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科幻变现实?脑机接口助人类超越自身局限尚需时日

2017-04-19 08:17:00 科技日报社-中国科技网 分享
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  本报记者 刘 霞 综合外电

  今日视点

  自古以来,人类总是希望变得更高、更快、更强:古希腊人对翱翔飞行深深着迷;而今人们祈望自己的思维能与机器沟通,以增强大脑的能力。

  科技界的“网红”埃隆·马斯克和移动支付初创企业Braintree创始人都对此领域青睐有加,并砸下重金,希望通过将电极植入人脑来增强人类的能力。

  那么,思维可通过脑机接口与人工智能、机器人和其他思维直接相连,从而超越人类自身的局限吗?美国趣味科学网站在近日的报道中指出,尽管这类技术在未来大有潜力,但要实现上述目标,我们还有很长的路要走。

  残障人士的贴心帮手

  有关脑机接口的最新研究,大部分都致力于改善残障或有严重运动障碍人士的生活质量。

  如2015年,匹兹堡大学的研究人员在一位颈部以下瘫痪的女患者脑运动皮层植入传感器,使其单凭意念(思想)即可操作机械手臂将一块巧克力送入口中,灵敏度比以往更接近正常人的肢体;为视力严重受损人士准备的仿生眼已商用,改进版本正在进行人体试验;全球有超过30万人使用耳蜗植入物改善听力等。

  华盛顿大学感觉运动神经工程中心(CSNE)的科学家,目前正探索将脑机接口用作全新的修复工具,供中风和脊髓受损人士使用。他们业已证明,脑机接口能被用来加强大脑两个区域之间及大脑和脊髓之间的联系。

  脑机关联需跨几座“山”

  尽管如此,我们距离理想的脑机关联还有很大距离。

  首先,与健全人士每天使用四肢所做的动作相比,脑机接口产生的动作更慢,精确度和复杂程度也大打折扣,仿生眼提供的视力分辨率很低,耳蜗植入物会使音乐失真。其次,电极必须通过手术植入,但大多数人都不愿这么做。

  当然,无需手术的非侵入式脑机接口的确存在,它们一般基于头皮部位的电子记录,可控制光标、轮椅、机械臂、无人机甚至实现脑—脑通信。但这些展示都在实验室进行,房间很安静,测试对象心无旁骛,技术设置有条不紊。实践证明,此类设备在真实世界中的表现远不如实验室获得的效果。

  此外,还存在所谓的语言壁垒。神经元通过电信号和化学信号之间的复杂作用彼此联系。电—化学语言虽能用电路解释,但并不容易。人类目前还无法记录数以百万计的大脑神经元活动,因而无法解码复杂的决策流程,也无法区分某人究竟是想吃一碗面,还是想去洗手间。

  最后,还有破坏问题。大脑组织柔软而充满韧性,而大多数导电材料一般非常坚硬,这意味着,植入电子设备经常会导致身体出现伤疤并产生免疫反应;而植入物也会慢慢失效,因此,要想脑机连接更高效,需要柔性生物兼容纤维。

  多种技术协同应对挑战

  虽然面对上述诸多挑战,科学家们对脑机关联的未来仍表示乐观。

  因为,脑机接口并不需要非常完美,大脑拥有令人惊叹的适应能力,能像学习新技能一样学会使用脑机接口。

  另外,研究人员也找到了克服电—生物化学语言壁垒的新方法。比如,可注射的“神经织网(neural lace)”有潜力使神经元在植入电极周围发育而非抵触它们;柔性纳米线探测器、柔性神经元支架也使生物计算机和常规计算机未来能在我们体内和谐相处。“神经织网”是科幻小说家伊恩·班克斯提出的一个概念,在小说中,一个非常精细的“神经织网”生长在人类大脑中并作为无线脑机接口,根据指令释放特定的化学物质。

  最终,为了更好地实现脑机关联,我们需要一种“互相适应”的双流向脑机接口,电子器件和大脑一起学习并在学习过程中同大脑交流,建造此类接口也是CSNE的目标。

  埃隆·马斯克即将启动的初创公司Neuralink希望通过用将电极植入人脑的方式来增强人类的能力;约翰逊创办的Kernel也致力于研发神经义肢技术,希望在人脑中植入相关设备,改善人类的认知能力。尽管这些想法有点像科幻小说,但并非空穴来风。毕竟,自动驾驶汽车十多年前也只出现在科幻小说中,而现在都已上路。

  (科技日报北京4月18日电)

责编:李文瑶