挑战脑机接口“禁区”,实现“意念”书写

科技 8个月前 社科兔
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  直播:2021腾讯科学WE大会:跟“天字号”科学家一起洞察天机

  2011年4月12日,当时58岁的瘫痪女子凯茜哈钦森,用意念驱动一只连在电脑上的机械臂,抓起了一瓶咖啡送到自己面前,然后通过吸管喝到了咖啡,她为此兴奋不已,而这一幕也让所有脑机科学家M ) J 2 T 0 e C u一同欢呼。从此,脑机接口技术开启了一场声势浩大的“身体革命”[1]。

挑战脑机接口“禁区”,实现“意念”书写

  丨Paralysed woman moves robot with her mind,Nature

  “身体革命”可以有多重含义,但“身体平等”可以说是革命的基本,因为身体是我们人类接触世界的唯一渠道,身体的差异会造成“体验世界”的差异。

  因此,脑机接口g _ u ` M 8 ;技术首m d 1先力图攻克的,就是帮残障人士找回享受平等的权利,它通} V 4 9 t X 5 @过读取人脑的动作信号,解码再编码后发出动8 ; w ~ W #作指令,连通大脑与义肢之间的信息通道,让残障人士可以重拾行动能力,回归正常生活。

  当然,2 : + v 2 E A 0 t脑机接口技术始于身体的治疗,但不会仅止于此。当我们利用脑机接口治疗某一种疾病时,比如帮下肢瘫痪的病人重拾行动能力,如果我们能够重建大脑与行动的连接,那就属于治疗,而如果我们让他的步速快于常人,那就属于增强这方面的能力了。

  于是,大家对脑机技术产生相当多的幻想:人类是否可以突破生理极限而变得更高、更快、更强?C i 9从而V e & i诞生“最强人类”?如果大脑可以与机器相连,是否可以实现“数字”永生?我们距离赛博朋克i \ ) )的世界还有多t V L X J远?……

挑战脑机接口“禁区”,实现“意念”书写

  丨Ne0 ( X c ~ M 1 D ;ural dust swept up in latest leax C Z r \p for bioelectroni1 - kc medicik f [ B 3 ine

  对脑机技术的探讨,是关于想象边界的探讨,也是关乎人类终极未来的探讨。

  在这场科技改变命运的探索中,无法避开一位天才般的“革命者”,他` v z S V u \ ?冲破脑机技术的固有思维,试图挑战人脑860亿个神经元,将向大脑输F ` O入信息转变为解读大脑信号,并成功通过脑机接口“解读人类、助力交流”,让脑机接口从科学幻想到技术爆发有了新的征途。他,就是Krishna Shenoy。

挑战脑机接口“禁区”,实现“意念”书写

挑战脑机接口“禁区”,实现“意念”书写

  脑机接口,开启现代“读心术”?

  在《圣经》中有一个神话T z Y ] v l故事,大洪水后,天下人都在讲2 - H n x ` r +同一种语言,于是人类y & W的科技突飞猛进,他们甚至决定盖一座高塔来直通天宇,欲与天公试比高,也就是传说中的巴别塔(通天塔)。

  上N o E帝看到后十分愤怒,觉得人类就像当年在伊甸园吃了禁果一= * ^样犯了巨大的错误,为了惩罚人类,于是他让人类开始讲不同的语言,很q F ] k m s x快人类就开始分崩离析并因为语言不同而逐步陷入混乱。

  这个故事告诉了我们一个事实,对于人类来说,语言交流的意义堪比灵智开启这样的重大进程。

  而Krishna ShenZ I `oy团队从事的工作,或许可以帮助重建人类语言的“巴别塔”。

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  丨Tower of Babev \ p \ k )l - Wikipedia

  ; q .这些年来,a H J脑机接口进展迅速N $ I u {,各种新闻层出不穷。不过如果你仔细留意这些新闻,会发现绝大多数脑_ k 1 n ; M机接口,其实本质上是行动类的脑机接口,就像前文所提到的,也就是用来完成人体肢体替代之类的工作,而这些信号,属于我们的大脑运动功能区。

  但是,我们人类的日常活动中,肢体行动只是一部分,而绝大多数时候,我们~ ! ]更多的是在交流和思考。

  如何通过脑机接l J 2 C O S k (口帮助那些因为肢体或发声肌肉受损而无法打f d ! F 5 - q y m字或说话的患者,让他们重新恢复与世界的交流和连接?

