科学家欲精确描绘霍金大脑思想

2012-05-17 20:43:46来源: 中国青年报

CFP供图

  过去30年里,患有运动神经疾病的英国物理学家斯蒂芬·霍金一直用残存的肢体能力,表达这颗世界最聪明大脑里的所思所想。但眼下,随着身体机能不断衰退,一切奥妙的思想可能都要永久封存在这颗大脑里了。

  全球的科学家可不允许这样糟糕的情况发生。“现在他正和不同团体合作,研究新的技术。”负责管理霍金沟通设备的助理约瑟夫·伍德对中国青年报记者说,“这些技术都代表着科学发展的方向,将为人类的通讯带来新希望。”

  最引人注目的莫过于一套名为“iBrain”的脑神经设备。它由美国脑神经科学家飞利浦·娄领头研发,眼下正针对霍金开展实验。

  “希望有一天霍金能够绕开残障的身体,仅靠‘想法’就能与外界沟通。”他说。

  从外形上看,“iBrain”酷似一条简约的黑色头带,上面安装了火柴盒大小的传感器,“比一盒香烟还轻”。它的重要使命是检测脑电波,了解人们“正在想什么”。

  尽管实验结果目前仍未正式发布,但娄对“心想事成”的前景雄心勃勃。“我们已经发现,当霍金教授正在想某些东西时,设备可以检测出来。”这位美国科学家说,“这实在太令人兴奋了,这意味着那些瘫痪的、不能与外界沟通的人,可能很快会得到帮助。”

  我们可以精确描绘霍金的大脑里正在发生什么

  当娄带着iBrain设备来到霍金位于剑桥大学的办公室时,这位有“宇宙之王”之称的英国科学家面无表情。他一动不动地躺在轮椅上,头向左歪斜着,全身唯一还能运动的,只剩下右眼下方的脸颊肌肉。

  过去几年来,这一小块肌肉成了霍金与外界沟通的唯一工具。他的眼镜镜框上挂着一个小小的红外线感应器,感应器又连着他的电脑。只要动一动脸颊,霍金就可以操作电脑上为他定制的一份特殊菜单。“他可以独立地回复邮件,与别人聊天,上各种网页。”伍德说。

  娄想到的却是另一种完全不同的沟通方式。他小心翼翼地为霍金佩戴上iBrain头带,让后者“想象自己正在将右手握成一个拳头”。

  “当然,他的手已经不能真的运动了,但他大脑的皮质运动区依然会发布命令,在脑中产生电波。”娄解释说,人脑细胞多如繁星,约有1000多亿个,为了完成某项指令,细胞之间互相发布信号进行沟通,而iBrain能够检测出信号的变化。

  这项实验自去年夏天就已启动。娄反复让霍金想象自己正在操作不同的动作, 同时一一记录下与霍金“某个想法”相配对的脑电波信号,实验结果将汇聚成一个“超级庞大的脑电波数据库”。

  “我们想看看霍金的大脑能不能产生持续稳定的信号模式,以便用电脑将这些信号翻译成一个字母,一个单词,或者一个命令。”娄说。

  事实上,这样的沟通方式在脑神经科学界早已不是神秘技术。清华大学专攻神经工程学的教授高小榕介绍,这种技术意味着“直接从大脑提取信号,去控制人体外部各种各样的电子设备”,被称为“脑机接口”。最早的研究起步于上世纪70年代的美国。

  2005年,清华大学也向公众展示了一项奇特的机器狗实验。人们只需坐在椅子上,光凭自己的大脑就能控制身边一只机器狗的运动,“人想着左手运动,狗就往左边走,想着右手运动,狗就向右边走”。

  背后的原理其实并不玄妙。实验时,人们戴上一个附有传感器的头罩,头罩连接着一台计算机,计算机又连接着机器狗。人们只要“想一想”,计算机便可以读取到相应的脑电波,将脑电波翻译后,再向机器狗发出指令。

  不过,要让计算机读取清晰的脑电波,人们还得先接受培训,学习“怎么想”。高小榕说,由于不同人控制大脑的能力有差异,有的人只需半小时就能学会控制机器狗,有的人则要花几个小时。

