中国信息化周报

脑机融合技术或成为未来热门方向

作者:佚名 来源:中国信息化周报 202021期 时间:2020-08-01

“脑机接口”,也称作脑机融合技术,就是通过芯片和传感器,用大脑控制各种设备,这或许会成為未来人工智能的一个热门方向。2019年夏天,被称作“美国科学狂人”的马斯克就...

  “脑机接口”,也称作脑机融合技术,就是通过芯片和传感器,用大脑控制各种设备,这或许会成為未来人工智能的一个热门方向。2019年夏天,被称作“美国科学狂人”的马斯克就宣布取得了这项技术的突破,目前已经可以做到在猴子脑内植入芯片后,猴子通过大脑成功操控电脑。如果这项技术应用到人类身上,不仅能治疗大脑损伤和缺陷,还能大大增强人类的认知与行为能力。

  遥远的梦想——科幻机器人

  现在我们有很多对未来人工智能的想法都是科幻小说带来的。科幻小说的鼻祖叫艾萨克·阿西莫夫,他在上世纪50年代就写了一本书叫《我,机器人》。书中讲述了一个Robot(机器人)瞧不起正常人类,它说人类真没用,要睡觉,这么脆弱,等等。艾萨克·阿西莫夫那个时候想的机器人,就是一个智能体,在上世纪50年代的科幻小说是可以出现这个的。但是我们知道,事实上人工智能能够做到的极为有限。我们看到的机器人展览,那些机器人的动作都是非常缓慢的,只能做一些固定的事情。

  所以我们的机器人制造、人工智能现在需要的是什么呢?我们需要多感觉。比如像叠杯子这类动作就需要多感觉,需要视觉、触觉很快地整合,然后再把感觉运动转换成机器手的运动。同时,机器人还需要进行记忆提取,提取出关于这个杯子应该放在什么地方,需要运转什么程序,要做什么工的记忆,然后再制定关于怎么样去叠的计划,之后再去执行。但这些行为现在的机器人还做不到,我们目前还没有一个机器人能够达到这样的地步。也就是说,科幻小说虽然给我们带来了一些想象,但是也带来了很多错误的期待、期望。

  脑机融合初试锋芒

  人工智能的能力有限,但是已经很有用了。比如怎么样分析我们大脑的电信号,我们大脑不断地向头皮发出脑波,因为头皮是湿的,有水分,所以它可以放置电极,电流可以流到外头来。大脑里面的活动实际上可以反映在大脑的头皮上面,所以头皮上的电极可以测到各种波,但是这些波是成千上万的神经元在里面活动造成的整体的结果,我们很难从这里面去解码,告诉你到底是哪个神经元,或哪个脑区造成的活动。假如你有大量的脑波数据,又能够有大量的脑内思绪的标记,比如你想用脑波来控制机器手,那么在想有动作的时候,可以用人工智能的算法分析脑电对应着的想法,以后慢慢就可以准确地用来控制这个机器手了。

  抑郁症出现时的脑波是异常的,但是不知道为什么会有这样的脑波,假如能够很准确地把异常脑波对应到抑郁的症状,脑波的模式就变成一个抑郁症的指标了。

  所以,将来使用大数据,就可以解释很多事情,可以有很多用途,虽然我们不知道这些数据本身是如何产生的。医疗数据也是这样,医疗系统里每个人都有很多数据,这些数据能够判断此人是否有病,有什么样的病,包括面部的表情、走路的状态都是数据。假如这些数据都收集起来了,就可以判断有某种病的人,他有一组特殊的数据是最匹配的。机器不断去学,成千上万病人的数据都有了,机器都学过了,可能就可以认出来某一些组合的症状,代表某一种病。虽然我们不知道为什么会如此,会有这样的表现,但是我们可以利用这个表现来做疾病的诊断。最近脑机接口是一个很热门的研究方向,脑机接口的应用相当广。首先,脑机接口有两类,一种是非侵入式的,一种是侵入式的。像脑电波,就是电极放在头皮上面的,是非侵入式的。非侵入式的应用会非常广,比如通过脑波诊断来判断大脑的状态,做疾病的诊断。可以用脑波来控制外面的机器、外骨骼系统,比如瘫痪的人可以用脑波来控制外面的器械帮助走路,这些都有可能,马上就可以用的。另外一种是侵入式的,侵入式的直接把电极插入到大脑皮层。侵入式的好处是它可以记录更多、更准确的大脑的反应。如果只看外面皮层的电位,不能够确定脑内活动的源头,所以侵入式可以更好地用来操纵外面的器械。美国现在已经出现可以帮助人走路的设备,利用的就是侵入式的电极,这在医疗上很有用途。

