用大腦控制電腦

沈羨云

當(dāng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展到一定階段，科學(xué)家們就希望人腦和計(jì)算機(jī)更緊密地聯(lián)接起來(lái)，為人類(lèi)更好地服務(wù)。在這種情況下，腦機(jī)接口技術(shù)誕生了。它的誕生就像人工智能、基因科技和外太空旅行探索等一樣，成為全球科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)以及最值得期待的前沿創(chuàng)新項(xiàng)目，成為了科學(xué)家下一步的研究對(duì)象。

聽(tīng)起來(lái)腦機(jī)接口技術(shù)這個(gè)名字很陌生，實(shí)際上從字面上看很好理解，就是一種將腦和機(jī)器設(shè)備連在一起的技術(shù)。“腦”是指有機(jī)生命形式的腦，“機(jī)”是指任何處理或計(jì)算的設(shè)備，其形式可以從簡(jiǎn)單電路到硅芯片。具體來(lái)說(shuō)，腦機(jī)接口技術(shù)是人腦與計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備之間建立的直接交流和控制的通道。利用這個(gè)通道，人就可以直接通過(guò)腦來(lái)表達(dá)想法或操作其他設(shè)備，而不需要通過(guò)語(yǔ)言或肢體的動(dòng)作，這是一種全新的通信和控制方式。

腦機(jī)接口有有創(chuàng)和無(wú)創(chuàng)兩種形式，有創(chuàng)形式即在大腦中植入腦活動(dòng)捕捉器，無(wú)創(chuàng)即在大腦外部設(shè)置捕捉器。目前，腦機(jī)接口技術(shù)面臨兩個(gè)技術(shù)難題。第一個(gè)難題是通過(guò)什么樣的方式從人的大腦中獲得信息，并對(duì)信息進(jìn)行有效解讀;第二個(gè)難題是如何把設(shè)備植入大腦，并且保證這個(gè)設(shè)備能夠在使用者幾十年生活中正常運(yùn)轉(zhuǎn)。要突破這兩個(gè)難題，研究界還需要花上很多年時(shí)間。科學(xué)家研究的目標(biāo)，是使未來(lái)腦機(jī)接口技術(shù)成為人腦的一部分，就像是計(jì)算機(jī)的內(nèi)存一樣，可以隨時(shí)調(diào)出來(lái)，為人所用。

在進(jìn)行腦機(jī)接口研究時(shí)，往往先在動(dòng)物身上進(jìn)行，看看能不能實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口。 20世紀(jì)90年代，美國(guó)科學(xué)家就在恒河猴的腦中植入了一些電極，通過(guò)腦中直接采集的電信號(hào)來(lái)控制機(jī)械手。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的訓(xùn)練之后，那只猴子把這只機(jī)械手當(dāng)成了自己的手，可以運(yùn)用自如。現(xiàn)在，科學(xué)家更進(jìn)一步，讓猴子與機(jī)械手之間產(chǎn)生了“心靈感應(yīng)”。浙大醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院的腦外科醫(yī)生為一只名叫“建輝”的猴子做了腦部手術(shù)，他們?cè)凇敖ㄝx”的大腦運(yùn)動(dòng)皮層植入兩個(gè)與200多個(gè)神經(jīng)元相連接的芯片。芯片的另一頭連接著一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它實(shí)時(shí)記錄“建輝”一舉一動(dòng)發(fā)出的神經(jīng)信號(hào)。研究人員利用獲得的神經(jīng)信號(hào)，研發(fā)出神經(jīng)信號(hào)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，對(duì)記錄到的200個(gè)神經(jīng)信號(hào)進(jìn)行解讀，最終區(qū)分出了“建輝”抓、勾、握、捏4種不同信號(hào)的“密語(yǔ)”。當(dāng)“建輝”開(kāi)心地玩著玩具，它的腦部信號(hào)被外部的計(jì)算機(jī)“截取”并“破譯”，直接傳遞到了機(jī)械手，“心靈感應(yīng)”就這樣產(chǎn)生了：在不遠(yuǎn)處，一只機(jī)械手就像是與“建輝”有“心靈感應(yīng)”，亦步亦趨同步做著與“建輝”一模一樣的手部動(dòng)作。

