科幻电影里威风八面的机械战警,是人脑与机械身体的完美结合,代表了人类科技的高峰。不要以为这种场景只存在于影视和文学作品中,它很可能即将成为现实:最近,卡耐基·梅隆大学的研究者宣布,他们实现了人脑与电脑的稳定连接,为制造“机械战警”提供了可能性。
两代机械战警(Robocop)
人脑与电脑的接口
虽然听起来很科幻,但人脑与电脑的连接其实并不稀奇,这种连接被称为脑机接口(BCI),已经被应用在残疾人辅助装置上。对于一些丧失行动能力的病人(例如瘫痪、渐冻症等),BCI能够让他们用思维来控制假肢、鼠标光标或其它设备。
脑机接口(BCI)
用思想控制机械手
但目前的脑机接口技术普遍存在一个很大的问题:连接不稳定。这是由于我们的神经系统记录的信号本身就不稳定,导致BCI出现误差。误差随着时间不断积累,最终达到无法控制的程度。这时就需要对BCI进行频繁的重新校准,而使用者此时必须停下手头的工作,带来了相当大的不便。而校准工作往往还需要技术人员来协助完成,这在日常的应用场景中是不可接受的。
典型的例子就是如果想点击屏幕上的某一点,但BCI的误差导致实际点击的并不是想要的位置,这时需要使用者向机器或技术人员描述他想点击的位置,从而把系统校准到正确的状态。
控制光标点击某个位置
BCI的不稳定性主要源自我们的神经系统。众所周知,神经系统包含着大量的神经元,大脑在不同的时刻所获取的信息可能来自不同的神经元,导致信号并不稳定,并且在不断发生变化。如果BCI直接使用这些信号,迟早会因为这种不稳定性而丧失功能。这也是目前脑机接口实际应用时所面临的最大难题。
大量的神经元细胞
人工智能算法实现了接口的稳定性
卡耐基·梅隆大学的研究者提出了一种“神经流形对齐”的人工智能算法。所谓“流形”,是指隐藏在高维数据中的低维结构。而对于“神经流形”,人马君提供一个形象的解释:我们看到了一条狗,狗的图像将通过视觉形成大量的数据,再由许许多多神经元汇集到大脑中,这些原始的数据就是高维数据。而如果用一个低维的方法来概括这些高维的数据,只需要三个字:一条狗。当然,实际情况可能更复杂一些,比如一条正在运动的狗。
一条狗……
眼睛产生的图像数据,在神经元传递中可能会出现各类变化,但”一条狗“这个事物,是不会轻易改变的,或者说变化比较慢。如果BCI从大量的神经信号中得到低维的”神经流形“,应用”神经流形对齐“算法,就可以实现脑机之间非常稳定的连接。
基于”流形对齐“算法的BCI脑机接口
可以这么说,传统的重新校准手段依旧在无数微观神经元的泥潭里挣扎,而”神经流形对齐“算法则从不稳定的神经元数据中提取出稳定的宏观图象,从而实现了人脑与电脑间可靠的连接。人马君忽然想到,这也许更接近人脑原本的运作方式。
机械战警会出现吗?
这项研究是当前日新月异的脑机接口技术发展的缩影。随着BCI的日趋完善,将为无数瘫痪病人带来福音。这显然也产生了另一种可能:将人脑与强大的机械躯体结合,形成具有超人能力的”机械战警“。他(它?)可以用于在街头维持治安,也可能被投入战场,以强大的攻击力杀伤敌人。
运用脑机接口制造“超级战士”
这其中存在着巨大的伦理问题,同时也潜藏着风险。科幻电影中的场景,在不远的将来真的会实现吗?
出处:头条号 @人马座A