  在英国剑桥,娄让前往采访的《纽约时报》记者一同参与实验,想象某样东西,结果发现“霍金比记者做得好很多”。“霍金的大脑拥有特别厉害的专注能力。”娄说。

  对于脑电波,高小榕介绍,目前国际上的观测水平还只能读取“粗糙的想法和意图”,比方说人们想移动左手、右手、双脚或者舌头,但还不能检测出例如“我想喝杯茶”这样具体的信息。

  部分原因是由于大部分的检测仪器都置于头皮以外,离大脑的信号发射源很远。“这就像你站在大礼堂的外面,却想听清楚大礼堂里头到底谁在说话。”高小榕比喻说。

  但娄希望打破这个限制。早在攻读博士学位时,他已经设计出一套算法,用于“翻译”这些相对微弱的脑电波。利用这套算法,娄可以将霍金的脑电波变成一张形象的“大脑活动地图”,追踪霍金具体的想法。

  “有了这套算法,还有脑电波数据库,我们就可以精确地描绘霍金的大脑里正在发生什么。”娄对中国青年报记者说。通过之前的实验,他已经发现iBrain可以检测出人们一些具体的想法,“比方说一个人正在想象自己在家里,看着睡床”。

  对于实验结果,娄目前不愿透露太多。他计划在今年7月,与霍金一同出席在剑桥大学举办的一个神经科学大会,公布他从霍金大脑中得到的所有数据。“很长时间以来,人们都以为不能从人脑中读取精确信息,但事实是,我们正在证明,这是可以做到的。”娄说。

  如果没有这些辅助手段,霍金大概活不到今天

  这并不是霍金第一次走到沟通技术发展的尖端了。

  早在1986年,霍金就开始使用一部声音合成器,帮助他将写好的文字转化成声音。此前一年,他感染了肺炎,不得不进行气管切开术,从此失去了说话的能力。

  为了让霍金重新“发声”,剑桥大学研究适应性沟通的学者大卫·马森找来当时的电话答录机研究一番,成功改装出一部当时极其罕见的声音合成器。虽然这部机器生成的声音“有点像机器人”,“还带着些美国口音”,但霍金欣然接受了它。如今,这略显生硬的声音早已成为霍金的标志之一。

  在当时,随着运动神经疾病的不断恶化,霍金身上只有几根手指能够运动了。美国一家计算机公司的科学家专门设计了一个触碰式鼠标,以及一个不断滚动着26个英文字母的电脑界面。当特定字母出现时,霍金只需轻抬手指,便能选中字母。选中头几个字母后,电脑还会进一步联想,为霍金提供一些合适的词语。

  要维护好这一套先进的设备并非易事。曾连续5年担任霍金技术员的森姆·布莱克本至今记得,他会在深夜1点收到霍金私人助理的电话:“斯蒂芬现在说不了话,我们该怎么办?”

  而到了后来,霍金甚至连一根手指也动不了了,布莱克本又将鼠标改成了一个感应脸颊运动的红外线感应器,霍金的手指功能便被一小块脸颊肌肉所替代。

  高小榕说,长久以来,帮助残疾人使用计算机的传统理念就是“利用各种各样的残存能力”,这可能是一根能够活动的手指,甚至是“呼吸吹气的能力”和“舌头活动的能力”,后来人们才开始“异想天开”,“想象直接从脑子里提取信号”。

  “如果没有这些辅助手段来帮助霍金,他大概活不到今天。”高小榕说,残疾人一旦不能正常表达自己,告诉别人自己哪里不舒服,生命便会受到影响。

  2010年,高小榕与同事曾给一个与霍金相似的残疾人装上辅助沟通设备,让他通过眨眼睛来操作电脑。没想到,这位残疾人“说”的第一句话竟然是“我心脏不舒服,带我去医院”,这让高小榕大为震惊。

  不过,霍金做到的还不仅仅是生存下来。在几个手指还能动弹的时候,他通过辅助设备写出了许多讲义、论文,和包括畅销书《时间简史》在内的不少经典著作,尽管他最快的“打字”速度仅仅是每分钟4个英文单词。

