腦機接口技術除了幫助那些無法說話的人通過電腦實現溝通之外,還可以讓人們通過思考來控制計算機。也許有一天,我們能將自己的大腦和互聯網隨時連接在一起
不知道斯蒂芬#8226;霍金想要什么圣誕禮物。對這位癱瘓已久的老人來說,重新說話的能力應該是一個不錯的選擇。幾天前,波士頓大學主導的一項研究成功地讓一位閉鎖綜合癥患者重新恢復了發音能力,將被禁錮在完全不能活動的身體內的大腦思維借助計算機傳遞了出來。他們的方法有些驚人——在病人大腦的中央前回植入電極,將截獲的腦電信號通過無線方式傳遞出來,然后再用計算機翻譯成人類語言。
這是腦機接口(BCI,Brain Computer Interface)領域的一個新突破,它讓我們離人與機器合體的時代更近一步。從20世紀70年代開始,美國國防部高級計劃研究署資助一項看似異想天開的研究,試圖讓人僅僅通過思維來控制機器。在解剖學、物理學和計算機科學的幫助下,腦機接口領域的研究突飛猛進。人們已經發現了大腦中每個區域的大體功能,將大腦進行某項特定思考時產生的電波信號和思考的結果對應起來,希望以此破解大腦思考之謎。
然而,傳統的腦電信號是通過頭皮外電極來接收的,分離出特定的信號就像在嘈雜的商場里聽清遠處某個特定人物的話語一樣困難。雖然人們可以通過分布在不同位置的多電極來拾取信號,再根據其位置和強弱分離出指定信號,但是其精確度依然不夠——對說話這類精細復雜的活動而言更是如此。
人們很自然地想到了更好的方法:從腦電信號產生的地方直接截取信號。也就是說,直接將電極接入人的大腦。2004年,四肢癱瘓的馬特#8226;內格爾的腦中被植入了一枚叫做“腦門”的芯片,上面有96個電極,可以精確接收1000多個神經元的電信號。經過9個月的艱苦練習,馬特學會了只通過思考來控制一個機械手臂,這給他的生活帶來一些便利。幾年后,一只恒河猴也學會了這樣的技能,它很快就可以只用想法來控制機械手臂把香蕉送進嘴里,靈活得好像那是自己的原生肢體一樣。美國國防部希望利用這種技術開發出更仿真的假肢,讓那些不能使用自己肢體的病患能和正常人一樣生活。
與此相似,波士頓大學的研究者將電極植入人腦中負責運動的中央前回,因為說話也是一種運動——在腦中構想出詞句后,需要通過精確控制聲帶來發出各種聲音。在功能性核磁共振成像技術的幫助下,研究者對比分析了病人在想要說話和保持安靜時腦部區域的血液流量變化,來確定電極需要接入的位置。想要說話時哪些區域附近的血液流量增加,就意味著發音時需要使用這些神經元。然后,神經元活動時產生的電流被植入的電極分離出來。這些信號被放大后,以無線方式傳遞給接收機,其原理與我們使用的公車IC卡類似。這些信號將被進一步放大,被解釋成對應的語音,再通過喇叭播放。現在這項技術的平均時滯為0.05秒左右,已經足以讓人滿意。經過一段時間的訓練,參與這個項目的病人已經能夠發出不少母音。雖然現在病人完全說出整個的詞、句子和段落還有些困難,但已經沒有技術上的障礙。
這種技術也許會帶來更驚人的用途。除了幫助那些無法說話的人通過電腦實現溝通之外,它還可以讓人們通過思考來控制計算機——只需要將信號直接輸入到計算機的語音識別系統當中即可,其準確度將比現在通用的語音識別系統高得多。如果這種方式得到推廣,人們將會告別鍵盤和鼠標,甚至麥克風。
手機的發明者阿蘭#8226;庫珀認為,未來10年內手機將會變成植入人體的微型設備,直接想一想就能打電話。這很可能是未來的發展趨勢之一。Intel的科學家聲稱要在2020年實現使用腦內芯片控制電子設備的技術。也許有一天,我們能將自己的大腦和互聯網隨時連接在一起——就算真正的Matrix來臨,我們也不再需要在后腦勺插一根插頭。