  有些闭环式的脑机接口,可以调控大脑的功能。比如说想睡觉了,或者想要一个不想睡觉的人进入睡眠,可以非侵入式地记录他的电波,然后根据脑的状态做反馈脑刺激,利用另外一个接口,来刺激大脑,也是非侵入式的,让大脑进入睡眠态,或者进入清醒态,这都是很有用的。睡眠有问题的人,很多人吃安眠药都无效,假如有很好的脑机接口的调控模式,就是一个非常有效的工具。

  如何让脑科学研究造福人类

  类脑人工智能这个前沿的科技会带来很多的社会伦理问题,比如说现在有技术可以做到控制大脑,通过电刺激来读取大脑的信息。但谁有权来控制这个?你的父母可不可以做这个?你的医生什么情况下可以调控你的大脑?这个是要有伦理标准的。

  我们现在研究大脑,研究脑疾病、药物治疗,各种的康复手段都是用来修复大脑、保护大脑的,但是我们还有能力可以增强大脑的机能,增强大脑智能。这种增强就像运动员吃兴奋剂一样,他可能会跑得比别人更好。但是这项技术我们也是不被允许的。

  还有就是人工智能可以取代哪些职业。现在的大公司都想发展通用人工智能、通用机器人。这并不是像以前一样,机器人都做一样的工作就可以,现在要做的是更强的机器人,并实现用机器人来取代人。大公司当然愿意要这种技术,因为它省钱,而且一天24个小时都可以操作。如果这样的话,将来就可以不要工人了。若一些职位的工人将来被取代,我们的社会上就会出现劳工问题、失业问题。假如有一天,人类给予机器人自主思考的能力,有真正跟人差不多的一群机器人出现,那时候社会应该是怎么样的一个社会,这需要我们认真考虑,这也可以算是伦理的问题,是社会问题。我们必须设计属于我们的一种模式,关于将来发展出来的人工智能要怎样管控,怎样服务人类、造福人类,并且不会造成社会危害,这都是我们的社会要定的标准。

  脑科学与类脑研究的“一体两翼”

  我们近期出现的劳工问题,关于应用能力很强、可以取代劳工的机器人,就光这件事情,我们就需要有相应的对策。社会有自己调控的能力,我们对人类社会、对自己有信心。我们可以对新科技进行调控,使它多为我们人类造福,而不是造成危害。未来10年,我们国家会大力支持脑科学的研究。我们国家正在考虑2030创新重大项目,我们称之为脑科学与类脑研究。这个内容的主体是做基础研究,做脑认知功能的神经基础。我们不仅要知道大脑的神经环路,知道它的功能,也要知道大脑的神经环路是怎么发育出来的。在这个基础研究的主体之外还有“两翼”,我们叫“一体两翼”。我们一边希望能够研发出各种脑机接口,比如说用大脑的信息如何控制机器,如何用机器调控大脑的信息,还希望能够研发出新的计算方法,人工智能里面机器学习的方法是关键,我们希望能够研发出类似人脑的机器学习的算法,还有各种类似人的神经元、神经网络的器件,各种智能体、机器人等。另外的“一翼”就是脑疾病,就是基于认知功能基础研究的成果,对很多和认知相关的重大脑疾病,我们可以早期诊断,在还没有发病之前,能够发现有各种指标,及早干预脑疾病的进程。要做这个也需要建立很多关于临床社区的队列,收集人群队列的大数据。整个中国的脑计划研究,对于医疗器件的产业发展也会有很大的好处。

  (本文根据蒲慕明院士的最新公开演讲整理而成,未经本人确认。)

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