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突破：脑机结合日趋成熟 用意念控制物体不再是妄想

admin 2017-10-27 49

6月16日，2017第十五届中国软交会人工智能产业趋势论坛在大连世界博览广场成功举办。米格尔·尼克莱利斯，杜克大学医学院神经生物学教授、法国科学院院士、巴西科学院院士、《脑机接口》作者，受邀参加本次大会，并围绕脑机接口进行演讲。以下内容根据演讲速记进行整理(有部分删减)：米格尔·尼克莱利斯：我想要讲一下真实的智慧，那就是人的大脑和机器的大脑，如果我们把这个系统拿出来看，它比普通的电脑更强烈，把人类的大脑和机器连接起来，可以发挥更大的潜力，我想先跟大家介绍一下新的机器就是脑机接口，在过去十年之内发展的非常快，就是把人脑和动物的大脑和机器相连接，很有意思的是，当我们把他们连接起来的时候，它是一个非常具有普遍性的领域，18年的研究可以让我们比较泛化的把大脑信号连接到各种机器上，可以跟机器人、或者机械的、虚拟的机器相连接，直接用大脑控制一些虚拟的机器。我会给大家介绍几个脑机接口的例子，并展示我们应该知道，先了解人类的大脑，才能够创造新技术上有大步伐的进展，我想给大家提一个重要的原则，希望大家能够记得的，就是数据系统不可能超越人类大脑。如果我们把人类的大脑和机器连接在一起，却可以带来非常巨大有计算能力的系统，我们要介绍的第一个例子就是猴子。脑机接口的可行性我们首先利用猴子来证明了脑机接口的可行性。我们可以看到，这个猴子可以用杠杆来玩电子游戏，它这样玩的时候，我们记录了猴脑的电活动，并且抽取它大脑里面负责运动的信号，比如控制自己手臂的这个电信号，同时机器的杠杆，利用这个接口学会了自己产生动作。我们的研究就是让猴子来玩游戏的时候，不用它的手臂去碰杠杆，只是用脑子想。用机器人或者这个机器来控制这个杠杆呢?其中一只猴子正在玩电子游戏，它用光标瞄准，瞄准之后就可以喝到橙汁，猴子负责运动的皮层，管手臂运动的皮层里的信号输入到电脑里，用数字把猴脑的信号加载下来到一个机器人的头脑里面，这样把杠杆拿走，把人机接口打开，看看能不能只是用大脑去想，这个光标到哪，就可以打中这个光标。现在没有杠杆了，它想象手臂做这个动作，用想象来得到结果，这个人机接口可以替它作出这个行动，这样猴子只是发一个大脑的信号，杠杆是机器来操作的，可以真正达到目标。按照这个目标继续玩这个游戏，猴子喝到了橙汁，因为现在猴子的大脑连接到机器的手臂，机器的手臂代替了猴子来实现动作。它可以想象，我把手臂现在放到了左边或者右边，放到火星上或者其他的星球上，也可以不是杠杆，或者是低空飞行器，或者是卫星或者其他的东西，不仅限于电子游戏，我们大脑是有可塑性的，当它首先训练的时候，使用新工具的时候，可以非常快的形成新结构。另外一个例子就是大脑的可塑性是多么强，这个例子是我一个同事在杜克大学，做了这样一个红色的红外线的光点，人类的眼睛看不到这个红外线的光点，可以把它移植到动物的大脑里面，把这种输送直接送到动物的大脑里面，也就是说，动物的大脑皮层是能感觉到这种触觉的，就是可以发现有红外线到。我们能否在动物里面创造第六感，或者天生没有的感觉？我们创造一个，让它感觉到，这个老鼠在黑色的屋子里面，一旦有红外线进来，从这四个端口中的一个来发出红外线，动物本身天生看不到红外线，通过我们的操作有红外线出来，形成一种触觉，现在动物就可以跟踪红外线了，通过人造的触觉感觉到红外线，可以跟着红外线去走，喝到这个糖水。我想跟大家介绍的，不仅仅是说红外线表示磁场、X线，或者其他的东西。只要我们把它转变成数字信号，收入到动物的大脑里面，动物的大脑非常具有可塑性，非常容易接受物理的信号来源，哪怕是天生没有的，也能产生一种新的感觉。结果就是大家可以看到，动物大脑里面的细胞，原来是负责触觉部分的细胞可以感受到红外线了，所以同一类的细胞可以感觉到两种，一个是红色，一种是红外线，细胞的多功能性，在下一个例子也展现了出来。也就是说，需要同样把这个设备，一半把可见光给到动物，另一半把红外线给到动物，一部分是可见光，一部分是红外线的不可见光转变的新的信号，动物可以同时加工这两种信号，以便完成任务。这个是可见光，另外一个是只有红外线，现在把红外线和可见光结合在一起，要求动物能够完成一个操作，也就是说动物一半用的是可见光的信号，一半用的红外线和触觉信号，动物大脑自动把它们整合在一起。人类走在街上，我们接受不到X光和磁场，我们可以看到不一样的星球，我们利用皮层神经让大脑损伤的病人，能够利用我们脑机接口获得一些康复，原来是医用的，后来用到了其他的领域。这是一个病人，在脊柱这边有一个病灶，他脊柱坏了，不能动，但是他能产生运动信号。