像人類(lèi)一樣思考一直是人工智能不斷追尋的目標(biāo),。目前,，盡管人工智能的應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展,，但其與人類(lèi)思維還存在著明顯的差距,，對(duì)于人腦的認(rèn)知始終影響著人工智能的發(fā)展,，如何了解和模擬人腦已成為迫切需求,。本期兩篇文章所涉及的研究——腦機(jī)接口和類(lèi)腦計(jì)算機(jī)為我們帶來(lái)了這方面的前沿信息,。
——編者
打開(kāi)人類(lèi)的頭顱,，植入電子芯片,，讀取腦電波，獲取海量知識(shí),，這種科幻電影中的橋段正在逼近現(xiàn)實(shí),。8月29日，知名電動(dòng)汽車(chē)公司特斯拉的創(chuàng)始人埃隆·馬斯克旗下的腦機(jī)接口初創(chuàng)公司Neuralink,，演示了最新一代侵入式腦機(jī)接口設(shè)備(Brain-Computer Interface,，BCI)，并展示了大腦被植入了該腦機(jī)接口的三只小豬,。
馬斯克發(fā)展腦機(jī)接口的初衷是希望用機(jī)器來(lái)提高人腦智力,，從而與人工智能機(jī)器人抗衡。裝進(jìn)大腦的智能設(shè)備,，似乎跟智能穿戴設(shè)備沒(méi)什么區(qū)別,，只是它可以清晰讀取大腦的信號(hào),。有人說(shuō)，這就像是一個(gè)“潘多拉魔盒”,，一旦打開(kāi),，其潛力幾乎是無(wú)限的，人類(lèi)的發(fā)展也會(huì)迎來(lái)重大的改變,。
天津腦科學(xué)中心主任助理,、天津大學(xué)神經(jīng)工程團(tuán)隊(duì)許敏鵬副教授表示，這次發(fā)布的腦機(jī)接口設(shè)備,，主要的突破是對(duì)采集電極陣列進(jìn)行了高度集成,，并將數(shù)據(jù)由有線(xiàn)改為無(wú)線(xiàn)傳輸，支持無(wú)線(xiàn)感應(yīng)充電,，有助于腦機(jī)接口設(shè)備的微型化,、便攜化發(fā)展。不過(guò),，BCI技術(shù)距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還有一定距離,，此外，其對(duì)人體健康的影響以及數(shù)據(jù)安全等問(wèn)題也不容忽視,。
高度集成采集電極陣列,，設(shè)備微型化
據(jù)報(bào)道，Neuralink演示的這款BCI比硬幣還小,。通過(guò)全自動(dòng)化設(shè)備可在30分鐘內(nèi)完成大腦植入手術(shù),，無(wú)需全身麻醉，當(dāng)天就能出院,，而且手術(shù)是可逆的,。BCI可實(shí)現(xiàn)神經(jīng)信息的上傳、儲(chǔ)存,、下載甚至修改,，把意念轉(zhuǎn)化為可被計(jì)算機(jī)識(shí)別的數(shù)據(jù)信號(hào)。
“從近幾次的發(fā)布會(huì)來(lái)看,， Neuralink團(tuán)隊(duì)目前的工作集中在腦電信號(hào)的采集方式上,。”許敏鵬認(rèn)為,，對(duì)于這次發(fā)布的BCI設(shè)備,，主要突破是對(duì)采集電極陣列進(jìn)行了高度集成，即將1024個(gè)通道集成排布到只有硬幣大小的“貼片”上,。除此之外,，Neuralink也將數(shù)據(jù)由有線(xiàn)改為無(wú)線(xiàn)傳輸，并支持無(wú)線(xiàn)感應(yīng)充電，這對(duì)BCI設(shè)備的微型化,，便攜化發(fā)展有一定的促進(jìn)作用,。
