芯片植入大腦 意念控制動(dòng)作

　　現(xiàn)在提到世界上最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，恐怕很多人想到的還是超級計(jì)算機(jī)。什么模仿核爆，什么解決世界末日的問題，聽起來很炫，但實(shí)際上離我們的生活確實(shí)很遠(yuǎn)。今天我們要談的不是這樣的超大機(jī)器，而是真正可以改變我們生活，讓未來變得更具體的東西——芯片代替人腦。

　　美國每日科學(xué)網(wǎng)站今天刊發(fā)的報(bào)道內(nèi)容顯示，瑞士和美國的神經(jīng)信息學(xué)研究人員攜手，首次成功研制出一種新奇的微芯片，能夠?qū)崟r(shí)模擬大腦處理信息的過程。最新研究將有助于科學(xué)家們制造出能同周圍環(huán)境實(shí)時(shí)交互的認(rèn)知系統(tǒng)。

　　做到這一點(diǎn)面臨的主要挑戰(zhàn)，是配置由人造神經(jīng)元組成的網(wǎng)絡(luò)，讓其能執(zhí)行特定的任務(wù)。瑞士科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)成功地攻克了這一難關(guān)，他們研發(fā)出一種神 經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)執(zhí)行復(fù)雜的感覺運(yùn)動(dòng)任務(wù)，并借用這一系統(tǒng)，演示了一個(gè)需要短期記憶以及前因后果的決策任務(wù)，這一任務(wù)對于認(rèn)知測試不可或缺。

　　在演示過程中，他們將這種人造神經(jīng)元合并成能執(zhí)行神經(jīng)處理模塊的網(wǎng)絡(luò)，這些處理模塊與所謂的“有限狀態(tài)機(jī)”一樣，能夠?qū)⑿袨橛霉奖硎境鰜?，?此能采用一種自動(dòng)化的方式，將其轉(zhuǎn)移到神經(jīng)形態(tài)硬件內(nèi)。“有限狀態(tài)機(jī)”是一個(gè)數(shù)學(xué)概念，用來描述邏輯過程或者計(jì)算機(jī)程序。因迪韋里說：“這種網(wǎng)絡(luò)連接模式 與哺乳動(dòng)物大腦內(nèi)發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)非常類似。”

　　這是科學(xué)家們首次演示如何構(gòu)造出這種實(shí)時(shí)的硬件神經(jīng)處理系統(tǒng)。因迪韋里總結(jié)道：“我們采用新方法研制出的神經(jīng)形態(tài)芯片可以像‘變形金剛’一樣， 構(gòu)造出不同類型的行為模式。新研究對研發(fā)出新的腦啟發(fā)技術(shù)至關(guān)重要。”例如，科學(xué)家們可以借用這一技術(shù)，將芯片同傳感神經(jīng)形態(tài)元件(例如人造耳蝸或視網(wǎng) 膜)結(jié)合在一起，制造出復(fù)雜的能同周圍環(huán)境實(shí)時(shí)交互的認(rèn)知系統(tǒng)。

　　由于神經(jīng)形態(tài)芯片可以實(shí)時(shí)處理輸入的信息并作出回應(yīng)，有關(guān)專家認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)將有望走向?qū)嵱没?，從而允許機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中，在不受人類遠(yuǎn)程遙控的情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)作業(yè)。

　　這項(xiàng)技術(shù)的采用還將有望在未來讓計(jì)算機(jī)能夠在有部件損壞的情況下繼續(xù)運(yùn)作，就像人類的大腦那樣，每天損失數(shù)以百萬計(jì)的腦細(xì)胞，但是其整體的思維能力卻仍然繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　大腦“發(fā)功”：收郵件、玩游戲、調(diào)電視

　　美國布朗大學(xué)神經(jīng)動(dòng)力學(xué)專家約翰·多諾古教授歷經(jīng)10多年苦心研究，開發(fā)出了一套名為“大腦之門”(BrainGate)的仿生系統(tǒng)。他首先將 一塊4毫米見方的電子芯片植入癱瘓患者大腦運(yùn)動(dòng)皮層的中央前回處，因?yàn)檫@里的大腦皮層控制著全身肢體的運(yùn)動(dòng)。然后，他開始訓(xùn)練患者借助意念完成各項(xiàng)動(dòng)作。