美國(guó)杜克大學(xué)的神經(jīng)學(xué)教授也進(jìn)行了一項(xiàng)十分有趣的實(shí)驗(yàn)，使兩個(gè)相距幾千千米的小鼠建立起了一種電子連接，讓其中一只小鼠腦中的信號(hào)能夠幫助另一只小鼠完成智力游戲。科學(xué)家將一種特殊的設(shè)備植入兩只小鼠的腦中。甲鼠是“編碼者”，它曾受過(guò)特殊訓(xùn)練，會(huì)通過(guò)壓下籠子里的一根杠桿取得食物;乙鼠是“譯碼者”，沒(méi)有經(jīng)過(guò)這樣的訓(xùn)練。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，科學(xué)家記錄甲鼠腦中運(yùn)動(dòng)皮層的活動(dòng)，再將記錄到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電子信號(hào)，通過(guò)神經(jīng)鏈路傳輸?shù)揭沂蟠竽X內(nèi)植入的設(shè)備中。盡管乙鼠對(duì)甲鼠所接受的訓(xùn)練任務(wù)完全陌生，但它的運(yùn)動(dòng)皮層在處理來(lái)自甲鼠的信號(hào)后，也能從中得到有用的信息，知道壓下杠桿來(lái)取得食物。

美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的一位科學(xué)家長(zhǎng)期致力于直升機(jī)試驗(yàn)的研究，他試圖用腦機(jī)接口技術(shù)來(lái)控制直升機(jī)，為此他進(jìn)行了一項(xiàng)意念控制直升機(jī)模型的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，他讓5位參與者佩戴著裝有64個(gè)電極的“帽子”，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)將腦電波與運(yùn)動(dòng)相匹配，之后計(jì)算機(jī)被設(shè)定成只依靠參與者的思維和WiFi網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制直升機(jī)。在大學(xué)的體育館中設(shè)了很多障礙物，他讓參與者用意念和手勢(shì)控制直升機(jī)躲避障礙物飛行。結(jié)果參與者通過(guò)大腦的思維和手的動(dòng)作，可以遙控直升機(jī)安全地穿越障礙物，其成功率高達(dá)90%。

另外的實(shí)驗(yàn)也證明這樣的思維能力可以控制機(jī)械輪椅，而且一系列的可靠大腦信號(hào)甚至被用于演奏世界上的第一支“大腦管弦樂(lè)”。

腦機(jī)接口的研究是近年來(lái)康復(fù)醫(yī)學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。在這一技術(shù)的幫助下，未來(lái)有一天，坐在輪椅上的人可以通過(guò)腦機(jī)接口技術(shù)做更多事情。

一些科學(xué)家采用腦機(jī)接口技術(shù)推出了一系列的醫(yī)療設(shè)備。比如豐田公司的智能輪椅，它可以?xún)H憑人的思維駕馭。輪椅上安裝有一個(gè)小桌板，上面可以放置筆記本電腦，坐輪椅的人戴上一個(gè)電極帽，腦電圖感應(yīng)裝置把大腦發(fā)出的信號(hào)傳輸給筆記本電腦，后者又將它們變成輪椅操作指令。用思維操作的輪椅已經(jīng)不是什么新鮮玩意，但豐田公司的輪椅大大縮短了發(fā)出指令和執(zhí)行指令之間的時(shí)間。過(guò)去這個(gè)過(guò)程需要好幾秒鐘，現(xiàn)在只需要千分之一秒。

據(jù)美國(guó)媒體報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家研制出大腦思維翻譯器，它是一種可以實(shí)時(shí)翻譯大腦信號(hào)的技術(shù)，植入大腦內(nèi)部的裝置以無(wú)線的方式向外傳送大腦信號(hào)，外部的語(yǔ)言合成器可以實(shí)時(shí)接收大腦信號(hào)并將其翻譯成人類(lèi)語(yǔ)言。該技術(shù)已經(jīng)在一位閉鎖綜合癥患者身上取得實(shí)驗(yàn)成功。利用這項(xiàng)技術(shù)，“思想變語(yǔ)言”的過(guò)程僅僅需要50毫秒，這與神經(jīng)正常的人用語(yǔ)言表達(dá)自己的思想時(shí)反應(yīng)時(shí)間相持平。

從現(xiàn)在腦機(jī)接口的研究來(lái)看，用腦機(jī)接口技術(shù)來(lái)“窺測(cè)”人的內(nèi)心活動(dòng)也是有可能的。科學(xué)家們基于人們?cè)谥貜?fù)思考時(shí)大腦會(huì)重復(fù)放電的認(rèn)識(shí)，已經(jīng)找到一種方法來(lái)“重塑夢(mèng)境”，甚至可以在人們觀看圖像時(shí)實(shí)時(shí)地將他們觀看的圖像“重塑”出來(lái)。這一技術(shù)有潛在的應(yīng)用，例如，能夠用于獲知自閉癥孩子在看到面孔時(shí)如何反應(yīng)，了解這些孩子的思想活動(dòng)。在更廣泛的應(yīng)用層面，“窺探”人的思想也許能夠幫助揭示陷入重度昏迷的病人正在“想”什么，揭示老年癡呆癥患者的大腦活動(dòng)。

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