“設(shè)備的微型化、便攜化一直是數(shù)字革命的一大發(fā)展方向,?！痹S敏鵬舉例說(shuō)，以最熟悉的電腦和手機(jī)為例,，1946年世界第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生時(shí)占地170平方米,，重達(dá)30噸，但隨著工程技術(shù)的發(fā)展,，我們現(xiàn)在的筆記本可以輕至1千克,，且運(yùn)算速度遠(yuǎn)高于第一臺(tái)計(jì)算機(jī)，這也才有了我們?cè)谲?chē)站,、高鐵上的移動(dòng)辦公,；手機(jī)也從最初的“大哥大”發(fā)展為極其輕便的智能手機(jī)，甚至在一定程度上可以代替電腦,，為我們的生活帶來(lái)了極大的便利,。
BCI從第一次提出至今，設(shè)備在性能,、體積,、重量上也有了非常大的改進(jìn)，這種微型化的發(fā)展為智能穿戴BCI提供了重要的技術(shù)支撐,?！耙苍S在未來(lái)BCI設(shè)備就像智能手環(huán)一樣方便，我們只需想一想,，它就能識(shí)別我們的想法,，完成一系列的操作?！痹S敏鵬說(shuō),。
目前天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)也在集中攻關(guān)BCI設(shè)備，期待未來(lái)3—5年內(nèi)可以提供大規(guī)模商用的解決方案,。
倫理上存在爭(zhēng)議，保護(hù)信息安全是關(guān)鍵
對(duì)BCI技術(shù)的應(yīng)用,，一直有反對(duì)意見(jiàn),。如360創(chuàng)始人周鴻祎就認(rèn)為，人類(lèi)可以允許BCI技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)上用來(lái)治療和幫助一些殘障人士,、精神疾病患者等,，但應(yīng)該嚴(yán)格限制BCI技術(shù)的使用范圍。因?yàn)楫?dāng)每個(gè)人都變成“數(shù)字人”以后，數(shù)據(jù)保護(hù)將面臨巨大挑戰(zhàn),。
對(duì)此,，許敏鵬表示，現(xiàn)有BCI的信號(hào)采集技術(shù),，讀取的還是用戶(hù)在特定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行特定任務(wù)時(shí)的腦電波,，即需要用戶(hù)接受和遵循相應(yīng)的交互協(xié)議，如根據(jù)協(xié)議要求,，執(zhí)行想象自己左手握拳的任務(wù),，否則所采集到的是交互協(xié)議外的意念信息，這種自由意圖信息目前是無(wú)法解碼的,，因此尚不存在利用BCI竊取協(xié)議外個(gè)人隱私信息的問(wèn)題,。
“不過(guò)，科學(xué)和工程的發(fā)展常常帶來(lái)重要的倫理問(wèn)題,?！痹S敏鵬說(shuō)，一方面,，BCI相關(guān)的神經(jīng)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)是未知的,、不可控的，例如腦深部電刺激,、侵入性微電極陣列等,，它們可能會(huì)引起不可預(yù)料的大腦重塑、組織反應(yīng)或感染的風(fēng)險(xiǎn)等,，這方面目前尚未有系統(tǒng)和全面的研究,。
另一方面，BCI采集的信息中含有用戶(hù)的個(gè)體信息,，這會(huì)涉及到隱私安全問(wèn)題,。因此要求研究人員在設(shè)計(jì)上把風(fēng)險(xiǎn)減至最低程度，以避免出現(xiàn)信息泄露,、黑客攻擊等問(wèn)題,。同時(shí)建立健全相應(yīng)的體制和監(jiān)管政策，使一切信息采集活動(dòng)都有跡可循,，切實(shí)保護(hù)用戶(hù)隱私,。
醫(yī)療領(lǐng)域前景廣闊，但數(shù)字永生還很遙遠(yuǎn)
目前BCI技術(shù)可分為侵入性和非侵入性,，侵入性BCI技術(shù)需要通過(guò)外科手術(shù)將信號(hào)檢測(cè)電極植入大腦皮層,。
