文 | 蔣紅玲
來源 | 智能相對論
英國著名物理學(xué)家斯蒂芬·霍金的去世讓全球人民悲痛不已，我們在緬懷巨星的同時，也可能還在疑惑，全身不能動的霍金這位科學(xué)巨人是怎么與世界對話?在微博視頻中，霍金借助于輪椅上的設(shè)備回答了TFBOYS成員王俊凱的問題，這臺輪椅早已成為這名科學(xué)巨人的一部分。那這臺輪椅是怎么實(shí)現(xiàn)讓無法行動和說話的霍金和人類交流的呢?
一、腦機(jī)接口研究進(jìn)展到什么程度?
其實(shí)了解這個輪椅的大概知道背后正是腦機(jī)接口在賦能，那到底什么是腦機(jī)接口，目前發(fā)展得怎么樣，今日智能相對論就稍作總結(jié)。
1、三次輪椅升級代表腦機(jī)接口的進(jìn)步和飛躍。
實(shí)際上，霍金的輪椅進(jìn)行過三次輪升級，這也就代表科技的三次進(jìn)步和飛躍。
1985年，因患肺炎而做氣管切開手術(shù)后，霍金被徹底剝奪了說話的能力。當(dāng)時，美國加利福尼亞州一位名叫瓦特·沃爾托茲的電腦工程師為霍金設(shè)計了一個名為“平等器”的電腦程序。而后，劍橋調(diào)節(jié)通訊公司的大衛(wèi)·梅森又改進(jìn)了這套設(shè)備，每分鐘可“說”出15個詞，還可以把文字直接打印出來。
2005年之后，霍金徹底喪失了運(yùn)動能力——連手指都不能活動了。英特爾的創(chuàng)始人戈登·摩爾(Gordon Moore)為他設(shè)計了2.0版的輪椅?；艚鹫f話時面部肌肉的收縮和舒張來激活輔助系統(tǒng)，并用眼球控制紅外線發(fā)射器，選定在屏幕中輪流出現(xiàn)的英文字母。
到了2011年，他的病情進(jìn)一步惡化，英特爾首席技術(shù)官賈斯汀·拉特納(Justin Rattner)組建了一個人機(jī)交流技術(shù)團(tuán)隊，對霍金的設(shè)備進(jìn)行了改造升級，研發(fā)了一個可供所有殘障人士使用的交互系統(tǒng)工具包(輔助情境感知工具包，簡稱ACAT)?；艚疠喴慰芍^升級到2.1版。升級后的軟件集成了SwiftKey人工智能預(yù)測技術(shù)。
不過，大家都知道，2.1版的霍金輪椅在某一天會因?yàn)橹魅瞬∏榈牟恍壹又囟鵁o法使用，因此，人機(jī)交流專家已經(jīng)開始設(shè)計3.0版智能輪椅，所有重度殘障人都可能受益于此。
另外，美國航天總署艾姆斯研究中心研發(fā)了一項技術(shù)，不僅可以讓殘障人自主控制電動輪椅，而且能夠?qū)⑺枷?想說的話)傳送到語音合成器，讓后者“說話”。同樣，使用者想說什么話，也可以通過軟件探測到，并向語音合成器傳輸指令，讓后者替使用者“發(fā)聲”。
這對世人來說絕對是個好消息。
2、目前的現(xiàn)狀：大公司小團(tuán)隊整整齊齊向里沖。
神奇的人類大腦蘊(yùn)含著巨大的復(fù)雜性與豐富的未解之謎。讀懂“三磅宇宙”、打通大腦與機(jī)器之間的聯(lián)結(jié)、實(shí)現(xiàn)人工智能與人類大腦之間的交互，成為各國科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。期間諸多巨頭和全球頂級科研機(jī)構(gòu)都參與了進(jìn)來。
埃隆·馬斯克(Elon Musk)日前創(chuàng)立了一家名為“Neuralink”的新公司，專門“研發(fā)將人腦與計算機(jī)相連的超高帶寬腦機(jī)接口技術(shù)”。他們正在研發(fā)“全腦接口”(whole brain interface)，即一連串與大腦相連的微型電極，可讓我們與世界進(jìn)行無線交流。利用該技術(shù)，我們無需動筆或張口，就能分享自己的喜怒哀樂。
美國波士頓大學(xué)和麻省理工學(xué)院聯(lián)合已研發(fā)出全新的反饋系統(tǒng)，可使機(jī)器人適應(yīng)人類思維模式，實(shí)現(xiàn)人腦對機(jī)器人的實(shí)時直接控制。
