在种植蘑菇计算机的实验室里，科学家用菌丝体实现神经形态电路

编辑：王楷

实验证明，黏菌可以通过不同类型的刺激来得到控制，并被用于模拟电路和电子产品的基本构建 —— 逻辑门，而这也是「蘑菇计算机」的基础。

乍一看，非传统计算实验室看起来就像一个普通的工作空间，其干净光滑的台面上排列摆放着计算机和科学仪器。但如果你仔细观察，就会发现有一些异常现象。

最近，一项公开分享的研究视频就显示了些许怪异之处：在凌乱的桌子上，有一些大型塑料容器，电极从泡沫状的物质中伸出，还有一块上面长着微小平菇的巨大主板。

当然，这个实验室并不是要重现《最后生还者》中的场景，这部作品中的研究人员一直致力于研究上面提到的那种东西。在 2001 年，该想法就出现了，相信下个世纪的计算机将由化学或生命系统或是湿件组成，它们将与硬件和软件协同工作。

为什么这么说？

理论上，将复杂的动力学和系统架构集成到计算基础设施中，可以让它用新的方式处理和分析信息。从基于实验生物学的算法以及微生物传感器和康普茶（又名红茶菌）电路板的原型中可以看出，这绝对是一个近期方取得进展的想法。

换句话说，他们试图想看看蘑菇是否可以执行计算和传感功能。

一块蘑菇主板。

关于真菌计算机，其中的菌丝体（一种真菌的分支，拥有网状根结构）可以充当导体以及计算机中的电子元件（蘑菇只是真菌的子实体）。它们可以接收和发送电信号，并保存记忆。

西英格兰大学非传统计算实验室主任 Andrew Adamatzky 说：「我将菌丝体培养物与木屑混合，然后将其放入封闭的塑料盒中，让菌丝体得以在基质中繁殖，这样一切看起来都是白色的。然后我们插入电极并记录菌丝体的电活动。也就是说，通过刺激，它变成了电活动，而后我们观测到了反应。」他还指出，这是英国唯一一所存在化学、液体或生物物质的计算机科学系湿实验室。

准备记录牡蛎真菌生长繁殖的碎屑中的电阻动态。

经典计算机将问题视为二进制数：1 和 0，这代表着这些设备所采用的传统方法。然而，该系统并不是总能捕捉到现实世界中的大多数动态。这就是研究人员正在研究量子计算机（可以更好地模拟分子）和基于活体脑细胞的芯片（可以更好地模拟神经网络）等技术的原因，这些技术可以以不同的方式表示和处理信息，使用一系列复杂的多维函数，并为某些问题提供更精确的计算。

科学家们早已知道，蘑菇会通过一种「互联网」般的通信方式与环境和周围的生物保持联系。你可能已有所耳闻，这种互联网被称为「木维网」（wood wide web）。通过破译真菌用此生物网络发送信号的语言，科学家们不仅可以深入了解地下生态系统的状态，还可以充分利用它们来改进我们自己的信息系统。

冬虫夏草真菌子实体的插图。

蘑菇计算机可以提供一些优于传统计算机的好处。虽然它们永远无法与当今现代机器的速度相提并论，但它们可以具有更高的容错率（它们可以自我再生）、可重新配置（它们自然生长和进化）并且消耗极少的能量。

在偶然发现蘑菇之前，从 2006 年到 2016 年，Adamatzky 都在从事黏菌（Slime mode）计算机的研究 —— 是的，这涉及到使用黏菌来解决计算问题。绒泡菌属，在科学上被称为黏菌，是一种类似变形虫的生物，其质量无定形地分布在整个空间里。

黏菌是「智能的」，这意味着它们可以找到解决问题的方法，比如在迷宫中找到最短路径，而无需程序员给出确切的指示或参数。然而，它们也可以通过不同类型的刺激来得到控制，并被用于模拟电路和电子产品的基本构建 —— 逻辑门。

记录牡蛎真菌生长繁殖。

黏菌的大部分工作都是针对网络设计中重要被称为「Steiner 树」或「生成树」问题进行的，并通过使用寻路优化算法来解决这些问题。「通过黏菌，我们模仿了小径和马路。我们甚至出版了一本关于道路交通网络生物活性评价的书，」Adamatzky 说，「我们还解决了计算几何中的许多问题，此外还使用黏菌来控制机器人。」

当结束自己的黏菌项目时，Adamatzky 想知道如果他们开始研究蘑菇是否会发生什么有趣的事情，蘑菇是一种与绒泡菌既相似又截然不同的有机体。「实际上，我们发现蘑菇会产生类似动作电位的脉冲， 与神经元产生的脉冲相同，」他说。「我们是第一个报告通过微电极测量真菌脉冲活动的实验室，也是第一个开发真菌计算和真菌电子器件的实验室。」

使用脉冲活动来制作门（gate）的一个示例。

在大脑中，神经元通过脉冲活动和脉冲模式来传递信号，这种特性已被模仿用以制作人工神经网络。菌丝体做的事情正与此类似。这意味着研究人员可以将脉冲的存在或不存在作为 0 或 1，并对检测到的脉冲的不同时间点和空间位置点进行编码，使其与计算机编程语言中看到的各种门（gate）相关联。此外，如果在两个独立不同的点刺激菌丝体，那么它们之间的电导率就会增加，那么它们之间的交流会更快、更可靠，从而使得记忆被建立。这就像脑细胞形成习惯的过程。

具有不同几何形状的菌丝体可以计算不同的逻辑功能，并且它们可以根据从中接收到的电响应来绘制出这些电路。「如果你发送电子，它们就会出现脉冲，」Adamatzky 说。「实现神经形态电路是可能的，可以说，我正计划用蘑菇来制作大脑。」

在塑造大脑时注入了化学物质的木碎屑。安德鲁・阿达马茨基（ Andrew Adamatzky）

到目前为止，他们已经研究过牡蛎真菌 (Pleurotus djamor)、幽灵真菌 (Omphalotus nidiformis)、支架真菌 (无柄灵芝：Ganoderma resinaceum)、金针菇 (Flammulina velutipes)、裂褶菌 (Schizophyllum commune) 和冬虫夏草 (Cordyceps militari) .

「现在仅仅是可行性研究， 我们只是在证明其实现计算是可能的，而且用菌丝体实现基本逻辑电路和基本电子电路也是可能的，」Adamatzky 说。「未来，我们可以生产出更先进的菌丝体计算机和控制设备。」