科幻成真:通過腦機接口黑掉你的大腦


發佈: 2008-12-13 22:53 | 作者: hpek | 來源: MySky科幻網
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科幻成真:通過腦機接口黑掉你的大腦(圖)
2008-12-13 11:18:09  


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離不開輪椅的四肢麻痹患者,借助電極帽採集到的腦電波能够穿過虛擬的街道。

  中評社北京12月13日電/誕生於上世紀80 年代的“賽博朋客”(cyberpunk)科幻小說中,經常會出現所謂的“神經植入裝置”——一種把人腦和電腦直接相連的東西。就像在那部由威廉.吉布森(William Gibson)的小說改編的、讓人看過就忘的電影《捍衛機密》(Johnny Mnemonic)中,主演基努.里維斯(Keanu Reeves)所宣稱的那樣:“我往腦子里存了幾百MB 的文件”。

  環球科學報道,在那個區區1MB 存儲量都會讓人艶羨不已的年代,這種剛剛浮出水面的科幻流派的高明之處就在於,他們描述的這些技術並非遙不可及,天才生物醫學工程師們稍加努力便能做到。雖然當時美國麻省理工學院和加州理工學院還未能開發出此類植入裝置,但傑出的科幻小說作家們還是帶給了讀者希望:這種技術終有一天能實現,甚至在我們的有生之年就可能見到。

  在過去十年間,科幻作品中描述的那些技術,陸續成為了現實。在顱骨內植入電極後,患者就可以僅靠大腦神經信號來控制假肢。這為一項新的科學研究拉開了序幕,而這項研究的最終目的是,繞開由於肌萎性脊髓側索硬化症(漸凍症)或中風癱瘓的肢體,讓大腦的指令得到有效執行。上述例子中,神經電信號是從大腦向外界傳遞的。同樣,科學家也在研究電信號如何反方向傳遞,即通過電信號刺激猴子的大腦皮層,形成反饋,能讓猴子真實地感覺機器手臂在觸摸的東西。

  不過,在製造大腦和神經系統其他部分的替代品方面,我們又能走多遠呢?除了控制電腦指針或機械手外,這項技術能否通過某種方式,讓大腦中大約1,000 億個神經元成為一個“秘密數據庫”,就像吉布森小說中的情節那樣,用來存放偷來的工業機密或其他數據表格呢?

  人會變成機器嗎?

  了解神經系統工作機制,實現大腦與機器的交互,這是一個必然的發展進程嗎?

  今天的好萊塢編劇和未來學家,作為最初賽博朋客傳統的拙劣繼承者,已經開始積極涉足神經技術。計劃明年上映的影片《奇點迫近》(Singularity Is Near),就是一部根據計算機科學家雷.科茲威爾(Ray Kurzweil)的想法改編而成的紀錄片。科茲威爾假設,把大腦中的內容全部數字化,並傳輸到計算機或機器人中。

  無論是上世紀80 年代英美電視節目中的著名虛擬人物超級麥克斯(Max Headroom),還是把人的思維全盤拷貝到一個最新款的人形機器人上,這些關於人類智慧發展超越身體極限的夢想,其實和勒內.笛卡爾(René Descartes)在17 世紀關於精神與肉體二元論的深邃思考相去不遠。然而,要把人類的思維,包括我們對旭日東升的感受、飄忽不定的思緒,以及其他構成我們意識世界的獨特主觀感受,全都原封不動地複制到機器里去,似乎仍停留在科幻小說家的紙上談兵階段。

  對腦控假肢熱火朝天的宣傳,掩蓋了我們對神經系統工作機制的認識匱乏。加州理工學院的神經科學家理查德.A.安德森(Richard A. Andersen)說:“我們對於高級認知活動的大腦回路幾乎一無所知。”只有了解神經系統工作機制,我們才能把信息輸入大腦,從而把“賽博朋客” 中描述的種種神奇真正變成現實。

  那麼,大腦和機器的交互到底可以實現些什麼?從第一例腦電圖實驗,到現在用思維控制機器手和電腦屏幕上的光標,這一進程即使達不到科茲威爾式的“奇點”,也至少可以往腦子里輸一些高級認知信息,這是否一個必然的發展進程?我們真的能把一部《戰爭與和平》輸入大腦,或者像《黑客帝國》里那樣把直升機駕駛手册“下載”到大腦中嗎?能不能在當事人毫無察覺的情況下,把“See Spot run”(美國一部喜劇電影的名字,本意是看見一只叫“Spot”的小狗在跑——譯者注)這句話存儲到他的記憶中?僅僅存入“see”這一個詞是不是更容易實現呢?  