  在经过多年的不断实验和迭代后,Krishna Shenoy和同事决定直接读取人的语言区,看看人类的语言区到底是如s l ! U p} e q o % , D进行表达E y = Y 3 } g N的。他L # a Y B ! } lq ? ; o Q J ,择了人类最常! h [ & B {见的表达方式:书s 4 B 9写文字,也就是“笔迹”。

  这可不容易。尽管我们经常w @ * 2夸赞四肢的灵活,但这种灵活其实是相对粗糙的,而书写就要C / V 8 J复杂多了。不同的人有不同的书法,即便是同一A \ $ ! 8 Y O个人也会有不同的笔迹。这种细微的信号极大地增加了我们读取大脑信号的难度,也对机器和算法有了更高的要求。

  为了更精准的捕捉大脑信号,Krish8 y Rna Shenoy团队开发出了一套脑机接口系统,它可以直接嵌入到大脑皮层,从中获取人们想象中的手写动作,再通过反复脑补“手写”,电脑记录下每个m | ; h # l a V字母在脑内对应的“记忆点”,最终通过分析将这些手写动作实时转换为文本。

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  在Krish: \ una Shenoy团队的调试和优化下,参与实验的瘫痪患者用“意念”写字的速度刷新了记录,每分钟可以写大约90个字母,而准确率更是超过了99%。相比身体健全的人用智能手机每分钟打出23个单词,患者每分N ) 4 ]钟大约能生成18个单词,已经可以实现正常速度交流。这是人类前所未有的进展,因此以封面文章的形式发表在了2021年5月份的 N: J B K v : u 6 yature上。

挑战脑机接口“禁区”,实现“意念”书写

  可以说,c H 4 G rKrishM ! # - i T a ;na Shenoy和同事为我们打开了一扇新的大门,那就是:读心。

  我O s { f 2 @们的思考、推理、内心活动,基本上都是以文字和符号的方式进行,如果读取了这些信号,那么就相当于读取了我们的内心,这是KrisX 4 Rhna Shen{ k ? O ! , Roy及其团队的巨大贡献。

  可以想象,这一技术的推出,不仅对瘫痪患者有用,可以让失去了书写能力的人重新执笔,而且对于失去了语言能力的人,也可以让他重新“发声”,毕竟文字转语$ J $ k W音已经是非常成熟的技术了。

  而更引人遐思的是,这项m { t @ , 0 w [技术在未来的发展,或许可以推动全人类的交流,如果能把人类的想法用文字书写在屏幕上,结合AI翻译技术,或许就能建立人类的新巴别塔,让全世界扫清语言障碍。

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  h R 6 7 y 4脑机接口,还有更广阔的天地

  或许有一天,脑机技术可以让瘫痪、中风的患者拥有更自如、更自由的活动能力。

  可以帮助植物人患者做出重要的人生决定,从简单的吃住需求,到是否继续接受治疗,甚至做出临终的决定。

  可以帮助神经外科手术医~ l 3 Z生做出最准确的判断。对于脑肿瘤患者,在医生进行手术时,切除过多的脑组织可能会造成永久性损伤,而切除过少可能会导致治疗不彻底,因此,迫切需要脑机技术可以绘制精准的“大脑地图”,医生就可以精确识别脑部结构和功能区域的位置,确保只切除所需的组织,同时保留其他重要区域。

  这F @ e ! m - M 7 b些都是目前脑机科学家们致力研/ b 8 A i ? @究的方向。

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  丨Shenoy group 研究内容

挑战脑机接口“禁区”,实现“意念”书写

  “数字永生”还u Q ? }有多远?

  回到开篇提到的问题,如今我们已经可以解读人类的思维,那距离实现存储记忆、“数字”永生还有* n C多远?

  答案是还有很长的一段路要走。大脑有860亿个神经元,有些想法需要诸多神经元共同配合,而目前我们却只能记录几百到L % c R m V N几千个神经元。对于大脑的研究,我们仍然处于初级阶段,对于大脑的解读还有很长远的路要走。尽管很难,` ! B J P F W但目前神经科学和q ~ q b 6 n { 4脑机接口的发展,已经在逐步为我. K r们打通这条路。

  相信未/ h B (来有一天,我们一定会彻底破解大脑的秘密,那么那个时候,人类将进入全新的时代。也许,} L k n我们甚至, t \可以和现实世界彻底分离,完全实现思维意识感知和控制一切。那将是一个怎样的世界?是否会像现在热议的元宇宙?我们拭目以待。

  11月6日腾讯科学WEk / F g z -大会,Krishna Shenoy将带着他的最新科研成果和对未来的思考,为我们解读脑机接口这一领域的前沿进展。一起来线上赴约吧!

  [1]《脑机接口与身体革命》,探w | P v索与争鸣,肖峰,2021年9月

  作者|李雷

  中国科学院生物学博士

  助理研究员

  生命科学和医学领域科普作者

  本文转自腾讯科学WE大会

版权声明:社科兔 发表于 2021年12月1日 下午11:25。
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