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2017年12月15日 星期五

CSNE Research Experience for Teachers, Larry Bencivengo, featured by Mercer Island School District




來源:人工智能和机器人研究院


就像古希臘人夢想在天空翱翔一樣,今天的人們總是夢想著,將大腦與機器融合,來解決令人討厭的死亡問題。人類心靈能夠與人工智慧、機器人和其它心靈,透過腦機介面技術(BCI)直接相連,從而超越人類壽命的限制嗎?
  
在過去的50多年裡,全世界的大學實驗室和科技公司的研究人員,已經在這一領域獲得驚人的進步。最近伊隆·馬斯克和布萊恩·約翰遜等成功企業家,已經公佈了新的目標,試圖透過腦機介面技術增強人類能力。

那麼,將大腦與科技相連的成功,距離我們還有多遠?當我們的大腦與機器相連時會帶來怎樣的影響?

  
美國運動感知神經工程學研究中心(CSNE)的研究人員Eb Fetz是這一領域最早的先驅者之一。在1969年,當時個人電腦甚至都還沒有問世,他就表明猴子能夠透過,增強它們的腦電波訊號,來操控一個轉盤上的指標。
  
最近腦機介面技術領域的許多研究,都以改善那些癱瘓,或者患有嚴重運動殘障的人們生活品質為目標。你可以在最近的新聞中看到研究人員獲得的成績。

匹茲堡大學的研究人員,藉助大腦中記錄的訊號,來操控一隻機器手臂。史丹佛大學的研究人員,能夠從癱瘓病人的腦電波中,提取運動意圖,讓他們無線操控一台平板電腦。
  
研究人員發現,當電訊號傳遞到大腦內或者大腦皮層時,就會有一些有限的虛擬感覺傳遞迴大腦。這一研究最早的應用涉及到視覺和聽覺康復治療。

最早期的仿生眼具有嚴重的視覺障礙,而改善後的版本正在進行人類臨床實驗。此外,人工電子耳蝸,已經成為最成功而且最普遍的仿生植入物之一,全世界超過30萬患者,正藉助這種聽力裝置生活。
  
目前最複雜的腦機介面技術,是雙向腦機介面技術(BBCI),這項技術不僅能夠接收神經系統訊號,還能夠刺激神經系統。研究人員將雙向腦機介面技術,視作治療中風和脊髓受傷患者的一種全新康復工具。

研究人員已經表明,雙向腦機介面技術能夠用於增強兩個大腦區域之間,或者大腦與脊髓之間的連線,而且能夠變更受傷區域的資訊傳遞路線,來啟用麻痺的肢體。

  
隨著這些技術的成功,你或許認為腦機介面,即將成為下一個使用者的消費必需品,但是這項技術仍然處於早期階段。

腦機介面技術的一些展示,表明我們仍然還有很長一段路。當藉助腦機介面技術進行移動時,與肢體健康人群的日常生活相比,實驗者的動作很緩慢,而且精準度較低。仿生眼為人們提供瞭解析度較低的視力,人工電子耳蝸能夠傳遞有限的談話內容,而且會讓音樂體驗失真。
  
想要讓這些技術成功,必須透過外科手術植入電極,而這種方式是現在的大多數人都不考慮的。研究人員稱,並非所有的腦機介面技術都是侵入性的。

非侵入性的腦機介面技術,不需要進行外科手術,它們是建立在頭皮腦電波掃描的基礎上,而且用於演示操控滑鼠指標、輪椅、機器手臂、無人機和人形機器人等,甚至還有腦腦之間的直接交流。
  
但是所有這些演示都是在實驗室中的,實驗室中的房間是非常安靜的,而且測試者思想集中,實驗也持續了足夠長的時間來證實概念的可行性。但是這些系統在現實世界中,難以滿足實際使用所需要的速度和穩定性。

即使藉助植入電極,也會帶來其它問題,比如說我們大腦構造的複雜性。我們都清楚每個神經元和數千個鄰居共同構建了一個超大的網路,但是這對於神經工程師來說,有著完全不同的含義。
  
