大脑与机器融合离我们还有多远

作者:文/RajeshP.N.Rao,JamesWu编译/李雨蒙

大脑与机器融合离我们还有多远

如同古希腊人曾幻想一飞冲天的飞行物,今天我们梦想可以将人类大脑与智能机器相融合,弥补人类有限生命的局限,可是究竟人类大脑能否通过脑机交互科技(BCI)直接与人工智能、机器人或是其他大脑连接,超越人类的极限?我们距离真正成功将自己的大脑与科技连接还有多远?当我们的大脑被插入电源后,又将意味着什么?

起源:复原与归位

最近,大部分的脑机交互科技都着力于改善瘫痪或患有严重行动缺陷的病人生命质量。近期,人机交互领域有多项科技成就发表。比如,匹兹堡大学研究人员运用大脑中记录的信号控制机器人手臂。斯坦福研究者能从瘫痪病人的大脑信号中获取动作意图,令患者可以操作无线写字板。同时,一些有限的虚拟感觉可以被传回大脑中。

对于我们主要的视觉和听觉,视觉严重受损的患者早期使用的仿生眼球,早已进入商业运作。目前升级的版本正在接受人类的检验。另外,人工电子耳蜗已经成为最成功和普及的仿生植入——全球超过30万用户都在使用这项植入恢复听力。

其实,最复杂的人机交互是双向的人机交互(BBCIS),同时记录和刺激神经系统。目前研究显示,双向人机交互能够用于增强两脑区或脑与脊髓之间的连接,并且重新布置损伤位置的信息以复原瘫痪的手臂。对于迄今为止的研究成果,您可以想到脑机交互已经随时准备着成为下一个用户必备的酷科技。

为时过早

然而,仔细研究目前一些人机交互技术不难发现,我们仍有很长一段路要走。当人机交互发出动作,与体格健全的人使用自己手臂每天轻松做出的动作相比,要缓慢许多,而且动作不够精细和复杂。仿生眼只能提供低分辨率的视觉;人工电子耳蜗虽然能够以电子方式传输有限的语音信息,但是音乐的信息却会扭曲变形。

不过,并不是所有人机交互都具有入侵性。无需外科手术的无创式人机交互就确实存在。

名为墨菲斯的人形机器人“阿凡达”的首场展示,于2006年在华盛顿大学的神经系统实验室进行。这项无创式人机交互,根据对所想物体或地址图片闪现的大脑反射反应,推断出机器人应该挑选哪个物品,将它放在何处。

可是,所有这些演示都是在实验室中进行的——那里空间安静,实验对象没有被分心,长期而有系统的技术装置,并且实验持续时间仅仅满足显示科学概念的成立,却难以证明这些系统能够快速且健康地在现实世界中的实际操作。

对于植入电极,尝试读心引发了另一个问题,就是我们的大脑是如何构成的?我们知道每一个神经元和它们周围数以千计相邻的神经元构成了一幅难以想象的庞大多变神经网。而这对于神经系统工程师来说,将意味着什么呢?

因为即使最好的植入,也只能让我们在一时间听到大脑中很小一部分的信息,或许我们可以做一些令人印象深刻的事情,可是无论在何处我们都只能靠近整个对话的真相。

去年,一辆由芯片制造商Nvidia开发的无人驾驶汽车出现在新泽西州蒙茅斯县的道路上,和通用公司、Google和特斯拉所展示的自动驾驶汽车有所不同,这辆车的AI技术能力得到了大幅的提升。可令人意外的是,它没有遵循由工程师或程序员所提供的指令,与之相反,它完全依赖一种通过观察人类行为来训练自己如何驾驶的算法。

但令人不安的是,人类并不完全清楚汽车是怎么做出决策的。事实上,没有人真的知道人工大脑的算法是如何工作的,而这恐怕将成为日后的一大隐忧。

互相适应,共同生存

尽管存在许多的挑战,但是我们对于仿生科技的未来仍然非常乐观。我们相信“互相适应”的双向脑机交互技术,电子与大脑共同学习的同时,也在不断回应大脑,这是建立神经桥(NeuralBridge)的关键步骤。建立这样互相适应的双向脑机交互是我们研究的最终目标。

近期,在许多疾病治疗方面取得的成功同样令人欣喜,比如糖尿病治疗运用“电陶材料”——实验性小型植入通过直接将指令输入内藏器官,不需药物治疗疾病。此外,研究人员发现了攻克电子对生化之间语言障碍的新方法。比如,嵌入式“神经蕾丝”或许就有望成为逐步生长在植入电子元旁边最有希望的方法,而不是排斥反应。具有弹性的纳米线探针、弹性神经元支架以及玻璃质碳界面,在未来可能同时允许生物和科技电脑在我们的身体中和谐共存。

从辅助到增强

艾伦·马斯克的最新科技公司发布企业愿景,将致力于通过脑机界面科技(BCIS)提高人类能力,在人类与人工智能之间进行的装备竞赛上提升我们的大脑。马斯克希望运用人体连接科技,需要首先提高人类自身大脑的能力——使我们避免未来可能出现的反乌托邦现象,在那里人工智能远超于自然人类的能力,这样的景象或许是遥远而奇妙的,但是我们不能独断一项奇异想法的可能性。终归,自动驾驶汽车在10年或5年前还属于科幻小说的范畴,而现在已经真实地出现在马路上。

人类大脑直接与科技相连,也许最终在漫长的时光里,通过科技完成人类进化的自然过程。从使用车轮,到克服两肢动物局限,再到在泥板和纸张上记录文字增强我们的记忆。这些就如同今天的电脑,智能电话、VR头盔以及增强脑机交互科技一般,当它们最终进入消费市场,或许令人兴奋,或许令人失望,或充满危险,但同时,也充满希望。

编译自《科学美国人》

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