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“讀心術”的技術實踐：腦機連接或成人類進化新節點
2021年07月22日 11:39:14
來源：化工儀器網 作者：吳吳吳 點擊量：9697
近日，加州大學舊金山分校的一個研究團隊，通過他們研發的腦機連接設備，將一名十五年前因中風而失去語言能力的男子的腦電波轉換成了一個完整的句子，這是現代研究首次成功地從癱瘓不能說話的人的大腦活動中解碼出完整的單詞。
【化工儀器網 時事熱點】如果單獨提起腦機連接這個概念可能會讓大家覺得陌生，但是如果讓大家聯想《黑客帝國》這類讓主角們進入虛擬世界的影視作品，一定會讓大家對腦機連接產生一些具象的認識。與科幻電影中復雜的腦機連接裝置不同，現實中的腦機接口比較樸素，是一塊芯片加上連接電腦的裝置。
近日，加州大學舊金山分校(Universityof California, San Francisco, UCSF)的一個研究團隊的研究人員在《New England Journal of Medicine》上發表了一項研究成果。研究人員在研究成果中表示，通過他們研發的腦機連接設備，將一名十五年前因中風而失去語言能力的男子的腦電波轉換成了一個完整的句子！
據悉，這是現代研究首次成功地從癱瘓不能說話的人的大腦活動中解碼出完整的單詞。
腦機連接是什么？
神經科學研究發現，在大腦功能保持正常的情況下，就算運動器官和神經系統因損傷或患病而失去功能，大腦發出的控制指令依然可以通過腦電信號從大腦中傳遞出來，但由于損傷，肢體并不會隨之活動。也就是說，人在進行思維活動或者收到外部刺激時，腦電信號會出現變化，這些變化是有一定規律性的。這也就意味著，人在喪失語言能力時，依然能通過自身腦電波來與外界溝通，腦機連接設備就充當了人與外界溝通的橋梁，可以看做是一種實時的通信系統。
從概念上看，腦機連接是指能夠鏈接大腦和外部的技術和設備，系統把接收到的腦電信號“翻譯”成驅動外部設備的命令，設備能夠代替人的肢體或語言器官，實現與外界的語言通信或控制使用者使用范圍內的外部環境，最終達到人與計算機、人與人的交流通信目的。
從信息讀取手段上來看，腦機連接可分為“侵入式”和“非侵入式”。侵入式腦機連接需要采取手術的手段，將讀取裝置植入腦中，與大腦或神經系統直接鏈接；非侵入式腦機連接則不同，它無需在人體上開啟創口，而是采用一套外部裝置收集使用者的腦電信號。
人類對腦機連接的探索
談及人類對于“腦機連接”的探索，就不得不提到一位偉大的意大利物理學家——亞歷山德羅·伏特，他曾經做過一項人體實驗：將一組電池的兩極引出再插入自己的耳道內，電路接通后，用“帶著電火花的噼啪聲”，“濃湯煮沸后的咕嘟聲”形容自己所聽到的聲音。
伏特的這項實驗為后來人工耳蝸技術的實現打下基礎，按照上文提到的信息讀取手段分類，人工耳蝸可以歸類為“半入侵式腦機連接”，讀取裝置雖然不需要放置在顱內，但仍要將其以微創手術的形式放置在耳蝸中，在聽覺收到電刺激后，聽覺信息的傳遞能力得到強化，最終使患者恢復一定程度的聽覺。人工耳蝸也是目前應用最為廣泛的腦機連接技術。
近年來，人類對于腦機連接的探索逐漸深入。2017年，有“硅谷鋼鐵俠”之稱的埃隆·馬斯克參與創立神經連接公司。這是腦機連接技術的初創公司，神經連接公司將研發超高寬帶的腦機連接系統，實現與人工智能共存作為目標，同時在運用此項技術積極探索治療帕金森癥、大腦或脊髓損傷等疾病的治療方案，幫助癱瘓患者用腦部指令控制智能設備。
2019年，神經連接公司首次對外發布研究成果，他們研制出一款腦機連接系統，該系統可以向大腦中植入超細柔性電極來監測神經元活動；2020年8月，馬斯克召開了一次發布會，展示了神經連接公司最新的腦機連接設備，在會上，他現場演示了一只被植入讀取裝置的小豬在運動時的腦部活動數據，并通過電腦顯示出來；2021年2月，馬斯克在一款音頻社交軟件上透露，他們公司對于腦機連接技術的開發有了新的進展，其研究團隊成功地將腦機連接裝置植入了一只猴子的大腦中，他還告訴聽眾：“我們用細小的電線在一只猴子的頭骨里植入了無線裝置，它可以用大腦玩電子游戲。”
開頭所提到的加州大學舊金山分校的研究團隊經過幾年的埋頭鉆研，終于在2021年7月研發出了他們稱為“語言精神義肢”的新一代腦機連接設備。這套設備可以接收大腦控制聲道時產生的腦電波并加以分析，采集各個器官如嘴唇，舌頭等發生時的肌肉動作并與腦電波逐個對應起來。
他們在志愿者身上進行實驗，實驗過程中，研究人員將電極植入到志愿者控制語言區域的大腦皮層區域，嘗試著讓他在腦子里想一些簡單的詞匯，如“謝謝”、“吃”等等。與此同時，連接的電腦會對志愿者的腦電波進行分析，當掌握的志愿者的腦電波數據累計到一定量的時候，電腦就會就接收到的腦電波形態翻譯出志愿者所說的話。簡單來說，這個過程可以理解成學語言學習的過程，先學字母，再學單詞，在掌握了足夠的語言信息后，“說”出完整的話。
一切工作準備就緒，當研究人員向志愿者問出“你今天過的怎么樣”時，電腦屏幕立即做出反應，出現了“我很好”三個字，腦機連接設備充當了他們之間交流的媒介，“言語神經義肢”實驗大獲成功！
實驗成功后，研究人員就實驗結果寫了論文，發表在了由麻省理工醫學協會主辦的權威醫學期刊《新英格蘭醫學雜志》上，在醫學界的同仁看來，“言語神經義肢”技術一旦成熟，將會幫助很多因中風和漸凍癥等疾病而喪失語言能力的人。
腦機連接的未來和由此引發的一系列倫理討論
除了用于醫療康復，腦機連接技術成熟后也能夠在其他領域大顯身手。神經連接公司自創立起就以“增強人腦功能”為研發目標，當腦機連接的功能越來越強大，人的感官會進一步延伸，屆時，科幻電影中的心靈駕駛汽車、光速學會一項技能等情節將在現實生活中上演。
目前的研究中，腦機連接是單向式的，但是上文提到“光速學會一項技能”的展望，則是一個雙向式過程，大腦端不再進行輸出指令，而是從電腦端反向輸入，將互聯網上找的數據信息下載到大腦中，提高人類學習新知識的能力。
自關于腦機連接的研究官宣以來，關于它的倫理爭議也成了討論的話題：當改造后的人和沒有改造的人同時出現在一個世界，改造人擁有了更多的工具和財富，世界階級差距是否會被進一步拉大？人工智能發展一定程度，雙向溝通時代到來，人工智能是否會擁有自主意識，人類又是否會被人工智能所控制？當如此高科技的技術被用于戰爭，那這個世界又會變成什么模樣？
不過，當前社會對于腦機連接技術倫理問題的重視程度并不高，討論的更多的還是克隆和基因改造之類的前沿技術。相信，當腦機連接廣泛應用于日常生活的各個領域，有關腦機連接倫理問題的討論將被正式提上日程。
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