大肠杆菌还能构成AI:会下棋能走迷宫 未来还能做手写识别
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大肠杆菌还能构成AI:会下棋能走迷宫 未来还能做手写识别

近日,西班牙国家研究委员会的团队发布的一项研究显示,经过基因改造之后的细菌,已经学会了走迷宫,以及下井字棋。

团队中的一位研究人员AlfonsoJaramillo指出,目前的研究创造出了能够学习的活体材料,未来可能还将制造“智能微生物组“。

据了解,被用于研究的原始细菌是人类肠道中非常常见的一种微生物——大肠杆菌。此前,已有基因改造的相关研究可以使得大肠杆菌感知化学试剂并作出反应。这次研究团队做出了进一步改进。

图源作者推特

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他们将一种叫做“质粒”的圆形DNA片段复制,并将那些复制体都组合在一起,每一个质粒用一个荧光蛋白质编码,分为红和绿两种颜色。在受到相关化学物质和抗生素的影响时,细菌中两种质粒的比例和颜色会发生变化,否则保持不变。

改造后细菌的DNA组成形成了一种“记忆”,在引入新的“数据”之前记忆都将保持不变,而引入新数据后,质粒的比例发生变化,一些记忆也会被保留下来,也因此使得某种形式的学习成为了可能。

科学家将其描述为memregulon,也就是记忆调节器的缩略语。

图源论文,memregulon设计图

图源论文,memregulon设计图

这种记忆调节器类似电子元件中的记忆电阻器,能够通过测定的阻值得知流经元件的电荷量,从而达到一种“记忆电荷”的效果,这一元件正在成为人工神经网络内存计算引擎中的重要组成部分。

这个能够接受输入(化学物质或抗生素)、传递结果(DNA改变或颜色变化),由大肠杆菌构成的特殊系统,完全可以被看作一个填充了大量的数据,以便学习和提取逻辑连接,从而实现给定的目标的人工智能(AI)系统。

AI系统做好了,接下来就是对它们进行训练。

第一个谜题是迷宫,最终目标是在不回头的情况下找到出路。科学家们在迷宫交叉口的三个可能的转向上投入不同的化学试剂。在细菌选择了错误的道路时,使用特殊诱导剂进行“惩罚”,直到它们编码最佳路径的输出。

图源论文示意图

图源论文示意图

接下来就是井字棋,最终目标也很简单——横竖斜先达到三子连成一线的即为胜利。

细菌被培养在一个3×3的相隔培养皿中,科学家们会在特定的格子中加入化学物质,从而使细菌得到“数据”。一开始的细菌会只是在随机进行下一步行动,但经过强化学习的奖惩机制——这一步行动不利于获胜时就加入抗生素“惩罚”,细菌逐渐开始上手这一游戏。

图源论文示意图

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细菌作出反应需要时间,整个实验最终花费了几天时间,共进行了八轮实验,就让细菌们像AI中的神经网络一样工作,从完全无知的新手成为了井字棋的专家。

研究人员AlfonsoJaramillo将改造后的细菌称为“智能细菌”。他提出,“驯服”这些细菌将为人类提供低成本的食物、健康和能量。很快,他们还将公布通过细菌进行手写识别的研究成果。