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“赛博格”正来临:浙大脑机接口专家和他的大鼠X战警军团

澎湃新闻记者 虞涵棋

2018-06-14 07:36  来源:澎湃新闻

视频中,一只头部植入装置的大白鼠时不时在迷宫路口稍作犹豫,但最终每次都选择了地面上箭头标记的方向。“我们其实养了一支大鼠军团,还有一支猴子军团。”6月10日,浙江大学计算机学院教授、中国人工智能学会常务理事、脑机融合与生物机器智能专委会主任委员潘纲在理解未来讲座上海专场分享了计算机学院与求是高等研究院联合科研团队在脑机融合方面的成果。
大白鼠并非学会了分辨箭头方向,而是大脑获得了计算机的“加持”。植入脑部的芯片采集大白鼠眼中看到的图像,解读数据后再以电信号刺激它选择特定的方向。置于真实的工地环境中,这支大鼠军团可以灵活地按照设定目标穿越管道和台阶,辅助检修或搜救任务。比起从无到有制作一只能在复杂环境中工作的机械鼠,充分利用生物天生的能力,附加计算机智能,显然更有效率。
脑部植入电极的大鼠正在辨认箭头方向

这种类似于“X战警”和“钢铁侠”的脑机混合智能(Cyborg,即生化电子人,音译为赛博格)能否出现在人类身上?潘纲觉得并不遥远。“尤其是在神经康复领域,可能5到10年就会有起色。”他在接受澎湃新闻记者采访时表示。像霍金这样的渐冻症患者,将更加活动自如。
更长远来看,他相信脑机融合将极大地改变普通人的生活,因为这项技术最终会提高人类的能力,是未来社会发展的一个重要趋势。“如果有一天装了这个东西,高考可以多考50分,你装不装?”潘纲提了一个既科幻又现实的问题。
在这一天到来之前,科学家们需要攻克信号采集、解读、反馈等方面的诸多技术难点,社会也应在伦理和监管上做好准备。
技术:读取与反馈
脑机接口建立起生物和机器之间的双向通道:脑信号的读取和反馈。潘纲介绍道,目前信号读取可以通过多种不同物理手段,如电(脑电波、锋电位)、磁(核磁共振、脑磁图)、光(双光子成像)等,而反馈途径主要有电(流)、光(遗传)、(超)声、磁(场)等。
其中,光遗传学是近年来神经科学领域非常具有潜力的工具。它通过激光来激活特定种类的神经元。“如果说记忆是依赖一部分细胞活跃的话,我们把这一类神经细胞激活了,那记忆能力就有可能加强。”潘纲说道。
在形式上,脑机接口可分为植入和非植入两种。非植入式脑机接口以头戴式为代表,现在是商业化的主流领域。潘纲介绍道,目前非植入式设备可以较好地解读正面和负面情绪,感受注意力集中,他的团队也在国际上首次实现了通过运动想象来控制飞行器的原型系统。
但显而易见的是,非植入式装置想要透过头皮、软组织、头骨、硬脑膜的层层阻碍获取皮层中的脑电波信号,精度较差,噪音也大。因此,真正要逼近科幻片式的“读脑”,目前更多需要通过植入式脑机接口。浙江大学团队主攻的,也正是国内做得比较少的植入式脑机接口。
他们希望结合人工智能技术,更好地解决脑信息读取不准确、信息输入不完整及输入输出不协调的问题,同时利用大脑的意念信号对外部设备进行有效协同控制,从而增强行为能力。
应用:神经康复即将有突破
“读取出来本身就可以做很多事情。像霍金这样的渐冻人,可以更加自如地控制外面。也能和患有自闭症的孩子更好地互动。在娱乐方面,我们可以去控制一些小飞机、机器人。”潘纲说道。在大脑中植入芯片,对普通人而言可能还需要心理建设,但在某些神经受损的病人眼中,则是殷切的期盼。
2016年,该团队曾上过央视一期《挑战不可能》。节目中,潘纲的一个研究生通过头戴式设备与一只植入电极的大白鼠建立了“心灵感应”,用意念控制大白鼠选择正确的道路,穿越四关迷宫。
“节目播了以后,有些病人就感觉这个好像是比较成熟了,就找我说能不能给他做实验。”潘纲说道。
尽管团队目前仍在进行原理和技术上的探索,离真正应用到人上还很遥远,但潘纲认为,神经康复确实是最有潜力的一个应用场景,而且5到10年内技术或许就会有较大起色。
2014年,团队与浙江大学医学院附属二院神经外科合作,癫痫患者开颅切除病灶的手术过程中将一个电极阵列覆盖在大脑皮层的运动与感觉两个脑区。采集的脑电信号经计算机解读后输入到机械手,患者从而控制机械手完成了“石头、剪刀、布”的不同手势动作。
癫痫患者控制机械手完成“剪刀”手势

同样是在2014年,一名高位截瘫的巴西少年身披脑控的机械外骨骼为世界杯开球,一脚踢起了脑机接口关注度的高峰。潘纲希望,在技术真正成熟之前,企业的商业化宣传多一些实事求是,不要透支人们的信任。
“有些企业和媒体把后面5年、10年甚至20年的故事都讲完了。”他说道。
伦理:人机界限的模糊
伦理是脑机混合智能发展时绕不开的一个话题。浙大团队曾在猴子大脑皮层中植入电极,训练猴子用意念控制机械手,完成抓、握、捏、勾四个复杂动作。类似的猴子实验在欧美国家可能会面临更大的伦理压力。
“像美国还有欧洲的话,猴子实验很难做,要求严格,而且他们有一些动物保护组织可能不请自来给你捣乱。”潘纲说道。
他认为,中国作为一个处于发展上升阶段的社会,人们普遍对科技的追求给科学家们提供了相对宽容的环境,这对中国发展脑机混合智能是个利好。
瘫痪少年借助脑控外骨骼为巴西世界杯开球

被称作“中国脑计划”的“脑科学与类脑研究”作为重大科技项目已被列入国家“十三五”规划,包括潘纲在内的许多学者都期待,该计划正式获批启动后,中国在脑机混合智能等脑科学领域研究与应用很可能将获得重大的进步。
国际方面,美国国防部高等研究计划局(DARPA)一直重金投资脑机接口,在过去一段时间主导了美国相关领域的研究。硅谷科技巨头近年来也纷纷入局,马斯克和扎克伯格相继成立了神秘公司Neuralink和神秘部门Building8,以各自的技术路径探索人与人工智能的融合共生。
将机器植入人体,到底会给社会伦理带来怎样的影响,是否会重新定义“人”的概念?潘纲认为,从根本上看,脑机混合智能是机器给人的“赋能”,是难以阻挡的发展趋势。眼下,智能手机尚在人体之外就已经深刻地改变了人类的生活方式。接下去,从贴近人体到植入人体,人类将逐渐接受人与机器之间的界限模糊。心脏起搏器,就是一个可见的例子。
“如果有一天装了一个东西,高考可以多考50分,你装不装?”这是潘纲抛回给记者的问题。
责任编辑:蒋立冬 澎湃新闻,未经授权不得转载。新闻报料:4009-20-4009
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