腦機接口與虛擬世界:腦後插管,不一定都是《駭客帝國》

2022年01月15日09:04

  來源:新智元

  [新智元導讀]近日,布朗大學神經科學實驗室的機械臂實在太讚了,給身體障礙者成功喂咖啡。在人腦中植入芯片,以腦機結合的方式控制人腦,已從科幻走進了現實。

  在人腦中植入芯片,以腦機結合的方式控制人腦,已從科幻走進了現實。

  近日,布朗大學神經科學實驗室展示了這樣一幅畫面:

  一位癱瘓的、不能說話的患者,安裝上一個名為BrainGate的系統。系統包括一個植入運動皮層的微小電極陣列,一個在頭頂悠然自得的插頭,一個鞋盒大小的信號放大器,以及一台裝有患者神經信號解碼軟件的計算機。

  患者試圖用機械臂拿起一瓶咖啡,她手握住瓶身,送至嘴邊,並從吸管里喝了一口。

  目前,在人腦中植入芯片,以腦機結合的方式控制人腦,已從科幻走進了現實。

  腦機結合,從科幻到現實

  過去20年,可植入治療設備在全球得到了很好普及,人工膝蓋、人工起搏器均得到了較為普遍的應用。

  那些行動不便的人,通過傾聽和理解大腦語言,機器幫助障礙者實現行動自由。

  以帕金森患者為例,這個起搏器一樣的裝置會輸出電流,電流會阻斷該區域的異常神經活動,讓患者的手停止顫抖。

  目前,人機結合主要經曆了三個階段:

  第一個階段是通過刺激患者的身體障礙部位,讓障礙部位可以活動;

  第二個階段是將信號傳遞給機械臂,讓機械臂實現活動,如機械臂咖啡;

  第三個階段是人與電腦的直接溝通,讓意念轉化為行動,如意念打字。

  當下,人機結合的研究處於第三階段,科學家們正致力於實現人腦的直接交流。

  未來,不止是電流刺激,還包括光學刺激。

可讀取患者大腦信號的電極陣列
可讀取患者大腦信號的電極陣列

  設備植入大腦,就像在果凍上安裝一幅畫,肉體的”脆弱“有些不堪:

  ——“腦洞大開”留下的傷口使患者容易受到感染;

  ——電極陣列不可避免地造成腦組織損傷,它像一百根頭髮絲組成,從大腦伸出來;

  ——每一次晃動電極都有可能撕裂連接,與原來的神經元失去聯繫。

電極陣列像一百根頭髮絲組成,植入大腦
電極陣列像一百根頭髮絲組成,植入大腦

  另外,研究人員可能會花幾個月時間訓練特定的細胞,但這些細胞最終會死亡。

  最終,患者身體的防禦系統會自動關閉該實驗。

  隨著時間的推移,電極周圍形成疤痕組織,將它們與鄰近的神經元隔離開來,使它們失去作用。

  腦機結合的原理——解碼算法

  研究人員通過芯片收集這些人腦信號,並對其進行實時的數學計算,就像手機和電腦的工作原理一樣,我們稱這個過程為:解碼算法。

  解碼算法可以在定製的矽芯片上運行,因為它能耗極低,這不僅有助於延長植入裝置的電池壽命,同時意味著不用擔心電池過熱的問題,芯片可以讀取並使用這些信號,繼續傳遞信號。

  腦機接口的原理就是,在某種程度上讓腦信號與計算機信號互動,當一個神經元想和另一個神經元溝通時,會發出一種叫做動作電位的微弱電子脈衝。

  研究人員必須搞懂的一個神經科學問題就是,不同的信號是在人腦的什麼部位被編碼的,以及如何被編碼的。

  以人工視網膜為例,它能幫助失明的人重建光明,可能是目前最成功的神經假體。

  人工視網膜植入患者眼中,就像鏡頭一樣採光,將光信息轉化成電刺激信號,重建視力。

  腦機接口的作用,是讀取一個人的神經活動,並用它來驅動機器。

  讓大腦神經活動轉化為實際動作,這項技術能切實改善身體障礙者的生活。

  人腦與機器結合,誰將掌握主導權?

  大腦‘掌控一切’的滿足感還將存在嗎?

  如果,患者通過腦機接口控制的是機器,那麼,當人腦與機器結合之後,誰將掌握主導權?

  失去對身體的控制,將是一個人所能遭遇的最殘酷的經曆之一。

  這種殘酷不僅是身體的,而且是心理的。、

  大腦的存在是為了感知世界、做出預測、控制世界。大腦中存在一套電化學獎勵系統,帶給身體很大的‘滿足感’。

  也就是說,當身體失去了這種感知,整個人的滿足感也消失了。

  在腦機接口對神經信號的轉換和翻譯中,有些信息可能會丟失。目前,研究人員尚未有任何有效方式介入‘意識’和機器之間的對話。

  科學家們很難聽到這些對話,他們看到的是杯子被拿起了,患者成功喝到了咖啡,實驗圓滿成功。

  1999年,著名科幻電影《駭客帝國》描繪了‘腦後插管’的虛擬世界:Matrix。

  如今,這些電影畫面已經變成了生活場景。

  技術給人類帶來了很大福音,也恐怕會製造一些問題。

  如果出現了問題,誰將承擔責任呢?

  關於人機結合的更多細節,還有待進一步的探索。

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