目前神經(jīng)學(xué)界也正在進(jìn)行一個叫做「人類連接組計劃」(Human Connectome Project)的計劃?？茖W(xué)家們希望通過這個計劃建立一張完整的人類大腦圖譜。人類之前從來沒有涉足過這種規(guī)模的大腦圖譜。這個計劃需要把人腦切成難以置信的薄片——厚度大約為30 納米，相當(dāng)于 1/33000 毫米。(這張圖片是一臺機(jī)器正在一個鼠腦上切片)。
2016年10月21日,由中國自主研發(fā)的在軌腦-機(jī)交互系統(tǒng)在天宮二號上成功實(shí)現(xiàn)了人類首次太空腦-機(jī)交互實(shí)驗(yàn)。該系統(tǒng)的建立和成功測試為未來深入開展先進(jìn)交互技術(shù)在軌適應(yīng)性研究和技術(shù)應(yīng)用起到了重要推動作用。
大家如此積極參與的目的只有一個，那就是通過機(jī)器幫助與那些需要幫助的人，和同霍金一樣，可以重新和世界進(jìn)行溝通。
3、最大的難點(diǎn)：如何從大腦中輸出正確的信息以及將正確的信息輸入到大腦?
你在看這句話時，你的眼睛正在做出一系列特定的水平動作。這是大腦神經(jīng)元將信息輸出到一臺機(jī)器(你的雙眼)，機(jī)器接收命令并作出響應(yīng)。當(dāng)你的雙眼以正確的方式移動時，屏幕發(fā)射的光子會進(jìn)入你的視網(wǎng)膜，刺激皮質(zhì)枕葉中的神經(jīng)元，讓這些文字的圖像進(jìn)入你的思維。
過程中，輸入及輸出信息是大腦神經(jīng)元的工作，腦機(jī)接口想做的就是介入到這個過程當(dāng)中。
美國波士頓大學(xué)和麻省理工學(xué)院聯(lián)合研發(fā)出的名為“Baxter”的人形機(jī)器人作為被控制端，在操縱者的注視下執(zhí)行二元分類任務(wù)，機(jī)器人通過腦電圖掃描儀實(shí)時監(jiān)測操縱者大腦電位的變化，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法快速準(zhǔn)確分析腦電波信號。這看起來是一個積極的嘗試。
不過問題還沒有徹底解決，比如如何將正確的信息輸入到大腦?也就是如何刺激神經(jīng)元。
大腦的各個部位都讓我們難以理解，運(yùn)動皮質(zhì)已經(jīng)是其中最容易理解的一個部位。運(yùn)動皮質(zhì)是大腦負(fù)責(zé)輸出的主要區(qū)域之一。一個人做出的任何動作基本上都是由運(yùn)動皮質(zhì)直接操控的。運(yùn)動皮質(zhì)和手之間是通過神經(jīng)傳遞信息的，而腦機(jī)接口則是運(yùn)動皮質(zhì)和計算機(jī)之間傳遞信息的介質(zhì)，這種方式需要把一塊含有 100 個電極的多電極陣列植入患者的運(yùn)動皮質(zhì)。
這依然是個問題。
二、腦機(jī)接口是大有可為還是大有可“畏”。
Neuralink公司正在研發(fā)“全腦接口”(whole brain interface)，是完整無縫、生物兼容、功能強(qiáng)大，使用者將感覺它就是自己大腦皮層、邊緣和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一部分。通過全腦接口，使用者可與云端、計算機(jī)、以及其它安裝了類似接口的使用者大腦無線對接。信息可在你的大腦與外界之間自由流動，就像你目前思考問題一樣輕松。
聽上去很驚人是不是?這實(shí)際上是給他們帶來的應(yīng)用場景的思考，目前來看，腦機(jī)接口最可能先被落地的是兩塊。
1、成為醫(yī)療體系中的“潮流”而不是 “噱頭”。
“在醫(yī)療體系中，腦機(jī)接口”的作用是用思想來控制不能運(yùn)動的四肢。
