2020实现人脑接电脑 马斯克梦想的“人机合一”(上)

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2019-07-22 06:21:42

2019年7月17日,全球电动车领导品牌的特斯拉公司首席执行官依隆·马斯克(Elon Musk,1971-)宣布:他的脑机界面创业公司Neuralink的最终目标是让人类“与人工智能实现共生”,并且通过“与AI合并”,人类将能够跟上与AI。

马斯克表示,这项计画是从2017年开始,并计划在2020年开始进行人体实验,在志愿者的大脑中植入芯片,实验目的是为了治疗脑损伤,包括瘫痪甚至是老人痴呆症,这也是该计画的中短期目标。

计画的长期目标是,藉由脑芯片来实现人脑与人工智慧(AI)的结合,让人脑来利用AI的庞大运算力,以确保人脑能够跟上AI的发展,不致于落后。马斯克形容,这是一项“这在文明级别上非常重要”的事业。

人脑与科技结合的“脑机介面”概念可以追溯到1960年代,数十年来不断有科学家投入研究,更不乏国家级经费,中、美等各大强国都相继投入数以亿计美元的经费。脑机介面的概念如何发展?瓶颈又在何处?

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以电动车品牌“特斯拉公司”与民营火箭品牌“SpaceX”闻名世界的依隆.马斯克(Elon Musk,1971-),于2019年7月17日宣布,这次他将眼光放到了脑科技领域,初步来说,就是创造出一种能够植入人类大脑的芯片,并用于治疗瘫痪症与老人痴呆。终极目标来说,就是实现人脑与人工智慧(AI)的“合体”。

马斯克在17日的直播记者会上表示,这些芯片将透过极细的电线与人体大脑细胞进行神经连结,让大脑的命令直接透过芯片传达出去,而不需要透过受损的神经系统或是大脑区块。这可望让瘫痪、痴呆或是渐冻症患者重新移动手脚;即使无法实际移动手脚,也能透过芯片遥控电子设备,例如滑鼠或是键盘,甚至是轮椅与家电,让患者能够重新加入现实社会。

全球各地的团队都在进行类似实验,一项美国与日本的合作实验已经成功让猴子透过大脑芯片来控制地球另一端的机械,马斯克计画使用更强十倍的芯片、最多植入十个以达到前所未有的成果。马斯克表示,这是能够将人类文明提升到下一个阶段的重大实验,只要能够获得美国食品药物局(FDA)的许可以及徵求到自愿者,将预计在2020年实施人体实验。

化不可能为可能的脑机介面
能够将芯片放入人脑中、届此实现人脑与人工智慧的合体的科技,称之为“脑机介面(Brain-Computer Interface, BCI)”,指的是大脑与机械等外部设备之间,建立一个能互相沟通的介面;也就是说,机器透过分析解读人类的大脑,将其进一步转化为相应的动作与指令,甚至提供反馈,这就是用“意念”操控外物的科学原理。

好莱坞改编日本动画的《攻壳机动队》(2017)与《艾莉塔》(2019)真人电影中,人类能将肉体换成机械,只留下一颗大脑“发号施令”,不但行动如常、力量与速度甚至是感官刺激都比肉体更强大,还能远端控制无数的“机械分身”。在2009年的《阿凡达》电影中,人类也能用意念操控分身“阿凡达”进行探险和军事任务,即使是残废的人也能再次得到行动自如的机会。
 
现实里,一般人能够理所当然地活动自己的身体,对此完全不抱有疑问;但对于身体患有障碍的人来说,难如登天。要如何跨越中间的差别,困扰着数千年来的哲学家、医学家、科学家们。今天的科学技术确实和上个世纪有如云泥之差,但离电影的世界还有多远?

2018年,马斯克将他珍爱的电动车放入重型猎鹰火箭中射入太空,朝平均距离地球225亿公里的火星轨道出发(VCG)

人类在进行生理活动时,大脑会向外发送电流讯号。在肉体中,这样的电流讯号会透过神经传导,或有意、或无意识的指挥各个器官进行动作。如果将仪器放置到头上接近大脑皮层处,就能测量到大脑的电位活动,还能在萤幕上显示出波浪一样的图形,这就是“脑波”。而脑波活动具有一定的规律性特征,与大脑的意识有着明显地对应关系:人在兴奋、紧张、昏迷等不同状态之下,脑波的频率会有明显的不同;正因为脑波能够被侦测甚至被解读的特性,对于脑波的开发利用才成为了可能。

早在1960年代,就有科学家开始尝试脑机介面的研究。当时,英国医生Grey Walter为确认癫痫患者的脑内病灶,在其头上接近大脑皮层处贴上电极,以便清晰地获取患者的神经活动。一次实验中,Grey Walter突发奇想,在患者观看投影片之际,将患者头上电极连接到自己发明的“电位转换器”上。于是,每当患者打算置换投影片、但还未启动按钮时,投影机就像已经知道患者们的想法般地自动切换。这就是脑机介面技术的第一次完整呈现,采取的还是非侵入式的手段,使大脑神经讯号传递到外部电子设备。

随后,1971年美国加州大学的Jaceques J. Vidal教授,具体提出大脑与电脑沟通的概念研究,并认为“心智的决定”可藉由收集脑波讯号而被探索,且脑波应由许多小波组合而成。尔后,随着科学技术及仪器的演进,到了1990年代中期,全球科学家对于脑机介面的研究迅速增加,且成为脑科学研究的重要一环。

脑机介面应用及最新进展
目前最接近实用化的脑机介面人体应用,是在2004年,13位瘫痪患者被植入一项名为“Brain Gate”的系统,是由一组小型电极所组成的阵列,称作犹他电极阵列(Utah array),最初是由美国布朗大学(Brown University)开发。

该装置植入大脑的运动皮质(motor cortex / 掌管身体运动),装置上的电极能在患者产生“移动手”的念头时侦测到放电的神经元,这些讯号再透过解码器,转译为电脑讯号并输出行动,如移动萤幕上的指标或控制四肢。这项系统曾成功协助一位因中风而瘫痪的女士,使用机械手臂来完成喝咖啡的动作;也曾帮助瘫痪患者以每分钟8个字的速度完成打字,还曾被成功应用在失去功能的四肢。

2014年,著名的约翰.霍普金斯大学应用物理实验室(Applied Physics Laboratory)运用类似研究技术,让一名自两边肩膀处截肢长达40年之久的残疾人士成功地以意念移动双手义肢;2017年,美国凯斯西储大学(Case Western Reserve University)的Robert Kirsch教授也在《Lancet》发表了一篇关于Brain Gate的研究,也成功将装置运用在一位因自行车事故瘫痪的患者双手上,让他在8年后首次凭借自己的力量进食。

像这样的技术也能够被用来治疗其他动作失调疾病、精神疾病、甚至是五感的缺失。加州柏克莱大学的研究团队分析人在聆听对话时的大脑颞叶(temporal lobe)活动,归纳出听到的内容和脑波的对应模式,这将有助于开发语言处理装置,以协助失语症这类无法了解及表达语言的患者。

另一厢,由德国图宾根大学University of Tübingen(Ujwal Chaudhary)主持的近期研究,也利用一种功能性近红外线光谱(fNIRS)科技,透过侦测脑部红血球的血氧浓度变化,协助与4名末期渐冻症患者沟通。另一个柏克莱团队也透过分析大脑血氧浓度来重建受试者看过的影片内容,只要能给予大脑刺激以重现相同的变化,那么未来盲人就能够直接以大脑“看”到影像。

 
 
 
 
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撰写:袁愷勳 李虎門

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