人民网—“意念移物”:实验室里见真章

 
2004年07月27日16:38


“意念移物”:实验室里见真章
奇云
穆沙拉姆研究小组在《科学》杂志上报道了一项新的意念控制机器研究成果。

  曾经,我们在电影、小说中看到“意念移物”的神话;曾经,我们将“意识的作用”视作唯物主义的禁忌……

  今天,我们要为我们的“主观臆测”付出代价,而“意念”的“威力”已不再是《黑客帝国》、《蜘蛛侠》的专利。

  因为,现实之中科学家真的把这种“威力”施展了出来———

  在一个月黑风轻之夜,一大批“机器战士”悄无声息地向某座敌国城市发起总攻。而此时,控制“机器战士”的士兵们正端坐在距离战场数千公里之外的电脑控制室里,凭借自己的大脑思维,用意念灵活自如地操纵“机器战士”在战场上作战……不要以为这又是好莱坞科幻大片《黑客帝国》中的情节———美国五角大楼的国防远景研究计划署已投入首批2400万巨资,在全美6个实验室中进行意念控制机器的研究工作。

  美国国防远景研究计划署的终极目标,就是希望能造出可用大脑意念控制的“机器战士”。如今,这项研究已经取得重大进展。

  2004年7月9日,美国加州理工学院的穆沙拉姆研究小组在《科学》杂志上报道了意念控制机器的最新研究成果:他们“解码”了从猴子大脑中记录下的意念信号,并进而用意念成功地对机械实验装置进行控制,朝着开发出用意念控制机器的方向迈进了重要一步。

  穆沙拉姆将他们的实验装置称为“脑-机接口”(BMI),意思是大脑和外界之间建立起一种直接的交流通道。

  无独有偶,在米格·尼古拉利斯领导的美国杜克大学神经工程中心的实验室里,不久前也发生了一件令科学界乃至整个世界为之赞叹的事情:一只机械臂将机械手伸出,从一边摆到另一边,试着从空中抓东西,动作栩栩如生。

  令人称奇的是,杜克大学实验室里的机械臂不是由人们设计好的电脑程序控制的,而是一只恒河猴以意念指令来动作的。

  要看看这些指令来自哪里,你得顺着一束电缆离开实验室,穿过走廊,到另一个房间。

  这个房间里竟然坐着一只恒河猴!

  这究竟是怎么回事?

  猴子身后的电缆显示了实际情况:它们接到电脑后面,然后再伸出来,最后同那只猴子头上的一个“瓜皮帽”相接。

  “瓜皮帽”底下有四个塑胶接头。从这些接头伸出一组微细的金属丝连接的微电极,并插入猴子大脑顶叶皮质区。

  顶叶皮质是脑中负责筹划动作,并传送指令给脊髓神经细胞执行计划的组织。那100根微电极每一根都靠近单一个神经元;当神经放电时,邻近的微电极就会攫取其电流,顺着一小簇金属丝往上传递,穿过实验猴的头盖,抵达小隔间外桌上的一台称为“哈维箱”的电子装置。

  猴子最终只要“想”,而不用“做”,就能达到控制机械臂的目的。

  实验开始时,这只猴子右手抓着操纵杆,眼睛盯着一个电脑屏幕。它晓得,只要把操纵杆向左或向右移动以对应屏幕上的亮点位置,就会有一滴果汁送进它的嘴里。

  它喜欢玩这种游戏,也相当在行。

  屏幕上的亮点从一边移到另一边;当这个点停住的时候,点的周围有个圆圈就变大了。这个点代表的是那只机械臂在另一个房间里的移动情形,而圆圈的大小则显示出机械手紧握的强度。

  当实验猴看到前方突然闪现亮点,而决定向左或向右移动操纵杆与亮点对应时,它脑中的微电极就会记录到活化的皮质神经元所产生的电流讯号,并将该讯号传至“哈维箱”。

  哈维箱将讯号收集、过滤并放大之后,传递给位于隔壁房间的电脑。接下来,电脑对于实验猴手臂即将采取的动作进行预测,并将该讯息转换成可让机械手臂产生相同动作的指令。

  经过几天的训练,科学家成功地让猴子学会了用被它们的思维所控制的光标去触摸屏幕上的光点,而不再直接用手去触摸操纵杆。也就是说,猴子最终只要“想”,而不用“做”,就能达到控制机械臂的目的。

  最早在上个世纪末期,意念控制实验就已付诸实施,实验对象是老鼠,当时大获成功。

  早在1993年,尼古拉利斯和美国汉尼门大学的约翰·查宾合作,成功记录到了老鼠大脑顶叶皮质5个不同区域里46个神经元的电活动情况。

  他们教一只被关在笼子里的老鼠用意念来控制饮水装置,研究人员在老鼠的头上安置了一套小型的“脑-机接口”。“脑-机接口”与操纵杆———水槽通路成一并联关系。每当老鼠按动操纵杆的时候,“脑-机接口”就会同步记录下老鼠大脑皮层运动区内46个神经元的电活动情况。

  当确信老鼠已经建立了通过按动操纵杆来获取饮用水的条件反射以后,研究人员切断了操纵杆与活动水槽之间的联系,而将水槽与“脑-机接口”连在了一起。

  在接下来的时间里,研究人员终于让老鼠渐渐地意识到,即使它不用前爪去按动操纵杆,只要它眼睛盯着水槽,心里想着自己要用前爪按动操纵杆,水槽也会被自己的意念所驱动的机械臂带动,继而送水进来。

  渐渐地,参加实验的6只老鼠有4只学会了这一本领———只要脑子里想着要去按动水槽,与它们的大脑相连的BMI就会帮助它们让水槽送水进来。

  “意念控制”技术的研制也面临着不少难题,微型电极的植入手术就是难题之一。

  人不同于实验动物,除了要让BMI能正常工作,BMI还不能对人的大脑组织造成额外的伤害。这就要求研究人员一面要潜心发展BMI,一面还要与神经外科专家合作,共同探讨适合的手术方式和手术技巧。

  此外,研究人员还要和电子工程专家合作,以制造出体积更小、重量更轻、而灵敏度却要更高的微型电极。

  现在,研究人员已经制造出了40到50个微米大小的微型电极。在最近的一次实验中,研究人员在一只短尾猴大脑皮层的8个不同区域同时植入了704个微型电极,并且成功记录到了318个神经元的电活动。

  穆沙拉姆小组计划在未来五年内,建造一个能由脑中埋有电极的人控制的机械臂。

  该小组的目标是使肢体瘫痪的人有个新工具,能让日常生活进行得更容易些。比如说,机械手臂按照人脑中的想法而运动:在黑板上写下一行公式,或是给自己倒上一杯牛奶。对于像“当代的爱因斯坦”霍金这样的人,它的意义却是无与伦比的。

  一些乐观的科学家相信,随着研究的深入,“意念控制”技术必将更加成熟。在未来,也许不必将电极植入大脑即可读取精确的意念信息。

    来源:北京科技报

这个芯片将能够让病人通过意识控制计算机
意念操纵示意图
米格·尼古拉利斯
尼古拉利斯在展示操纵杆
(责任编辑:马丽)
图解妙世界

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