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“一念互联”梦想成真:科学家当年的脑机接口“白日梦”,即将变

2019-10-31 13:34:46 访问:4489

今天,人们期待人工智能改变世界,但与此同时,他们不可避免地内心感到恐惧。想象有一天,电极或芯片被植入我们的大脑,我们可以通过“思想”控制我们周围的所有智能设备,并真正成为一个“半机器人”。到那时,世界运行规则将会发生什么变化?

不可否认的事实是,人工智能的咆哮时代将真正“赋予”人类权力,并使他们获得比以往任何时候都多的感知能力。就在今年7月17日,被称为“硅谷钢铁侠”的埃隆·马斯克(elon musk)宣布了他首次创立的脑-机接口公司neuralink的最新发展。马斯克在新闻发布会上向人们展示了一种更快的人机交互方式——一种新的方式。

脑-机接口。通过这个接口,机器可以获得更高质量的皮层信号,完成更全面的大脑数据记录。在此之后,社交巨头facebook立即宣布将投入大量资金资助高校的研究团队开发“语音解码器”——这种解码器允许人们通过大脑控制智能设备,并将用于帮助残疾人在未来恢复一些通信技能。

许多观众在《黑客帝国》中看到的人机交互场景似乎正在成为现实。但是一切真的像想象的那么美吗?BCI发展到了什么阶段?它将给我们生活的世界带来什么变化?

为了残疾人的利益,脑-机接口是“用手术刀进行的一个小试验”

就在马斯克首次在互联网上公开他的脑-机接口后,一块石头爆炸了。有支持者也有反对者。

作为第一个因瘫痪植入脑-机接口的“先驱”,内森·科普兰的经验值得分享。当他看到马斯克的神经网络会议时,他非常兴奋,表示希望能与马斯克进一步讨论参与实验的可能性。

科普兰如何接受脑-机接口的新技术,为什么他愿意再试一次?科普兰的故事始于多年前的一场车祸。

科普兰因一次事故而胸部以下瘫痪。五年前,他自愿加入匹兹堡大学实验室的人体实验。在这个实验中,科普兰借助各种复杂的设备“恢复”了一些身体感觉。他参与的实验使用了最广泛使用的犹他阵列技术。这是一种侵入式脑-机接口的选择,需要将电极和神经芯片插入受试者的大脑。与非侵入式脑-机接口相比,这种侵入式选择可以获得更准确的神经信号。

在将犹他州的电极阵列插入大脑后,科普兰做了一件人人都喜欢谈论的事情——与当时的美国总统奥巴马进行了里程碑式的“握手”。科普兰通过传递大脑信号,完成了用“头脑”控制机械臂的复杂过程,最终成功与奥巴马握手。科普兰大脑中的犹他电极阵列使他能够准确完成这一系列动作,但他必须承担的成本也很高——科普兰的大脑已经植入了四个不同形状的犹他电极,它们作为“信使”将大脑信号准确传递给机器,最终使科普兰能够用“思想”成功操作机械臂。

与总统握手让科普兰感到自己生命中短暂的“亮点时刻”,但缺点也很明显。五年后的今天,这些犹他州电极阵列已经达到了“退役时间”。科普兰之前的选择是继续手术并更换电极以保持其生活质量,或者回到手术前的状态,不再具有目前的感知能力。

想到将来不断定期更换电极,科普兰深感沮丧。此时,马斯克诞生了最新的脑-机接口技术,为科普兰这样的第一批“先锋”提供了全新的选择。这种脑-机接口可以帮助他们以一种创伤较小的方式植入更多的电极,这不仅减少了实验者更换电极的次数,也让他们更好地控制自己的“手”和“脚”,增强了体验感。

然而,科普兰仍然为第一次考虑大脑植入的“新手”建议“保守的选择”,即他目前使用的犹他电极阵列。犹他州久经考验的电极阵列适应性更强,风险更低。

连接技术正在逐步提高

尽管许多用户仍持观望态度,但业内许多人认为马斯克发布的脑机接口产品是一项革命性的创新。值得人们注意的一个数字是——neuralink已经成功地将脑-机接口的电极数量增加了整整30倍。

