芯片植入脑 意念控制动作

2013-08-22 20:20:46来源: 太平洋电脑网

现在提到世界上最强大的计算机,恐怕很多人想到的还是超级计算机。什么模仿核爆,什么解决世界末日的问题,听起来很炫,但实际上离我们的生活确实很远。今天我们要谈的不是这样的超大机器,而是真正可以改变我们生活,让未来变得更具体的东西——芯片代替人脑。

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美国每日科学网站今天刊发的报道内容显示,瑞士和美国的神经信息学研究人员携手,首次成功研制出一种新奇的微芯片,能够实时模拟大脑处理信息的过程。最新研究将有助于科学家们制造出能同周围环境实时交互的认知系统。

做到这一点面临的主要挑战,是配置由人造神经元组成的网络,让其能执行特定的任务。瑞士科学家现在已经成功地攻克了这一难关,他们研发出一种神经形态系统,能够实时执行复杂的感觉运动任务,并借用这一系统,演示了一个需要短期记忆以及前因后果的决策任务,这一任务对于认知测试不可或缺。

在演示过程中,他们将这种人造神经元合并成能执行神经处理模块的网络,这些处理模块与所谓的“有限状态机”一样,能够将行为用公式表示出来,因此能采用一种自动化的方式,将其转移到神经形态硬件内。“有限状态机”是一个数学概念,用来描述逻辑过程或者计算机程序。因迪韦里说:“这种网络连接模式与哺乳动物大脑内发现的结构非常类似。”

这是科学家们首次演示如何构造出这种实时的硬件神经处理系统。因迪韦里总结道:“我们采用新方法研制出的神经形态芯片可以像‘变形金刚’一样,构造出不同类型的行为模式。新研究对研发出新的脑启发技术至关重要。”例如,科学家们可以借用这一技术,将芯片同传感神经形态元件(例如人造耳蜗或视网膜)结合在一起,制造出复杂的能同周围环境实时交互的认知系统。

由于神经形态芯片可以实时处理输入的信息并作出回应,有关专家认为这项技术将有望走向实用化,从而允许机器人在复杂环境中,在不受人类远程遥控的情况下实现自动作业。

这项技术的采用还将有望在未来让计算机能够在有部件损坏的情况下继续运作,就像人类的大脑那样,每天损失数以百万计的脑细胞,但是其整体的思维能力却仍然继续正常运转。

大脑“发功”:收邮件、玩游戏、调电视

美国布朗大学神经动力学专家约翰·多诺古教授历经10多年苦心研究,开发出了一套名为“大脑之门”(BrainGate)的仿生系统。他首先将一块4毫米见方的电子芯片植入瘫痪患者大脑运动皮层的中央前回处,因为这里的大脑皮层控制着全身肢体的运动。然后,他开始训练患者借助意念完成各项动作。

“大脑之门”系统的工作原理是:当患者开始想像自己运动时,芯片上总共100枚比头发丝还细、1毫米长的电子传感器将大脑发出的脉冲信号记录下来,然后通过一根根细小的导线传输到镶嵌在患者头皮内的一块一英寸大小的钛基座上,再将脉冲信号通过导线传输给电脑,电脑将信号转换成动作指令,由一个个电子装置去执行。

多诺古教授表示:即使脊髓受损,大脑中的运动信号仍然能够被记录和发送至大脑外,并且可以被解码成控制信号。在获得这一发现后,他们在实验室内,研究和测试了这种装置,最后决定将这一装置试用到瘫痪者身上。

从2004年起,多诺古教授牵头的科研小组先后对4名瘫痪患者进行了“大脑之门”系统植入试验。第一名试验对象是现年25岁的美国马萨诸塞州小伙马休·纳格尔。纳格尔3年前参与一桩行刺事件时脊柱被利刃切断,高位截瘫,身体从脖颈以下失去所有知觉,四肢更是无法动弹。经过9个月的刻苦训练之后,纳格尔可以通过意念完成许多以前望而兴叹的动作:移动光标、打开电子邮件、玩简单的电脑游戏、调节电视音量、切换电视频道等。日前,他甚至还学会通过意念控制假手的手指,抓住并移动物体这类高难动作。