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科學家正在研究各種方法把計算機或者假肢直接與大腦連通,同時探究大腦的神經編碼,研究它如何把輸入的電信號轉化為移動手臂或者說話這樣的行為輸出。

  這些不完全是學術問題,風趣的人可能會調侃,還不如去買一副老花鏡,用傳統的閱讀方法來記憶這些信息會更容易些。即使那條通向大腦皮層的通道可能永遠只存在於科幻小說中,理解光子、聲波、氣味分子和皮膚壓力轉變為我們大腦中永久記憶的過程,意義也遠勝於“賽博朋客”式的娛樂。認識了這些基本原理,我們就可以研製出人造神經器官,幫助那些中風患者或者阿爾茨海默病 (Alzheimer’s disease) 患者形成新的記憶。

  簡單的接通大腦的裝置其實已經存在於成千上萬人的顱骨內。耳聾患者和聽力重度受損的患者會植入人工耳蝸(cochlea),把麥克風采集到的聲音轉化為刺激聽覺神經的信號,從而產生人工聽覺。這種裝置被美國加利福尼亞大學聖巴巴拉分校的神經科學家邁克爾.S.加扎尼加(Michael S.Gazzaniga) 譽為人類歷史上第一個成功的神經修復裝置。用作人工視網膜的電極陣列也已經出現在實驗室中。如果這項技術可行,它將會讓人類具備夜視能力。

  有些人更是雄心勃勃,計劃把亞馬遜網站和大腦中負責記憶形成的神經結構——海馬直接相連,但所需要的技術目前還沒有出現。具體的實施辦法至少涉及兩個方面:一是要在神經元和顱外世界之間建立一條可靠的連接,二是要有一種編譯方法,能够把數字版本的《戰爭與和平》轉換成神經元之間的“語言”。如何才能實現這些技術?或許我們能從最先進的腦機接口(brain-machine interface)研究中找到一些線索。

把文字輸入大腦

  建立文字與神經元的映射,就可以通過控制特定區域神經元的激活來誘發相應的記憶。

  把文字輸入大腦需要考慮一個問題,那就是是否需要把電極插入到人體組織中,這可能會是神經植入裝置實用化的一大障礙,當然殘疾人除外。在近一個世紀之前,人們就知道大腦的電活動可以在不打開頭顱的條件下監測到。一個看似鑲嵌著電極的“泳帽”(腦電極帽),便能從癱瘓病人頭部提取信號,從而實現在屏幕上打字或者瀏覽網頁的功能。德國蒂賓根大學的尼爾斯.拜爾博默(Niels Birbaumer)是這項技術的主要研究者之一,他聲稱,採用顱骨外的磁信號對大腦皮層進行反複刺激,同時用電極帽記錄哪些神經元被激活,就可以找到 “see”和“run”這些詞在大腦皮層上的位置。一旦這種映射建立起來,就可以通過控制特定區域神經元的電發放來誘發相應的記憶——至少理論上如此。

  一些神經技術專家認為,如果特定的單詞存在於大腦的特定位置(這一點仍有爭議),那麼要找到這些區域,就必須依靠比腦電極帽更加精細的記錄手段。一項正在進行的有創式植入實驗可能會實現這樣精細的定位。神經信號公司的菲利普.R.肯尼迪(Philip R.Kennedy)和他的同事們,設計了一種可以記錄神經元輸出活動的裝置。這種連接裝置讓中風患者僅通過思維活動,就可以把信號發送給電腦,由電腦翻譯為元音字母,再由語音合成器發出相應聲音,這是將來讀出思維中完整單詞的重要一步。這樣的腦機接口技術最終或許也可以用來激活單個神經元。

  更加精細的連接可以通過納米纖維來實現,這些纖維直徑還不到100 納米,憑借著微小尺寸和電學與機械特性方面的優勢,可以很容易地接入單個神經元。美國堪薩斯州立大學的李軍(Jun Li)和他的同事們研製出了一個刷狀結構的裝置,里面的納米管刷毛就是刺激神經元或者接收神經信號的電極。李軍預測這種刺激神經細胞的方法,可以用來治療帕金森病或抑鬱症,或者控制假肢,甚至可以在長時間的太空飛行中用於刺激相應的神經來伸縮宇航員的肌肉,以阻止失重環境中發生的不可避免的肌肉萎縮。
 
 


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