假設,你想要瞭解一群朋友正在進行的一個複雜話題的談話,但是你只允許傾聽一個人的話語。你或許只能夠聽到這位朋友話語中的粗淺內容,而且絕對無法聽到全部細節,並分辨所有談話的細微差別。

即使目前最好的大腦植入物,也只能夠讓我們一次傾聽大腦的一小部分資訊,我們可能已經獲得了一些令人敬佩的成績,但是我們還無法完全掌控大腦的全部資訊。
  
研究人員認為其中還存在一些類似於「語言障礙」的困難。神經元透過複雜的電訊號或者化學反應,實現彼此之間的交流。這種天然的神經元語言可以用電路進行解釋,但是並不容易破解。同樣,當我們藉助電刺激向大腦傳送訊號時,就會出現嚴重的「口音」問題。這就會讓神經元難以理解,這種刺激想要表達的資訊內容。

  
最後,這項技術可能還存在一些大腦損傷問題。大腦組織是柔軟而且有彈性的,而我們連線腦組織所使用的導電材料,通常是非常硬的。這意味著我們使用的植入電極,通常會帶來傷疤和免疫反應,也就是說植入物會隨著時間逐漸失效。未來柔軟的生物相容性纖維,或許能夠最終解決這一難題。
  
儘管面對著這些挑戰,科學家們對於生物學未來信心十足。腦機介面技術並不需要完美,大腦有著驚人的適應能力,而且能夠學會使用這項技術,在某種程度上就像我們學習駕駛汽車,或者使用觸控螢幕介面的新技能。同樣,大腦能夠學會翻譯新型感覺資訊,而且可以使用磁脈衝等非侵入性的方式傳遞資訊。
  
科學家認為雙向腦機介面技術,或許能夠成為搭建神經連線的必要一步。打造這樣一種雙向腦機介面,是他們的研究目標。最近藉助電子療法進行的標靶治療,也獲得了令人激動的成功,這種療法使用微型植入物,直接向內臟器官傳遞指令,來治療疾病,完全不需要藥物。
  
研究人員已經發現了一種新的方式,來克服電訊號與生物訊號之間的語言障礙。比如說注射「神經花邊」,或許能夠成為一種有希望的方式,讓神經元旁邊長出植入性電極,而不是排斥它們。此外,柔軟的奈米線探針、柔軟的神經元支架和玻璃碳介面,或許能夠讓電腦在未來與我們人類愉快共存。
  
伊隆·馬斯克最新建立的Neuralink公司,已經提出提出一個終極目標,藉助腦機介面技術,增強人類大腦,讓人類能夠在與人工智慧的競賽中勝出。

他希望人類的大腦能夠透過技術連線,增強自身的能力,這樣或許能夠讓人類避免面臨,一個人工智慧遠超過人類的社會。這樣的情景或許看起來很遙遠,而且是人類想像出來的,但是我們不應當漠視這種想法。畢竟15年前自動駕駛汽車,還被認為是屬於科幻的領域,現在卻已經上路行駛。
  
將我們人類的大腦直接與技術相連,或許最終將成為一種自然過程,人類隨著老化會藉助技術來增強自身,比如說人類曾經藉助輪椅克服兩足行走的障礙,藉助寫下來的符號增強記憶等。就像現在的電腦、智慧手機和虛擬現實頭盔一樣,當人機介面裝置最終進入消費者市場時,它們將成為一種興奮、沮喪、風險和希望並存的產物。
  
在不遠的將來,隨著腦機介面技術的不斷完善,並且當這項技術,能夠讓殘障人士的個體能力超越人類限制時,我們就會真正意識到一系列問題,比如說隱私、一致性、身份和平等性等。一個由哲學家、臨床醫生和工程師組成的團隊,正在積極探索這些涉及倫理、道德和社會公平性的問題,並且想要在這一領域失去控制之前,提供神經倫理方面的指導方針。

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