一心多用,做事聊天互不耽误

纳格尔可以一边和别人聊着天,一边借助意念完成上述各种活动,即使偶尔开点小差,他移动电脑屏幕光标的准确率也高达75%至85%,也就是说,纳格尔在用大脑发出各项运动指令时,并不需要100%集中注意力,这一点对于他的未来生活来讲非常重要。2005年,纳格尔在初次试验成功后曾经激动地说:“太神奇了!自从我受伤之后,整整消沉了2年。今年是我受伤的第3年,是‘大脑之门’改变了一切,简直难以置信。我想告诉那些残疾朋友,永远不要放弃,生活可以变得更加美好。”

值得指出的是,并非所有试验对象都像纳格尔那般幸运。另一位现年55岁、于1999年脊柱受伤的患者大脑里植入了“大脑之门”系统之后,一开始也可以通过意念控制运动,但是不到一年时间电子传感器就无法接收到大脑信号。目前科学家们正在彻查故障原因。

在80年代的cyberpunk科幻小说中,出现所谓的“神经植入装置”,一种把人脑和电脑直接相连的东西。在颅骨内植入电极后,患者就可以仅靠大脑神经信号来控制假肢。

这为一项新的科学研究拉开了序幕,而这项研究的最终目的是,绕开由于中风瘫痪的肢体,让大脑的指令得到有效执行。其实神经电信号是从大脑向外界传递的。同样,科学家也在研究电信号如何反方向传递,即通过电信号刺激猴子的大脑皮层,形成反馈,能让猴子真实地感觉机器手臂在触摸的东西。

人类智慧发展超越身体极限

不过,在制造大脑和神经系统其他部分的替代品方面,我们又能走多远呢?除了控制电脑指针或机械手外,这项技术能否通过某种方式,让大脑中大约1,000亿个神经元成为一个“秘密数据库”,就像小说中的情节那样,用来存放偷来的工业机密或其他数据表格呢?

其实关于人类智慧发展超越身体极限的梦想,有很多的科学家都曾经憧憬过,我们对于高级认知活动的大脑回路几乎一无所知。只有了解神经系统工作机制,我们才能把信息输入大脑,从而把赛博朋客中描述的种种神奇真正变成现实。

然而,要把人类的思维,包括日常我们的作息习惯、情感交流,亦或者对这个世界的主管判断,全都简单的直接的复制到某个机器中去,恐怕是无法实现的事情了。

可是真的能把一部《战争与和平》输入大脑,或者像《黑客帝国》里那样把直升机驾驶手册“下载”到大脑中吗?能不能在当事人毫无察觉的情况下,把一句话存储到他的记忆中?

有人也许会问,机器与大脑的结合交互到底能给我们的生活带来哪些改变。举个例子来讲,技术发展到今天,用思维控制机器手和电脑屏幕上的光标,虽然这样的操作算不得多么高端,但是至少可以往脑子里输一些高级认知信息,这是否一个必然的发展进程?

简单的接通大脑的装置其实已经存在于成千上万人的颅骨内。耳聋患者和听力重度受损的患者会植入人工耳蜗(cochlea),把麦克风采集到的声音转化为刺激听觉神经的信号,从而产生人工听觉。这种装置被美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的神经科学家迈克尔·S·加扎尼加(MichaelS.Gazzaniga)誉为人类历史上第一个成功的神经修复装置。用作人工视网膜的电极阵列也已经出现在实验室中。如果这项技术可行,它将会让人类具备夜视能力。

德国蒂宾根大学的尼尔斯·拜尔博默(NielsBirbaumer)是这项技术的主要研究者之一,他声称,采用颅骨外的磁信号对大脑皮层进行反复刺激,同时用电极帽记录哪些神经元被激活,就可以找到“see”和“run”这些词在大脑皮层上的位置。一旦这种映射建立起来,就可以通过控制特定区域神经元的电发放来诱发相应的记忆——至少理论上如此。