美國大學(xué)生伯克·哈特5年前因潛水意外導(dǎo)致頸椎脊髓受損，四肢永久癱瘓。從2014年起，俄亥俄州神經(jīng)中心的研究人員就開始設(shè)計一個植入伯克哈特大腦的芯片來讓其思想控制運(yùn)動。這個植入腦部的芯片名為“神經(jīng)生命”，它通過連接器與電腦相連。電腦使用特殊軟件來解讀大腦傳來的信號后，發(fā)送指令給鑲有130個電極的電子手袖套，以刺激手部肌肉，讓伯克·哈特得以繞過脊髓，控制手部活動。經(jīng)過一年多的練習(xí)，現(xiàn)在伯克·哈特已經(jīng)可以用思維控制右手，完成拿起杯子、刷信用卡等動作。
其實(shí)在醫(yī)療領(lǐng)域，“腦機(jī)接口”還可能有更多應(yīng)用場景，如幫助殘疾人士回復(fù)語言功能、行動功能等，但前提是必須在腦袋里植入科技，任何人工智能技術(shù)都只能是人腦和人手的延伸，是幫助患者的工具，并不是人的意識是可能脫離肉體，保存到一種設(shè)備里的，使人的大腦變成冷冰冰一臺電腦來工作。
2、讓“機(jī)械戰(zhàn)甲”無處不在
人是世界上最精密、復(fù)雜、敏感的生命體，不同的個體有不同的表現(xiàn)特征。
如果 100 個神經(jīng)元可以確定光標(biāo)在屏幕上移動的位置，那它們能不能發(fā)出拿起一杯咖啡并喝一口的指令呢?據(jù)資料顯示，一位四肢癱瘓的女士能夠在飛行模擬器中駕駛一架 F-35 戰(zhàn)斗機(jī)。
既然這種方法可以讀取手臂的動作，身體的其他部位也可以讀取嗎?巴西的腦機(jī)接口先驅(qū)米格爾·尼古萊利斯(MiguelNicolelis)和他的團(tuán)隊打造出了一副完整的外骨骼，讓一位癱瘓少年為巴西世界杯開出第一腳球。
是不是覺得駭人聽聞?其實(shí)依靠“腦機(jī)接口”，類似的“機(jī)械戰(zhàn)甲”可能會到處見。
也就是說在智能化的社會里，這些技術(shù)的人造物，比如生物芯片，不只是具有醫(yī)療的作用，還可以具備強(qiáng)化人體功能的作用。
看起來這是件充滿想象的事。
三、腦機(jī)接口的爆發(fā)之路非常遙遠(yuǎn)，還得上下求索。
不過，問題也來了，隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，也許有一天內(nèi)置于我們體內(nèi)的機(jī)器能修復(fù)任何需要修復(fù)的器官或組織，而不會影響人的生命或身份。但是，如果這些機(jī)器人是受外部控制的，就必然會帶來許多問題。當(dāng)技術(shù)發(fā)展到人的主要器官可以被替換時，那么，人仍然是人嗎?
另外，雖然人類對人腦的認(rèn)知比以前深入了很多，但依然有很多不明之處。智能相對論認(rèn)為，要讓腦機(jī)接口應(yīng)用到更大發(fā)分為，這也許是人類有史以來最艱巨的一項挑戰(zhàn)。
1、機(jī)器學(xué)習(xí)算法快速準(zhǔn)確分析腦電波信號操作過程的復(fù)雜性。
腦機(jī)接口(BCI)能實(shí)現(xiàn)重度殘疾人對輪椅、機(jī)器人手臂以及電腦等設(shè)備的控制。雖然在提高這些設(shè)備的準(zhǔn)確度與精密度方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但是為了使用戶熟悉這些技術(shù)，需要長時間的繁瑣訓(xùn)練。必須讓計算機(jī)學(xué)會理解每個用戶獨(dú)特的腦電活動模式，從而對腦電活動進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)用戶想要執(zhí)行的動作。該技術(shù)的潛在問題也同樣不容忽視，機(jī)器學(xué)習(xí)算法快速準(zhǔn)確分析腦電波信號操作過程的復(fù)雜性能確保它的正確率嗎?
