脑芯片:扩展大脑的内存 把人当做机器

2014-06-18 18:40:39来源: 电脑报 关键字:芯片  扩展  大脑  内存

    1748年,法国哲学家拉·梅特利匿名出版了一本书,名叫《人是机器》。在这本书里他提出了自己的观点:“人的身体是一架钟表……不过这是一架巨大的、极其精细、极其巧妙的钟表。”他甚至认为,人的意识和记忆也可以用机械的方式来解释,人类思考的本质是“无数的语词和形象在脑中形成的无数痕迹”。持这种机械主义观点的人并不罕见,而尝试将人脑的各种功能与机械对应起来的尝试更是屡见不鲜。

  把人当做机器

  计算机和人都可以视为一个物理符号系统,都具有六种功能:输入符号、输出符号、存储符号、复制符号、通过找出各符号间的关系建立符号结构、以及根据已有符号继续完成活动过程。

  换言之,人和计算机是可以相互模拟的。在给出了足够精确的描述之后,人的任何行为都可以用计算机计算到任意精确的程度。或者说,人类大脑的活动机制在本质上是可以理解的,虽然我们直到目前还没办法完全理解它;人的任何脑功能都可以被计算机芯片实现,虽然似乎那一天还遥遥无期。

  但是我们总可以从一些比较简单的部分开始,例如对信息或经验的记忆。这种记忆和计算机的存储很相似,也可以分成三个阶段:编码、存储和检索。虽然我们不是很确定那些持续一生的长期记忆是如何存储并检索的,但是我们已经可以回答关于记忆的一部分问题。

  在人脑中,有一个形状颇似海马的小部分,被叫做海马体、海马区或海马回,主管我们的近期记忆。它能够将短时间内的记忆鲜明地保存起来,方便快速存取,也能够将这些短期记忆转化为长期记忆。日常生活中的短期记忆都储存在海马体中,如果被反复刺激的话,就会将其转存入大脑皮层,转成永久记忆。

  我们可以将海马区理解为内存,而将大脑中的长期记忆理解成硬盘。就像内存在断电后会迅速失去内容一样,海马区中存储的来自各种感官和大脑内部的信息也会很快地消失,为接踵而来的信息留下存储空间;而如果有意强化——比方说不断地重复的话——它们就会在让大脑中其他部位的神经元长出突触,形成持久的网络,从而变成牢固的长期记忆。

  神奇的脑芯片

  显然,如果海马体出了问题,人脑就像是台坏掉了内存的计算机。短期记忆无法生成,或者短期记忆无法转化为长期记忆,人们就会始终停留在大脑出问题前的那一刻,如化石般伫立于时间之河中,一切经历都好似过眼云烟。许多原因都可能导致出现这种情况,而人们一直束手无策。

  直到2003年。再经过十年的研究之后,美国加州的一组科学家宣布开发出了取代海马体功能的硅芯片,并且在小鼠脑切片上取得了不错的效果。

  事实上,人们并不知道海马体对信息编码的机制,因此只能模拟其行为——用不同的电信号刺激小鼠的海马体切片,看看它能输出什么样的电信号;然后将这些切片的行为组合起来。

  进行了上百万次的实验后,研究人员建立了海马体在各种不同条件下工作的模型,将其编程到芯片中,用它模拟出海马体的电信号。结果还算令人振奋,最少在脑切片上是这样。但是这只是第一步;要想把这种技术应用在人体身上,还有很长的路要走。只有在经历了活体小鼠、猴子以及其他和人更相近的动物,最后才能应用到人身上。而且这块芯片还不能植入脑中,它只能附在头盖骨上,用两组电极分别连接海马体的“输入”和“输出”端,模拟海马体接收和产生的电信号,而绕过出了问题的海马体。

  到今天,为了这个目标,他们已经努力了二十年。在这块芯片之后,他们花了十年时间在动物身上做实验,终于充分地证明了脑信息可以通过芯片的电信号来复制。现在他们正在进行最后的测试,希望能够在未来五到十年内,将这类可以取代海马体的芯片植入人脑,来大幅提高人脑的记忆力。

  显然,一开始的时候,这种技术将会用于帮助那些脑神经受损的病患,例如中风、帕金森氏症或者阿尔茨海默氏症患者。特别是最后一种——阿尔茨海默氏症即老年痴呆症,在今天70岁以上的人口中,这种将人拖回过去的可怕疾病已经有了超过20%的发病率,并且有逐步走高的趋势。而现代人的平均寿命依然在提升,为了避免老景凄凉,在脑中植入一块芯片看来也不算什么过分的事情。

  但是它的潜在用途显然并不仅仅如此。传统上我们的学习需要经过多次重复过程,需要在刚好快要遗忘的时候强化自己的记忆,一次次地花时间阅读那些曾经看过的东西。当芯片可以取代或增强海马体的时候,也许我们就可以让这块硅制芯片自行工作,自动重复曾经接受过的刺激,自动将看过的东西转化成长期记忆——当过目不忘的能力成为商品时,我们的世界又会变成怎样?

关键字:芯片  扩展  大脑  内存

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2014/0618/article_4816.html
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