把大脑连接起来能组成超级活电脑吗?

2015-07-30 汪汪 机器之心 机器之心

本文选自New scientist,机器之心翻译。


作者:Jessica Hamzelou

翻译:汪汪

评论:陆亚

校对:赵赛坡


编者按:Miguel Nicolelis是一位神经学领域的学者,2012年,他在TED大会上演示了让一只猴子用「意念」控制机器人。日前,《New Scientist》杂志报道了Nicolelis的新实验:把三只猴子的大脑连接起来……既然动物的大脑可以连接起来,那么如果把人大脑连接起来会有哪些神奇事件呢?这个实验引发了诸多讨论,同时,机器之心成员、神经科学大拿陆压也提出了自己的看法。也欢迎大家在评论区参与讨论。



那到底,这个实验又是怎么样的呢?



Are you thinking what I’m thinking? (Image: Matthieu Spohn/Getty)


三个臭皮匠顶一个诸葛亮。三只猴子的大脑连接起来,其控制替身的能力强于任何一只单独的猴子。这是人类第一次将动物的大脑连接起来,组成了一台活电脑。


如果人类的大脑也能用同样的方式连接起来,这也许将赐予我们超人般的问题解决能力,并允许我们将抽象的思维传输给他人。「这真的很振奋人心,」阿联酋马斯达尔学院的 Iyad Rahwan 说。「这将改变人类的协作方式。」


这个研究建立在标准的脑机接口上——这是一种让人和动物纯粹用意念就能控制机器和假肢的装备,可以将大脑的脑电活动转换为计算机可以解读的信号。


北卡罗来纳州杜克大学医学中心的Miguel Nicolelis和他的同事们想要延伸这种概念,试着让多个大脑同时协作。他们将电极植入三只猴子的大脑,指向负责运动的脑区,然后将它们与一台电脑连接起来,这台电脑能控制屏幕上一只动画机械臂。


将猴子的思维同步以后,它们就能够移动机械臂,到达屏幕上的目标位置——成功到达后,研究者会奖励他们喝果汁。


陆压:这个实验并没有任何比以前工作有进步的地方,倒是体现了Nicolelis近年来喜欢出风头的特点。


接下来,他们做了更奇妙的事——比如说,限制每只猴子控制的机械臂仅能在一个维度上运动。但这些猴子最终还是通过协同工作,成功将机械臂移动到了目标位置。Nicolelis说:「它们用一个超级大脑来完成了这项任务——将三个大脑组合成了一个结构。」他把这种结构称为「脑网(brainet)」。


这些猴子都分别连上了电脑,但彼此之间并未相连。在第二组实验中,研究者将四只老鼠的大脑相互连接起来了,同时也与电脑相连。每只老鼠的大脑中都植入了两组电极,位于负责控制运动的区域——一组电极负责刺激大脑,另一组负责记录大脑的活动。


研究者用电脉冲刺激这四只老鼠,每当它们的脑活动同步时,就对它们进行奖励。在10个训练单元后,老鼠们的同步率能达到61%。 Nicolelis说,这种大脑协作可以被看做一台计算机,可以实现存储信息、模式识别的任务。「我们向这些大脑输入一条信息,它们吸收了这条信息,过一段时间后,我们可以从中再次获取这条信息。」


陆压:同步在脑活动中的作用是一个很有趣的方向,不同动物脑活动之间的同步更是有意思的新领域。但是此项工作并不能提示大脑之间信息交流的存在和具体的贡献。在应用上也很难说明是什么过程在起作用。


Rahwan说,这和计算机中的平行处理过程相同。他没有参与到这项研究。他说:「为了达到同步的目的,这些大脑需要对彼此做出反应。所以,你就得到了输入、计算和输出——这正是计算机所做的事。」他还说,将任务分配给多个大脑,也和现代计算机将计算任务分配给多个处理器的方式很相似。


华盛顿大学的 Andrea Stocco这样评价该实验:「这让人难以置信。我们正在对不同动物的神经元进行取样,并将它们放到一起,创造一个超个体。」他没有参与这项研究。


