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人類的下一次「進化」?先了解下腦機接口技術如何實現


IT之家要聞就像古希臘人夢想在天空翱翔一樣,今天的人們總是夢想著將大腦與機器融合來解決令人討厭的死亡問題。人類心靈能夠與人工智慧、機器人和其它心靈通過腦機接口技術(BCI)直接相連,從而超越人類壽命的限制嗎?在過去的多年裡,全世界的大學實驗室和科技公司的研究人...

- 2017年11月05日06時26分
- 科學文摘 / IT之家要聞

IT之家要聞

就像古希臘人夢想在天空翱翔一樣,今天的人們總是夢想著將大腦與機器融合來解決令人討厭的死亡問題。人類心靈能夠與人工智慧、機器人和其它心靈通過腦機接口技術(BCI)直接相連,從而超越人類壽命的限制嗎?

在過去的50多年裡,全世界的大學實驗室和科技公司的研究人員已經在這一領域獲得驚人的進步。最近伊隆·馬斯克和布萊恩·詹森等成功企業家已經公布了新的目標,試圖通過腦機接口技術增強人類能力。那麼,將大腦與科技相連的成功距離我們還有多遠?當我們的大腦與機器相連時會帶來怎樣的影響?

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美國運動感知神經工程學研究中心(CSNE)的研究人員Eb Fetz是這一領域最早的先驅者之一。在1969年,當時私人電腦甚至都還沒有問世,他就表明猴子能夠通過增強它們的腦電波信號來操控一個轉盤上的指針。

最近腦機接口技術領域的許多研究都以改善那些癱瘓或者患有嚴重運動殘疾的人們生活質量為目標。你可以在最近的新聞中看到研究人員獲得的成績。匹茲堡大學的研究人員藉助大腦中記錄的信號來操控一隻機器手臂。史丹福大學的研究人員能夠從癱瘓病人的腦電波中提取運動意圖,讓他們無線操控一台平板電腦。

研究人員發現,當電信號傳遞到大腦內或者大腦皮層時,就會有一些有限的虛擬感覺傳遞迴大腦。這一研究最早的應用涉及到視覺和聲覺康復治療。最早期的仿生眼具有嚴重的視覺障礙,而改善後的版本正在進行人類臨床實驗。此外,人工電子耳蝸已經成為最成功而且最普遍的仿生植入物之一,全世界超過30萬患者正藉助這種聽力裝置生活。

目前最複雜的腦機接口技術是雙向腦機接口技術(BBCI),這項技術不僅能夠接收神經系統信號還能夠刺激神經系統。研究人員將雙向腦機接口技術視作治療中風和脊髓受傷患者的一種全新康復工具。研究人員已經表明,雙向腦機接口技術能夠用於增強兩個大腦區域之間或者大腦與脊髓之間的連接,而且能夠變更受傷區域的信息傳遞路線來激活麻痹的肢體。

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隨著這些技術的成功,你或許認為腦機接口即將成為下一個用戶的消費必需品,但是這項技術仍然處於早期階段。腦機接口技術的一些展示表明我們仍然還有很長一段路。當藉助腦機接口技術進行移動時,與肢體健康人群的日常生活相比,實驗者的動作很緩慢而且精準度較低。仿生眼為人們提供了解析度較低的視力,人工電子耳蝸能夠傳遞有限的談話內容,而且會讓音樂體驗失真。

想要讓這些技術成功,必須通過外科手術植入電極,而這種方式是現在的大多數人都不考慮的。研究人員稱,並非所有的腦機接口技術都是侵入性的。非侵入性的腦機接口技術不需要進行外科手術,它們是建立在頭皮腦電波掃描的基礎上,而且用於演示操控滑鼠指針、輪椅、機器手臂、無人機和人形機器人等,甚至還有腦腦之間的直接交流。

