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之江实验室国际领先的脑机融合技术 许你怎样的梦幻未来?

2020-09-03新闻21

脑机融合是在人与外部设备间创建的直接信息连接通路。

一方面,将大脑信号转化为机器可识别的信号,实现对机器的有效控制。

另一方面,将外部设备信号转化为大脑可识别信号,从外部对大脑进行直接干预。

马斯克认为,脑机融合技术可大幅提高人机交互速度,有望最终解决“人机共生”问题。

之江实验室特聘专家、浙江大学教授王跃明介绍说,智能方面人与机器各有所长——

机器能在1000万张人脸里识别出一张人脸,人就做不到;

人在推理情感方面,机器也做不到。

把各有所长的两者互补,实现脑机相互融合,达到生物智能与机器智能的融合。

现在的人工智能基本上是从机器运转的模式去模仿智能,所谓“深度学习”并没有类似人脑的运作方式。

类脑是模仿大脑的运转方式来模拟大脑,这是实现智能的另外一种方式。

20世纪20年代科学家发现脑电波后,对脑机融合的探索就已开始,目前较成熟的应用主要集中在神经康复和辅助医学领域,如人工耳蜗,在重症医学领域的应用还十分有限。

近年来,随着人工智能等技术的发展,脑机融合在多个领域开展了应用尝试,比如——

机器翻译、意念控制机械臂、脑控电子游戏。

目前,实现脑机融合的路径主要分为——

侵入式、非侵入式、半侵入式。

侵入式:将脑电波检测电极植入大脑,这样采集到的脑信号强且稳定,但会对人体造成创伤;

非侵入式:通过可穿戴脑电波检测设备获取信号,对人体无伤害,但信号稳定性弱、速度慢、正确率低、穿戴不便。

半侵入式:优缺点介于上述两者之间。

马斯克希望在这两条路径间找到最优平衡:尽可能的低损伤和高效信号传输。

脑机融合近几年大热,成为资本追捧的大风口。去年夏天,脸书投资的“语音解码器”研究发布成果引发关注。

马斯克此次展示的脑机接口技术,有三只实验小猪——

第一只在两个月前被植入了脑机接口设备;

第二只未植入任何设备;

第三只曾植入过脑机接口设备、后被取出。

当植入了设备的小猪的口鼻碰触到物体时,设备会获取神经元发射的信号,在显示屏上呈现点状图像并发出声音,显示它的大脑信号可实时被采集。而植入设备后又取出的小猪表现得非常健康,与普通小猪无异。

这次展示的亮点在于——

实验动物从去年的大鼠升级为小猪,后者与人类更相似;

植入物很小,仅有硬币大小;

手术全过程仅一小时,并可“当天出院”。

现有的技术,观测模态比较单一,光成像、电成像与磁共振很难共同使用,同时,观测大脑变化非常困难。

浙江大学计算机科学与技术学院教授潘纲介绍说,之江实验室的大脑观测与脑机融合科研装置,实现光、电、磁、声等多模态并用的大脑观测与调控,能比较精准地呈现从微米到厘米、从微秒到生命周期的大脑活动过程,实现输入-读出的实时反馈。

该项目以 7T 核磁共振为核心,融合光、电、声等非侵入/半侵入/侵入式脑信息读出与脑行为调控手段,通过聚焦超声、电极阵列等前沿技术,实现多模态 7T 磁兼容的脑观测与调控。

据王跃明说,马斯克8月展示的产品分辨率很高,但只能做一个非常小的区域,很难做到跨脑区;之江实验室的技术既可以观察大脑局部,也可以观察全脑。

这可以干什么事情呢?

第一,可以支撑脑科学研究,多维度、多模态地观测大脑。

第二,为现有的脑疾病提供了更广泛的方案,可极大降低药品的副作用。

第三,更有利于开发类脑计算机。

首先,需要基础科学进展。

我们对于大脑的了解还远远不够,“读懂”脑信号很难。如果得不出准确的数学模型,后续的软件设计、应用开发等就缺乏可靠基础。

第二,需要关键技术突破。

脑机对接、脑机交互、脑机融合三个发展阶段,当前正由第一阶段向第二阶段过渡,主要瓶颈包括传感精度低、集成计算效率差、编解码能力弱、互适应手段少等。

第三,需要更多实验和数据。

这类技术通常要先以猴子为实验对象,然后才能以截瘫病人进行临床试验,但目前全球只有少数团队能做猴子实验,能做临床试验的机构更是屈指可数。

第四,安全风险不容忽视。

电极植入、信号输入或输出的过程,都有可能造成脑部伤害;而脑电波信息收集和使用,有可能涉及对个人隐私的侵犯等。

第五,伦理问题也需要规范化。

有专家提出,使用脑机融合技术至少应遵循知情同意、患者自主性和必要性原则,以及对人有利、不会对他人和社会造成伤害等原则。

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