霍金已經(jīng)嘗試過這種人(腦)-機(jī)界面，但他感到并不適應(yīng)。原因有兩個：其一，從使用面頰肌肉到通過喉部肌肉收縮來操控，有一個需要重新學(xué)習(xí)的過程，霍金還沒有適應(yīng)這種新的技能。其二，按照目前的技術(shù)，電極擺放的位置如果稍有偏移，辨識的準(zhǔn)確率就會從94%下降到50%以下。有時候，電極解讀并發(fā)送到語音合成器“說”出來的話，并非霍金的本意。所以霍金的輪椅目前并沒有正式使用這一系統(tǒng)。
2、侵入性手術(shù)的影響范圍有多大?
腦機(jī)接口將來很可能幫助提高人類的智力、記憶力和交流能力。雖然這項技術(shù)在實(shí)踐中的前景十分誘人，但實(shí)際上，一想到將芯片植入人類大腦，就足以讓最人猶豫起來。
神經(jīng)元也不是獨(dú)立工作的，由于大量軸突和樹突的存在，要單獨(dú)刺激某個神經(jīng)元是很困難的——因?yàn)楫?dāng)你嘗試這么做的時候，你會一下子打亂很多東西。把芯片植入大腦語言中樞，就可以在大腦想說什么話的時候通過人機(jī)指令讓外部的語音合成器說出來。這需要向病人的大腦語言中樞植入芯片。如果想用思想控制運(yùn)動，也得向大腦運(yùn)動中樞植入芯片。
另外很重要的一點(diǎn)是，與心臟起搏器這樣的移植物不同，它是一種出于非醫(yī)療目的、在健康人群身上開展的選擇性手術(shù)。在生物層面上與互聯(lián)網(wǎng)相連，與我們相連的對象、方式、地點(diǎn)、原因和時間才是問題的關(guān)鍵所在。人隨時隨地受人類生物學(xué)因素、社會與物質(zhì)環(huán)境因素、心理行為因素等。如通過AI技術(shù)獲得的有效性證據(jù)是99%，那對于那1%的患者來說卻是100%的痛苦和不幸。
3、價格的高昂，導(dǎo)致想說愛你不容易。
顯然，霍金使用的設(shè)備價格可能是普通殘障者所可望而不可即的。由于霍金的輪椅都是科技公司友情贊助的，并不需要他自己掏腰包，因此，還沒有人能夠給定一個“官方價格”。據(jù)粗略估算，買一臺目前版本的大概得花95萬～100萬美元。如果將來真的升級到3.0版，恐怕價錢更會高出許多。
4、相關(guān)監(jiān)管措施能保障“AI讀心術(shù)以后”的安全嗎?
在科技時代，無時無刻都面臨著信息泄露的危險，當(dāng)腦袋里面植入科技軟件來控制你的意識活動和行為活動，你的個人信息是否還有保障?未來該技術(shù)得到高度普及，是不是所有人在出生時都被強(qiáng)制植入全腦接口、以打擊犯罪或不道德行為呢?
即便出現(xiàn)相對應(yīng)的法律規(guī)定，這法律是否能真正保護(hù)你的大腦呢?問題的答案涉及法律、哲學(xué)、科技和社會學(xué)等眾多領(lǐng)域，而這一問題本身還未引起人們足夠的重視。
霍金曾經(jīng)擔(dān)心，人工智能會威脅人類的生存，因?yàn)槌壷悄苡嬎銠C(jī)可能不會認(rèn)同人類的目標(biāo)，轉(zhuǎn)而攻擊創(chuàng)造它們的人類。馬斯克也說：“馬可·奧勒留(羅馬帝國賢君)當(dāng)國王挺好的，但如果國王是卡利古拉(羅馬帝國早期的典型暴君)情況就不太樂觀了。”
總之，智能相對論主筆之一蔣紅玲認(rèn)為，像霍金一樣實(shí)現(xiàn)人腦思維對機(jī)器人的直接控制，腦機(jī)接口爆發(fā)還有一段路要走。
但這并無妨礙我們?nèi)ャ裤剿?/p>
智能相對論：深挖人工智能這口井，評出咸淡，講出黑白，道出深淺。重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域：AI+醫(yī)療、機(jī)器人、智能駕駛、AI+硬件、物聯(lián)網(wǎng)、AI+金融、AI+安全、AR/VR、開發(fā)者以及背后的芯片、算法、人機(jī)交互等。
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