人員構建的新型生化神經網路是基於一種簡單的神經元的 數 學模型。這個模型被稱為線性閾值函數。模型中的神經元接收一組輸入信號，對每個信號 乘以正的或者負的權重，只有當所有的帶權重的輸入信號之和大於某個特 定的閾值時， 神經元才會興奮並釋放出一個輸出信號。 在這篇文章中，科研人員採用了一個被稱為鏈置換級聯的過程來構造DNA神經網路。這一 方法 用到單鏈和部分雙鏈的DNA分子。部分雙鏈是指，單鏈從雙螺旋結構的末端像尾巴一 樣延伸出來。在水溶液中自由浮動時，一個單鏈會碰上一個部分雙鏈，如果它 們的堿基 （DNA序列中的字母）是互配的，單鏈就會抓住雙鏈的尾巴，纏繞上去並把另一條單鏈從 雙螺旋中踢走。由此，最初的單鏈充當了一個輸入信號，而被取 代的單鏈充當了一個輸 出信號，可以接著與其他分子相作用。 研究人員利用112種不同的DNA鏈組成了四個相互聯繫的人工神經元，並通過一種猜心術遊 戲對所構造的神經網路進行了檢測。在這個遊戲中，它試圖辨認一個身份未知的科學家 。科研人員“訓練”這一神經網路來“認識”四位元科學家，他們的身份由四個 是非問 題的答案來決定，例如這個科學家是不是英國人。 人類玩家先在心裏默想一個科學家，提供一組不完整的是非問題的答案來暗示這個科學家 的身 份。對應於每一個“是”或者“不是”的答案，玩家將一個特定的DNA鏈加入到試管 中，作為傳達給神經網路的線索。而神經網路會根據這些線索來猜測玩家心裏 所想的是 哪個科學家，並將結果通過螢光信號告訴給玩家。在某些情況下，神經網路會“說”，玩 家提供的線索與它記憶中的多個科學家相符，或者這些線索與它所 記得的資訊相互矛盾 。科研人員和這個試管中的神經網路玩了27次遊戲，每次提供的線索都不相同（一共有81 種組合的可能），而它每次都猜對了。 因為科研人員可以設計任意想要的堿基序列來合成DNA鏈，他們可以對這些分子間的相互 作用 進行編程，根據神經元的模型設計出DNA神經網路。通過調整網路中逐個DNA分子的 濃度，科研人員教給了它是非問題的答案，而這些答案組合在一起的不同模 式分別決定 了四個不同的科學家。 科研人員表示，這種具有人工智慧的生化系統，或者至少是具有某些基本的決策能力的生 化系 統，可以在醫藥，化學以及生物領域帶來不可估量的應用。在將來，這樣的系統也 許可以在細胞內工作，幫助回答根本的生物問題或者診斷疾病。如果一個生化過程 能夠 對其他分子的存在做出智慧回應，它將會允許工程師們一步一個分子的製造出日益複雜的 化學物質，或者搭建出新的分子結構。並且在科技應用之外，對這些系 統的設計也可以 帶給思維的進化過程以間接的認識。（來源：生物通 何嬙） -- 網頁: http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/201172516104157218239.shtm (簡體) 論文： http://www.nature.com/nature/journal/v475/n7356/full/nature10262.html --

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