　　“大腦之門”系統(tǒng)的工作原理是：當(dāng)患者開始想像自己運(yùn)動(dòng)時(shí)，芯片上總共100枚比頭發(fā)絲還細(xì)、1毫米長的電子傳感器將大腦發(fā)出的脈沖信號記錄下來，然后通過一根根細(xì)小的導(dǎo)線傳輸?shù)借偳对诨颊哳^皮內(nèi)的一塊一英寸大小的鈦基座上，再將脈沖信號通過導(dǎo)線傳輸給電腦，電腦將信號轉(zhuǎn)換成動(dòng)作指令，由一個(gè)個(gè) 電子裝置去執(zhí)行。

　　多諾古教授表示：即使脊髓受損，大腦中的運(yùn)動(dòng)信號仍然能夠被記錄和發(fā)送至大腦外，并且可以被解碼成控制信號。在獲得這一發(fā)現(xiàn)后，他們在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，研究和測試了這種裝置，最后決定將這一裝置試用到癱瘓者身上。

　　從2004年起，多諾古教授牽頭的科研小組先后對4名癱瘓患者進(jìn)行了“大腦之門”系統(tǒng)植入試驗(yàn)。第一名試驗(yàn)對象是現(xiàn)年25歲的美國馬薩諸塞州小 伙馬休·納格爾。納格爾3年前參與一樁行刺事件時(shí)脊柱被利刃切斷，高位截癱，身體從脖頸以下失去所有知覺，四肢更是無法動(dòng)彈。經(jīng)過9個(gè)月的刻苦訓(xùn)練之后， 納格爾可以通過意念完成許多以前望而興嘆的動(dòng)作：移動(dòng)光標(biāo)、打開電子郵件、玩簡單的電腦游戲、調(diào)節(jié)電視音量、切換電視頻道等。日前，他甚至還學(xué)會通過意念 控制假手的手指，抓住并移動(dòng)物體這類高難動(dòng)作。

　　一心多用，做事聊天互不耽誤

　　納格爾可以一邊和別人聊著天，一邊借助意念完成上述各種活動(dòng)，即使偶爾開點(diǎn)小差，他移動(dòng)電腦屏幕光標(biāo)的準(zhǔn)確率也高達(dá)75%至85%，也就是說， 納格爾在用大腦發(fā)出各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)指令時(shí)，并不需要100%集中注意力，這一點(diǎn)對于他的未來生活來講非常重要。2005年，納格爾在初次試驗(yàn)成功后曾經(jīng)激動(dòng)地 說：“太神奇了!自從我受傷之后，整整消沉了2年。今年是我受傷的第3年，是‘大腦之門’改變了一切，簡直難以置信。我想告訴那些殘疾朋友，永遠(yuǎn)不要放 棄，生活可以變得更加美好。”

　　值得指出的是，并非所有試驗(yàn)對象都像納格爾那般幸運(yùn)。另一位現(xiàn)年55歲、于1999年脊柱受傷的患者大腦里植入了“大腦之門”系統(tǒng)之后，一開始也可以通過意念控制運(yùn)動(dòng)，但是不到一年時(shí)間電子傳感器就無法接收到大腦信號。目前科學(xué)家們正在徹查故障原因。

　　在80年代的cyberpunk科幻小說中，出現(xiàn)所謂的“神經(jīng)植入裝置”，一種把人腦和電腦直接相連的東西。在顱骨內(nèi)植入電極后，患者就可以僅靠大腦神經(jīng)信號來控制假肢。

　　這為一項(xiàng)新的科學(xué)研究拉開了序幕，而這項(xiàng)研究的最終目的是，繞開由于中風(fēng)癱瘓的肢體，讓大腦的指令得到有效執(zhí)行。其實(shí)神經(jīng)電信號是從大腦向外界 傳遞的。同樣，科學(xué)家也在研究電信號如何反方向傳遞，即通過電信號刺激猴子的大腦皮層，形成反饋，能讓猴子真實(shí)地感覺機(jī)器手臂在觸摸的東西。