大腦與機器融合離我們還有多遠

RajeshP.N.Rao++JamesWu

編譯/李雨蒙

如同古希臘人曾幻想一飛沖天的飛行物，今天我們夢想可以將人類大腦與智能機器相融合，彌補人類有限生命的局限，可是究竟人類大腦能否通過腦機交互科技（BCI）直接與人工智能、機器人或是其他大腦連接，超越人類的極限？我們距離真正成功將自己的大腦與科技連接還有多遠？當我們的大腦被插入電源后，又將意味著什么？

起源：復原與歸位

最近，大部分的腦機交互科技都著力于改善癱瘓或患有嚴重行動缺陷的病人生命質量。近期，人機交互領域有多項科技成就發表。比如，匹茲堡大學研究人員運用大腦中記錄的信號控制機器人手臂。斯坦福研究者能從癱瘓病人的大腦信號中獲取動作意圖，令患者可以操作無線寫字板。同時，一些有限的虛擬感覺可以被傳回大腦中。

對于我們主要的視覺和聽覺，視覺嚴重受損的患者早期使用的仿生眼球，早已進入商業運作。目前升級的版本正在接受人類的檢驗。另外，人工電子耳蝸已經成為最成功和普及的仿生植入——全球超過30萬用戶都在使用這項植入恢復聽力。

其實，最復雜的人機交互是雙向的人機交互（BBCIS），同時記錄和刺激神經系統。目前研究顯示，雙向人機交互能夠用于增強兩腦區或腦與脊髓之間的連接，并且重新布置損傷位置的信息以復原癱瘓的手臂。對于迄今為止的研究成果，您可以想到腦機交互已經隨時準備著成為下一個用戶必備的酷科技。

為時過早

然而，仔細研究目前一些人機交互技術不難發現，我們仍有很長一段路要走。當人機交互發出動作，與體格健全的人使用自己手臂每天輕松做出的動作相比，要緩慢許多，而且動作不夠精細和復雜。仿生眼只能提供低分辨率的視覺；人工電子耳蝸雖然能夠以電子方式傳輸有限的語音信息，但是音樂的信息卻會扭曲變形。

不過，并不是所有人機交互都具有入侵性。無需外科手術的無創式人機交互就確實存在。

名為墨菲斯的人形機器人“阿凡達”的首場展示，于2006年在華盛頓大學的神經系統實驗室進行。這項無創式人機交互，根據對所想物體或地址圖片閃現的大腦反射反應，推斷出機器人應該挑選哪個物品，將它放在何處。

可是，所有這些演示都是在實驗室中進行的——那里空間安靜，實驗對象沒有被分心，長期而有系統的技術裝置，并且實驗持續時間僅僅滿足顯示科學概念的成立，卻難以證明這些系統能夠快速且健康地在現實世界中的實際操作。

對于植入電極，嘗試讀心引發了另一個問題，就是我們的大腦是如何構成的？我們知道每一個神經元和它們周圍數以千計相鄰的神經元構成了一幅難以想象的龐大多變神經網。而這對于神經系統工程師來說，將意味著什么呢？

因為即使最好的植入，也只能讓我們在一時間聽到大腦中很小一部分的信息，或許我們可以做一些令人印象深刻的事情，可是無論在何處我們都只能靠近整個對話的真相。

去年，一輛由芯片制造商Nvidia開發的無人駕駛汽車出現在新澤西州蒙茅斯縣的道路上，和通用公司、Google和特斯拉所展示的自動駕駛汽車有所不同，這輛車的AI技術能力得到了大幅的提升。可令人意外的是，它沒有遵循由工程師或程序員所提供的指令，與之相反，它完全依賴一種通過觀察人類行為來訓練自己如何駕駛的算法。

但令人不安的是，人類并不完全清楚汽車是怎么做出決策的。事實上，沒有人真的知道人工大腦的算法是如何工作的，而這恐怕將成為日后的一大隱憂。

互相適應，共同生存

盡管存在許多的挑戰，但是我們對于仿生科技的未來仍然非常樂觀。我們相信“互相適應”的雙向腦機交互技術，電子與大腦共同學習的同時，也在不斷回應大腦，這是建立神經橋（NeuralBridge）的關鍵步驟。建立這樣互相適應的雙向腦機交互是我們研究的最終目標。

近期，在許多疾病治療方面取得的成功同樣令人欣喜，比如糖尿病治療運用“電陶材料”——實驗性小型植入通過直接將指令輸入內藏器官，不需藥物治療疾病。此外，研究人員發現了攻克電子對生化之間語言障礙的新方法。比如，嵌入式“神經蕾絲”或許就有望成為逐步生長在植入電子元旁邊最有希望的方法，而不是排斥反應。具有彈性的納米線探針、彈性神經元支架以及玻璃質碳界面，在未來可能同時允許生物和科技電腦在我們的身體中和諧共存。

從輔助到增強

艾倫·馬斯克的最新科技公司發布企業愿景，將致力于通過腦機界面科技（BCIS）提高人類能力，在人類與人工智能之間進行的裝備競賽上提升我們的大腦。馬斯克希望運用人體連接科技，需要首先提高人類自身大腦的能力——使我們避免未來可能出現的反烏托邦現象，在那里人工智能遠超于自然人類的能力，這樣的景象或許是遙遠而奇妙的，但是我們不能獨斷一項奇異想法的可能性。終歸，自動駕駛汽車在10年或5年前還屬于科幻小說的范疇，而現在已經真實地出現在馬路上。

人類大腦直接與科技相連，也許最終在漫長的時光里，通過科技完成人類進化的自然過程。從使用車輪，到克服兩肢動物局限，再到在泥板和紙張上記錄文字增強我們的記憶。這些就如同今天的電腦，智能電話、VR頭盔以及增強腦機交互科技一般，當它們最終進入消費市場，或許令人興奮，或許令人失望，或充滿危險，但同時，也充滿希望。

編譯自《科學美國人》