  “斯蒂芬一个字母一个字母地撰写、编辑了《时间简史》,这真让人难以置信。”伍德说。

  霍金还曾经参演美国大片《星际争霸战》,又在热门动画片《辛普森一家》真人版中露过脸。今年4月,他在万众期待下出现在美国当前最受欢迎的电视剧《生活大爆炸》中,用经典的“机器人声音”对男主角说:“你关于希格斯粒子是个黑洞,而且能加速时间反演的理论非常吸引人——只可惜它是错的。”

  21岁时,这个刚刚崭露头角的英国科学家被确诊患有运动神经疾病,医生断言他将在随后2~5年内离开人世。然而,今年1月8日,霍金已经度过了人生中第70个生日,全世界顶尖的宇宙学家齐集剑桥大学,为他举办了为期4天的庆祝活动。

  庆典的高潮是霍金通过辅助设备发表的题为“我的简史”的公开演讲。“记住,要抬头看天上的繁星,而不是低头看自己的双脚。”霍金在演讲中说。

  一套设备用久了,就变成了他的一部分

  实际上,霍金大概正不得不面对令他无奈的现实。因为身体不适,他未能出席不久前自己的生日庆典。

  “霍金‘说话’越来越慢了,在糟糕的日子里,他一分钟只能说出一个单词。”霍金的私人助理朱迪丝·凯萝丝戴尔说,“这可能是由于脸颊肌肉的退化,我们正在寻找办法改善情况。”

  除了iBrain外,英特尔公司也正在紧锣密鼓地为霍金研发新技术。“我们可以看看‘表情识别’技术是否可行,熟悉霍金的人说,他们还是可以分辨出他的一些表情。”英特尔首席技术官贾斯丁·阿特纳说。

  对霍金来说,用“表情”来替代脸颊肌肉的沟通手段或许更容易接受。“对新技术,斯蒂芬总是满怀热情的,不过说到要替代他当前所用的设备,他的态度就有些不一样了。”伍德说,“这是可以理解的,一套设备用久了,就变成了他的一部分。”

  尽管更轻便、发声更流畅的发声合成器早就在美国普及,但直到现在,霍金依然在使用上世纪80年代的那一部合成器,并对它情有独钟。“这是我听过的最好的声音。”霍金曾经这样说。

  每一回有新的通讯专家给霍金展示新技术时,他操作当前系统的速度还会突然变得快起来。“他一定要去证明,自己还有能力使用目前的系统。”布莱克本说。

  据伍德透露,今年下半年,霍金希望尝试英特尔研发的新技术。“但如果情况有变,我会试试飞利浦·娄的系统。”霍金说。

  娄希望确保的是,“即使有一天霍金完完全全瘫痪了,也可以让他仅靠大脑就能与外界沟通”。

  高小榕认为,“脑机接口”技术是帮助残疾人的“最终方向”,比起利用不同残存能力的各种设备,“脑机接口”可以提供“通用、全面的解决方案”。

  高小榕想象,在很久以后的未来,“脑机接口”技术可能会为人类创造一个类似电影《阿凡达》所描述的奇幻世界。“一个人躺在那里,他只要去想,我们就可以将他的想法翻译出来,去控制另一个实体。”高小榕说。

  对这种大胆的沟通手段,许多人目前还持保守态度。高小榕不时会收到市民的来信,表达对这种类似“读心术”的技术的担忧,害怕有一天“自己的大脑被控制”。

  但在娄看来,“脑机接口”的主要目标还是帮助人们更好地沟通,恐惧大可不必。“与我们不一样,世界上有很多人失去了与别人沟通的肢体能力,但他们同样有强烈的渴望,去表达自己。”娄说,“我认为,这个世界不应该害怕沟通。”

关键字:精确  描绘  思想

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2012/0517/article_2880.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
精确
描绘
思想

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 医学成像 家庭消费 监护/遥测 植入式器材 临床设备 通用技术/产品 其他技术 综合资讯

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved