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        馬斯克的腦機(jī)接口打開了哪扇門

        2020-12-06 04:37:54
        初中生世界 2020年41期
        關(guān)鍵詞:接口技術(shù)腦機(jī)腦電波

        美國企業(yè)家埃隆·馬斯克和他的“三只小豬”日前在線直播展示了小豬大腦被植入腦機(jī)接口設(shè)備的情況。這場全球矚目的直播再次激發(fā)了人們對腦機(jī)接口技術(shù)的熱情和期待。

        這場發(fā)布會主要展示了腦機(jī)接口技術(shù)在工程學(xué)上的新進(jìn)展,展示了腦機(jī)接口產(chǎn)品未來有望更加便捷易用。但腦機(jī)接口在一些關(guān)鍵技術(shù)方面仍有待突破,距離科幻作品中的“存儲和提取記憶”“超級人類”依然十分遙遠(yuǎn)。

        什么是腦機(jī)接口技術(shù)

        腦機(jī)接口,就是在大腦與外部設(shè)備間創(chuàng)建全新信息交換通路,一方面將大腦信號轉(zhuǎn)化為機(jī)器可識別的信號,實現(xiàn)對機(jī)器的有效控制;另一方面,將外部設(shè)備信號轉(zhuǎn)化為大腦可識別信號,從外部對大腦進(jìn)行直接干預(yù)。

        早在20 世紀(jì)20 年代科學(xué)家發(fā)現(xiàn)腦電波后,對腦機(jī)接口的探索就已經(jīng)開始。此后數(shù)十年,這項技術(shù)逐漸帶來一些實用產(chǎn)品,比如為失聰者植入人工耳蝸可恢復(fù)聽力??傮w來看,腦機(jī)接口較為成熟的應(yīng)用主要集中在神經(jīng)康復(fù)和輔助醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,在重癥醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用還十分有限。

        近年來,隨著人工智能等技術(shù)的發(fā)展,腦機(jī)接口在多個領(lǐng)域開展了應(yīng)用嘗試,比如基于神經(jīng)信號解碼的機(jī)器翻譯、意念控制機(jī)械臂、腦控電子游戲等。馬斯克認(rèn)為,腦機(jī)接口技術(shù)可大幅提高人機(jī)交互速度,有望最終解決“人機(jī)共生”問題。

        馬斯克的“神經(jīng)連接”做了什么

        腦機(jī)接口近幾年“大熱”,全球幾家科技公司的巨額投資及技術(shù)創(chuàng)新成果是主要推動力。2019 年夏天,美國社交媒體臉書投資的“語音解碼器”研究發(fā)布成果引發(fā)關(guān)注,馬斯克創(chuàng)立的“神經(jīng)連接”公司展示腦機(jī)接口技術(shù)也賺足眼球。而這次,主角除了馬斯克,還多了三只實驗小豬:一只在兩個月前被植入了腦機(jī)接口設(shè)備,一只未植入任何設(shè)備,還有一只曾植入過腦機(jī)接口設(shè)備,后被取出。當(dāng)植入了設(shè)備的小豬的口鼻碰觸到物體時,腦機(jī)接口設(shè)備會獲取神經(jīng)元發(fā)射的信號,在顯示屏上呈現(xiàn)點(diǎn)狀圖像并發(fā)出聲音,這顯示它的大腦信號可實時被采集。而植入設(shè)備后又取出的小豬表現(xiàn)得非常健康,與普通小豬并無差異。

        這次展示的亮點(diǎn)主要在于:實驗動物從2019 年夏天的大鼠“升級”為小豬,后者與人類的相似度更高;植入物僅有硬幣大小;植入手術(shù)由一臺專用機(jī)器人完成,全過程僅需一小時,并可“當(dāng)天出院”。

        應(yīng)該說,新成果主要展示了在實現(xiàn)腦機(jī)接口的技術(shù)路徑方面的探索,而非基本原理或技術(shù)應(yīng)用上的突破。英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)教授安德魯·杰克遜指出,這次展示中并沒有什么“革命性”的內(nèi)容,主要展示了在解決多電極植入的工程挑戰(zhàn)方面取得的新進(jìn)展。

        目前,實現(xiàn)腦機(jī)接口的路徑主要分為“侵入式”和“非侵入式”。前者是將腦電波檢測電極植入大腦,這樣采集到的腦信號強(qiáng)且穩(wěn)定,但會對人體造成創(chuàng)傷;后者主要通過可穿戴的腦電波檢測設(shè)備獲取信號,對人體無傷害,但有信號穩(wěn)定性弱、速度慢、正確率低和穿戴不便等問題。

        馬斯克和“神經(jīng)連接”希望在這兩條路徑之間找到最優(yōu)平衡:盡可能的低損傷和高效信號傳輸。有專家評價,“神經(jīng)連接”展示的新品在封裝、集成、植入器件的微型化和無線傳輸?shù)裙こ淘O(shè)計與實現(xiàn)方面做得很好,手術(shù)機(jī)器人也大大改進(jìn)。

        挑戰(zhàn)與風(fēng)險如何

        腦機(jī)接口技術(shù)近幾年備受關(guān)注,也取得了一定成果,但要想早日實現(xiàn)多領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用,甚至產(chǎn)生科幻作品中那樣的“超級人類”,還面臨諸多挑戰(zhàn)。

        第一需要基礎(chǔ)科學(xué)的進(jìn)展。人類對于大腦的了解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,生物學(xué)領(lǐng)域的生命活動基礎(chǔ)仍是未解之謎。專家指出,盡管了解不同的腦電波大致有一個代表的方向,但“讀懂”腦信號很難?;A(chǔ)研究如果得不出準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型,后續(xù)的軟件設(shè)計、應(yīng)用開發(fā)等就缺乏可靠基礎(chǔ)。

        第二是關(guān)鍵技術(shù)突破。業(yè)界認(rèn)為,腦機(jī)接口技術(shù)將經(jīng)歷“腦機(jī)對接”“腦機(jī)交互”“腦機(jī)融合”三個發(fā)展階段,當(dāng)前正由第一階段向第二階段過渡,主要技術(shù)瓶頸包括傳感精度低、集成計算效率差、編解碼能力弱、互適應(yīng)手段少等。

        第三需要更多的實驗和數(shù)據(jù)。技術(shù)研究需要以大量的實驗和數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),特別是人工智能相關(guān)研究,而腦機(jī)接口技術(shù)實驗還十分缺乏。據(jù)介紹,這類技術(shù)通常要先以猴子為實驗對象,然后才能對截癱病人進(jìn)行臨床試驗,但目前全球只有少數(shù)團(tuán)隊能做猴子實驗,能做臨床試驗的機(jī)構(gòu)更是屈指可數(shù)。

        除了這些挑戰(zhàn),腦機(jī)接口技術(shù)的安全風(fēng)險也不容忽視。比如,電極植入、信號輸入或輸出的過程,都有可能造成腦部傷害,而腦電波信息收集和使用,有可能涉及對個人隱私的侵犯。

        愛爾蘭沃特福德理工學(xué)院通信軟件和系統(tǒng)小組研究負(fù)責(zé)人薩西塔蘭·巴拉蘇布拉馬尼亞姆對媒體說,腦機(jī)接口可能讓我們更容易受到黑客的攻擊,相關(guān)信息的泄露“將比我們見過的所有數(shù)據(jù)泄露都更為嚴(yán)重”。

        “控腦”技術(shù)的倫理問題也需要規(guī)范化。有專家提出,使用腦機(jī)接口技術(shù)至少應(yīng)該遵循知情同意、患者自主性和必要性原則,以及對人有利、不會對他人和社會造成傷害等原則。

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