机器人将来是否会在智能上超越人类

其实在2010年出现的一种人脑接口计算机引发了普遍关注,当时这是世界上第一台可以用人脑输入的机器,它为闭锁综合征和其他对正常通信有影响的疾病患者设计。其实人脑计算机,顾名思义,专家们希望其能够模拟整个人类大脑,并结合迄今揭示关于大脑神秘运行方式的所有信息,并将这些信息复制在屏幕上,表达出单个细胞和分子等级的信息。

这种人脑——电脑协同工作的技术由一家叫GugerTechnologies的科技公司打造,命名为Intendix,它通过脑电图来确定屏幕上的字符,用户只需要被训练大约10分钟就可以轻松输入文字。

虽然当时用起来感觉还不那么方便,但Intendix已经为人脑计算机接口的研究方向和商业化程度迈出了一小步。

欧盟、美国和瑞士目前正在紧锣密鼓地研制模拟大脑处理信息的神经网络计算机,希望通过模拟生物神经元复制人工智能系统。这种新型计算机的“大脑芯片”迥异于传统计算机的“大脑芯片”。它能运用类似人脑的神经计算法,低能耗和容错性强是其最大优点,较之传统数字计算机,它的智能性会更强,在认知学习、自动组织、对模糊信息的综合处理等方面也将前进一大步。

不过也有人表示了担忧:装上这种芯片的机器人将来是否会在智能上超越人类,甚至会对人类造成威胁?

不少科学家认为,这类担心是完全没有必要的。就智能而言,目前机器人的智商相当于4岁儿童的智商,而机器人的“常识”比起正常成年人就差得更远了。美国科学家罗伯特·斯隆日前说:“我们距离能够以8岁儿童的能力回答复杂问题的、具有常识的人工智能程序仍然很遥远。”日本科学家广濑茂男也认为:即使机器人将来具有常识并能进行自我复制,也不可能对人类造成威胁。

值得一提的是,中国科学家周海中在1990年发表的《论机器人》一文中指出:机器人并非无所不能;它在运算速度和记忆功能方面可以超越人类,但在意识、推理等方面不可能超越人类。另外,机器人会越来越“聪明”,但只能按照制定的原则纲领行动,服务人类、造福人类。

专家们希望其能够模拟整个人类大脑,并结合迄今揭示关于大脑神秘运行方式的所有信息,并将这些信息复制在屏幕上,表达出单个细胞和分子等级的信息。由此延伸出来,便可以带来更多医学上的帮助。像是老年痴呆症和帕金森症,甚至能够揭晓人类大脑是如何思考和作出决定的,对于像这种理解致命性神经学疾病都有革命性的帮助。

人类与机器融合,人类文明终结

除了上面提的这些,不得不说的是最近又实现了人脑信息读取技术,来自加利福尼亚大学的研究小组人脑信息读取的准确率甚至高达90%,那些在科幻电影中常见的“读心术”似乎要成为现实。并且该技术不仅在语言辅助设备中有巨大潜力,而且为人脑—机械系统提供了铺垫,为人工智能研究提供了新的模式。

近来苹果深陷中国代工厂问题,而曾经轰动一时的富士康十几连跳的惨剧,结合上此前郭台铭引进百万机器人的消息,人工智能、机器人能否取代人类等等,虽然不能杞人忧天,但是却也是值得深思的问题。近来美国科学家一项关于机器读取大脑思想活动的研究,给人工智能的发展提供了一个新的思路:人脑-机械系统,电脑通过读取人脑的指令进行操作。即可解决工作环境的问题,又不会使得众多工人下岗。

一些科学家认为,正如天体物理学上存在着一个让所有物理定律都失效的“奇点”(Singularity)一样,信息技术也正朝着“超人类智能”的“奇点”迈进。《时代》杂志文章指出,发明家、计算机科学家雷蒙德·库兹韦尔相信,信息技术的奇点将在2045年到来,届时,人工智能将超越人脑,人类的意义彻底改变,与机器融合为“超人类”,并借助科技的发展而获得“永生”。

当人工智能超越人类智慧时,人类的身体、思维乃至人类文明都将发生彻底且不可逆转的改变。库兹韦尔相信,这一刻不但无法避免,而且还迫在眉睫。根据他的推算,大约34年之后,人类与机器融合,人类文明即将终结。

关键字:芯片  植入

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2013/0822/article_4017.html
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