如果用人脑来做这件事,会更加有趣。Stocco说:「应用问题就变成了不同动物可以完成什么任务。」他说,我们对猴子的期望只是控制简单的运动,如果把猴子换成人,将能做到更多。不过,我们不可能像对待猴子那样把电极直接植入人的大脑,必须想出无创的新方法来检测和刺激人脑。


理论上说,在大脑间传输信息的装置可以让我们摒弃语言。英国纽卡斯尔大学的Andrew Jackson说:「我可以把想法传送到你的大脑,而不用发出声音,也不用说话。当我将要说出『一起去酒吧』时,你的脑中就会想象出这个画面。我能将这个想法传输给你的大脑。」不过他认为,把大脑和维基百科连起来更有价值。


陆压:这个属于习惯性发挥。人的意识如何编码还远不清楚,但肯定不是运动皮层的任意信号所能表征的,也不是本文这种范式所能传输的。


脑际接口领域目下已经取得了相当的进展,可以帮助很多运动、表达障碍的患者恢复相当程度的日常生活,甚至包括指导学生的研究工作,而且这个领域还在迅速发展。其与神经科学的关系,首先它并不依赖于神经系统的编码模式,神经系统可以学会用几乎任意的模式控制外在设备,其次这也例证了神经系统强大的可塑性,提出了重要的问题。Nicolelis在脑际接口领域和基础的神经科学都做出过相当重要的工作,但目下这种吸引眼球的工作不是很多人能接受的。)


意念数学


能与别人分享想法的能力能让我们解决复杂的问题。Stocco说:「有时候,数学家在思考非常复杂和抽象的问题时,他很难与别人协作。如果能用脑网这种形式将大脑连接起来,实现协作,将能平衡不同领域专家的技能,实现共同目标。」


Stocco指出,这在外科手术中会很有用。现在,做外科手术时,团队中只有一个外科医生能掌控手术刀。想象一下,如果团队所有成员都聚焦在手术的不同方面,并把大脑的能力进行协作,分别控制手术的不同进程。他说:「我们离这样的场景还有很长的路要走,但Nicolelis的研究第一次打开了一扇通往这种可能性的大门。」


Nicolelis还开发了一套机械外骨骼系统,可以帮助脊椎受损的病人重获运动能力(参见机器之心5月21日推送的文章《有了它,瘫痪病人也能变身钢铁侠》),他希望这项研究也能帮助这类病人。比如说,熟练使用假肢或轮椅的人能用这种方法向新手传授经验,训练他们尽快自行控制这些设备。


然而,意念传输或许并不能促进语言的进步。波士顿大学的Jason Ritt说:「本质上讲,用脑网交流信息将比用视觉和语言快很多,但是门槛很高。我们目前用技术来交流的速度还是远远落后于语言。」


分享意识也让我们对隐私被侵犯而感到束手无策。Rahwan说:「当你发明出一个复杂的实体(比如脑网),你必须保证个人自由受到保护。」


通过网络,一个大脑将有可能操控其他大脑。一些私人想法也可能会无意中溜出来,比如你邀请某人去酒吧后的意图,芝加哥大学的Nicholas Hatsopoulos说。「我们有太多不愿意和别人分享的念头。」


拥有群体意识的老鼠


杜克大学的Miguel Nicolelis说,相互连接的动物大脑可以看做一台电脑。他的动物「脑网」(见正文)能同时完成多个计算任务,比如传输信息和帮助预测降雨。


在一个实验中,研究者能够向脑网传送信息。他们向第一只老鼠大脑内的电极输入一个电信号,这只老鼠把这个信号传输给第二只老鼠,然后第三只,最后传回了第一只。 Nicolelis说:「这个实验证明,我们最终能够重新获得之前的原始信息。」


这个研究团队还试着把天气数据传输给脑网。他们向两只老鼠发送代表气压变化的电信号,另外两只接收的则是代表温度变化的信号。只有当四只老鼠的大脑活动都同步时,计算机才能重新获得有用的数据。这些读数可以被用来预测降雨,其成功率高于随机猜测。



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