“馬斯克最新發(fā)布的‘LINK V0.9’作為侵入性BCI技術(shù)，具有較高的信噪比和良好的時(shí)間,、空間分辨率,。但難點(diǎn)是研發(fā)具有高靈敏度和高穩(wěn)定性的電極陣列,，以記錄目標(biāo)神經(jīng)元群的信號(hào)，同時(shí)最小化環(huán)境干擾,。電極材料,、結(jié)構(gòu)等的選擇與設(shè)計(jì)，長(zhǎng)期記錄電極性能的評(píng)價(jià),，植入點(diǎn)周?chē)h(huán)境的變化等方面也是影響侵入性BCI研究的難題,。”許敏鵬認(rèn)為,，長(zhǎng)期植入人體的健康安全風(fēng)險(xiǎn)也不容忽視,，這或?qū)⒊蔀槠渥畲筇魬?zhàn)。
而非侵入性BCI安全性高,，適用人群更加廣泛,。但由于大腦皮層活動(dòng)產(chǎn)生的神經(jīng)電信號(hào)穿過(guò)顱骨等組織層后，信號(hào)質(zhì)量大大削弱,，并損失了大量有關(guān)大腦皮層神經(jīng)電活動(dòng)信號(hào)源的時(shí)空分布信息,，所以非侵入BCI的一個(gè)重大難點(diǎn)是要從噪聲大、混疊嚴(yán)重的腦電信號(hào)中提取并識(shí)別微弱的目標(biāo)腦電特征,，這需要從感知機(jī)制到軟硬件協(xié)同創(chuàng)新予以克服,。
馬斯克在發(fā)布會(huì)中表示，未來(lái)人們可直接用意念就能與別人進(jìn)行交流,，還可以用意念召喚甚至駕駛一輛特斯拉,。
“腦控汽車(chē)只是BCI眾多應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)縮影，目前BCI技術(shù)在醫(yī)療健康方面顯示出了巨大的應(yīng)用潛力,，也在部分疾病的康復(fù)和改善方面形成了較好的效果,。”許敏鵬舉例,，比如目前已經(jīng)商業(yè)化的人工耳蝸,，它能代替人的耳蝸把聲音信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后直接刺激聽(tīng)神經(jīng)纖維,，從而產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué),，為重度耳聾、極重度耳聾或全聾患者提供了恢復(fù)聽(tīng)力的可能,。
此外,，視網(wǎng)膜神經(jīng)假體技術(shù)通過(guò)在視網(wǎng)膜附近植入電極陣列來(lái)刺激神經(jīng)細(xì)胞，以治療因視網(wǎng)膜光感受器退化變性引起的失明癥,，目前在美國(guó),、德國(guó)等一些醫(yī)院已經(jīng)開(kāi)展了相關(guān)的臨床試驗(yàn)。在腦卒中康復(fù)方面,，BCI技術(shù)也有較大的應(yīng)用空間,。比如天津大學(xué)神經(jīng)工程團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“神工”系列人工神經(jīng)康復(fù)機(jī)器人，將BCI與神經(jīng)電刺激技術(shù)結(jié)合,，為腦卒中患者提供了主動(dòng)性的康復(fù)訓(xùn)練,，顯著改善了卒中患者的生活質(zhì)量。
“BCI技術(shù)還引發(fā)了人們對(duì)數(shù)字永生的暢想,。人們希望將思想與記憶上傳云端,，使意念像在線(xiàn)的幽靈一樣，在數(shù)字空間中實(shí)現(xiàn)永生,?！痹S敏鵬表示，雖然BCI在神經(jīng)信號(hào)的讀取,、寫(xiě)入等方面都顯示了巨大潛力,，但目前BCI研究仍然處于較初級(jí)的階段，對(duì)眾多的腦機(jī)理,，如：記憶是如何存儲(chǔ)的等問(wèn)題依然知之甚少,，所以距離用BCI技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字永生仍很遙遠(yuǎn)。