仅仅谈论数字可能不会让人有同样的感觉,但是只要接触过脑-机接口的人知道,30次意味着更多的神经信号可以被传输,人们也可以获得更接近真实触摸的身体感觉。

从脑-机接口的工作原理出发,可能更容易理解电极倍增数的含义。BCI的最终目标是将大脑和电脑连接起来。前者以单元为基本单位,而后者以晶体管为基本单位。“微电极阵列”起着“中介”的作用。

马斯克成功增加电极数量的秘密在于大大减小了“微电极阵列”的尺寸。据报道,马斯克发布的“微电极阵列”直径只有27.5微米。另一个熟悉的参照物是直径约为80微米的“发丝”。这种全新的“微电极阵列”不到发丝直径的一半。这足以解释为什么在马斯克的现场演示中,人们会惊讶地看到电极植入的效果是“毛发植入”。

微电极阵列尺寸大大减小的另一个优点是,当植入人脑时,它造成的损伤较小。成倍增加的微电极阵列还可以成功构建更密集的三维网络,帮助收集更多的大脑信号,延长电极寿命。

如何在大脑皮层中精确地“埋藏”微电极是脑-机接口技术在实际操作中需要解决的另一个大问题。目前市场上广泛使用的犹他电极是通过开颅植入的,这不仅操作困难,而且有一定的风险系数。马斯克在新闻发布会上带来了另一项新发明——“缝纫机器人”。与一般开颅手术不同,“缝合机器人”以非常特殊的方式植入电极,一针一针植入微电极的方式与缝合衣物的动作非常相似。不仅动作轻柔,而且“缝纫机器人”的姿态也非常准确到位,能够准确避开人体内大大小小的血管,准确到达微电极的预定点。

BCI最早的应用场景主要是在医疗领域。马斯克说,到明年年底,有可能率先测试高位截瘫患者。他的最终目标是让脑-机接口手术和近视手术一样简单。

最终目标:人类和数字世界之间的“同心互联”

尽管想象力是美丽的,脑-机接口技术在其发展过程中不可避免地受到人类伦理的折磨。尽管这是一个具有重大革命性意义的新产品,但这是马斯克让政府监管机构批准将长期未经测试的技术应用于人类实验的第一个障碍。

清华大学医学院生物医学工程系教授、脑-机接口实验室负责人高晓荣在不久前举行的世界机器人大会上表示,如果我们从人机关系的伦理角度来看待脑-机接口技术,人必须是积极的一面。在高晓荣看来,我们可以从感知层面入手,然后尝试约束和控制。在控制层面上,我们可以先尝试控制外部,然后逐渐发展到控制内部。尤其是在内部控制方面,比如记忆写作,我们应该更加谨慎。

高晓荣关于外部控制的说法现在已经到了相对稳定和成熟的阶段。例如,许多脑-机接口设备已经实现了对外部设备的控制,例如外骨骼、键盘或可穿戴机器。在今年的世界人工智能大会上,记者看到了外骨骼机器人的地面应用。现场工作人员琦君告诉记者,这是专门为行动不便的人设计的,包括老年人。通过用户的“意志”控制,外骨骼机器人可以设定不同的行走模式和速度,以满足用户不同的康复需求。

尽管科学家早在20世纪60年代和70年代就开始探索脑-机接口。然而,在许多学者和专家看来,脑-机接口的探索仍处于第一阶段。高晓荣指出,脑机接口的发展可以分为三个阶段。目前,我们还处于第一阶段,即脑机接口阶段,第二阶段是脑机交互阶段,最终目标是发展到脑机智能阶段。在最后阶段,一些人的能力可能会得到增强,也就是说,许多粉丝更熟悉“超级感知能力”。

获得“超感知能力”的渴望本质上来自人类世界进入数字世界的需求。经过近一百万年的进化,人类已经有了一个非常完善和成熟的信息输入系统,但相比之下,输出系统仍然有些薄弱。具体来说,在视觉、听觉等方面,人们能够接收的信号不亚于智能设备。,但是当输出这些信息时,在数量和速度方面仍然效率低下。

人工智能的出现可能有助于人类解决这一长期难题。人工智能与数字世界相连接后,可以真正提高人们与周围环境和设施的沟通效率和感知能力,从“一键互联”发展到“一理念互联”。然而,从科学伦理的角度来看,在脑-机智能时代,如何把握人与机器之间的尺度仍然是一个有待解决的问题。

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