但是所有這些演示都是在實驗室中的,實驗室中的房間是非常安靜的,而且測試者思想集中,實驗也持續了足夠長的時間來證實概念的可行性。但是這些系統在現實世界中難以滿足實際使用所需要的速度和穩定性。即使藉助植入電極,也會帶來其它問題,比如說我們大腦構造的複雜性。我們都清楚每個神經元和數千個鄰居共同構建了一個超大的網絡,但是這對於神經工程師來說有著完全不同的含義。

假設,你想要了解一群朋友正在進行的一個複雜話題的談話,但是你只允許傾聽一個人的話語。你或許只能夠聽到這位朋友話語中的粗淺內容,而且絕對無法聽到全部細節並分辨所有談話的細微差別。即使目前最好的大腦植入物也只能夠讓我們一次傾聽大腦的一小部分信息,我們可能已經獲得了一些令人敬佩的成績,但是我們還無法完全掌控大腦的全部信息。

研究人員認為其中還存在一些類似於「語言障礙」的困難。神經元通過複雜的電信號或者化學反應實現彼此之間的交流。這種天然的神經元語言可以用電路進行解釋,但是並不容易破解。同樣,當我們藉助電刺激向大腦發送信號時,就會出現嚴重的「口音」問題。這就會讓神經元難以理解這種刺激想要表達的信息內容。

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最後,這項技術可能還存在一些大腦損傷問題。大腦組織是柔軟而且有彈性的,而我們連接腦組織所使用的導電材料通常是非常硬的。這意味著我們使用的植入電極通常會帶來傷疤和免疫反應,也就是說植入物會隨著時間逐漸失效。未來柔軟的生物相容性纖維或許能夠最終解決這一難題。

儘管面對著這些挑戰,科學家們對於生物學未來信心十足。腦機接口技術並不需要完美,大腦有著驚人的適應能力,而且能夠學會使用這項技術,在某種程度上就像我們學習駕駛汽車或者使用觸屏介面的新技能。同樣,大腦能夠學會翻譯新型感覺信息,而且可以使用磁脈衝等非侵入性的方式傳遞信息。

科學家認為雙向腦機接口技術或許能夠成為搭建神經連接的必要一步。打造這樣一種雙向腦機接口是他們的研究目標。最近藉助電子療法進行的靶向治療也獲得了令人激動的成功,這種療法使用微型植入物直接向內臟器官傳遞指令來治療疾病,完全不需要藥物。

研究人員已經發現了一種新的方式來克服電信號與生物信號之間的語言障礙。比如說注射「神經花邊」或許能夠成為一種有希望的方式,讓神經元旁邊長出植入性電極而不是排斥它們。此外,柔軟的納米線探針、柔軟的神經元支架和玻璃碳接口或許能夠讓計算機在未來與我們人類愉快共存。

伊隆·馬斯克最新創建的Neuralink公司已經提出提出一個終極目標,藉助腦機接口技術增強人類大腦,讓人類能夠在與人工智慧的競賽中勝出。他希望人類的大腦能夠通過技術連接增強自身的能力,這樣或許能夠讓人類避免面臨一個人工智慧遠超過人類的社會。這樣的情景或許看起來很遙遠而且是人類想像出來的,但是我們不應當漠視這種想法。畢竟15年前自動駕駛汽車還被認為是屬於科幻的領域,現在卻已經上路行駛。

將我們人類的大腦直接與技術相連或許最終將成為一種自然過程,人類隨著老化會藉助技術來增強自身,比如說人類曾經藉助輪椅克服兩足行走的障礙,藉助寫下來的符號增強記憶等。就像現在的計算機、智慧型手機和虛擬現實頭盔一樣,當人機接口設備最終進入消費者市場時,它們將成為一種興奮、沮喪、風險和希望並存的產物。

在不遠的將來,隨著腦機接口技術的不斷完善,並且當這項技術能夠讓殘疾人的個體能力超越人類限制時,我們就會真正意識到一系列問題,比如說隱私、一致性、身份和平等性等。一個由哲學家、臨床醫生和工程師組成的團隊正在積極探索這些涉及倫理、道德和社會公平性的問題,並且想要在這一領域失去控制之前提供神經倫理方面的指導方針。


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