所以这个病人依然用大脑里面运动的信号，直接控制一个新的身体，一个机器的身体，就是外部骨骼，外骨骼可以听从大脑的智慧，让他可以直接行走。做人类试验之前，先做了一个猴子驾驶的自动驾驶车，可以看到这个技术给人类身上一些实践的启示，现在是动物的例子。用一个无线的脑机接口，我们可以在这里面记录二百到三百的神经元，用大脑控制汽车的行走，拿到葡萄吃，我们在屋顶上有摄像机，可以看到猴子能够从三个地方开车过来，来拿到葡萄。这只猴子不知道起始点在哪里，猴子会随机放到三个点当中的一个点，它会想象这个路线，路线在猴子的大脑产生，然后会产生电信号式的自动驾驶车带着猴子走到目的地。猴子现在用大脑控制车，拿到了一个葡萄，现在我们把它移到另外一个起始点，需要重新设计路线来得到葡萄，这个路线是要走到前面去。你可以看到它身体没有动，它在驾驶车和轮椅的时候完全是靠大脑，利用脑机接口，可以让轮椅带着他去吃葡萄。脑机结合技术的应用我们现在把实验结果开始推广到人类，使人类从这样的技术当中得到受益。在巴西，我们有这么一个项目，巴西政府邀请我们来承担这样一个项目，2014年巴西举办世界杯，开幕式有这样一个特殊的内容，我们是否在开幕式上展示我们的新技术?是不是可以用新技术来开球?我们这里面的一个例子，是已经瘫痪十年的年轻小孩，不能动的，我们需要做的就是要做出一个机器的外骨骼，让这个小孩穿上，同样用脑部的想法来控制机器设备，通过人脑和机器进行对接。当然外骨骼主要是集中在他的下肢，大脑成为一个主导者，人脑和机器对话，人脑和机器成为一个完整的整体，这样人就可以走路，而且外骨骼结构可以传回大脑一些相应的信号。我们有诸多的合作者，来自五大洲25个国家。同时，我们成立了全球的第一个神经科学实验室，我们一直在努力，这是一个中国特色的风格，我们的实验室有不同的地点，美国、巴西等等，我们在技术上是共享和互通的，我们在脑机对接当中的努力是一起进行的。当然，这个技术需要神经科学、计算机科学的共同合作来实现的。我们在世界杯上设计出最基本的原形，我们叫它机械战甲，病人可以穿上它，电脑的CPU就在头甲里面，可以把脑部的信号传递给其他部位，脚部的感知行为可以传递回大脑，可以感知地面压力等各方面信息。我们称之为共享控制，我们的人会有这样的想法，我想走、我想转弯，这是大脑做的决定，下肢的一些机器设备是来听从大脑的指挥，它们具备非常复杂和微妙的功能。这是依据非常细致的计算功能来实现的。我们选了八个病人，有不同长度的瘫痪病例，我们想让他们动起来，同时不想让他们没有恐惧感，我们让他们经历一个循序渐进的训练过程，长达七个月。首先通过VR的方式适应我们的设计，就是在使用他的脑部活动来控制虚拟世界当中的运动球场。我们通过这样的传感器能够感知到体温、压力的变化，会按在机器人的外层，当机器外结构接触到地面的时候，就会传出和地面接触的信息。我们在这里通过VR眼镜让病人感知到不同的地面。这一个躯体感知的展示，我们把这个设备要套在胳膊上，病人是会感觉到这有一些躯体感觉效果的。我们就是这样来训练我们的病人，让他们在脑机对接的机器设备相互的互动。比如说大家这是一个模拟的足球场，我们病人第一天使用这个设备，一个已经从胸部往下高度截瘫的病人，是不能够动胸部以下的身体的，也是没有任何感觉的。现在我们用脑机对接设备，我们可以看到他头部头盔部位是有光亮的，说明他脑部的信号正在通过机器传递到身体的其他部位，走的时候可以通过外骨骼结构感知到周围的环境。他胳膊上带的就是我说的反应躯体感觉的设备。他现在站了起来，可以控制自己的腿，这是他六年当中第一次开始行走，我们在每一个病人身上都反复进行这样的活动，每一个病人都可以做到。整个的过程当中他们走了几百步，每天两次，一周一百个小时，这个训练量是非常充足的，他非常高兴，这是他近几年第一次能行走，他是一个因为车祸而高度截瘫的病人。病人在不断的训练，不断的熟悉我们的这套脑机对接设备，他们开始学会了运动，哪怕是他们已经十年截瘫，当时我们看到的这个小孩是超过了十年以上的截瘫病史。如果可以坚持高强度的训练，会发生更加深刻的变化。在这个领域，这是第一次我们向世人展示了通过坚持的训练，脑部的功能是可以进行调整的。脑部和人体肌肉这种关联还可以重新刺激出来的，原来失去的运动功能得到恢复，脑部的功能和肌肉功能的合作也在不断的提升。所以，意味着我们可以实现不适用外骨骼结构也可以行走的目标。我们把不止一只的猴子放在一起，让它们熟悉立体的操作，我们可以看到两只猴子同时思考的，这只是在虚拟空间里面得到目标的过程，是以非常微小时间内来达到的同步。两个不同动物的大脑，他们完全可以做到协调。在这个实验基础之上，我们尽大可能扩大参与大脑的数量，我们实际上也用人类大脑做了实验，技术上是相通的。我们的实验和成果将会走出我们的实验室，将会帮助全球更多的人，在将来我们可以用我们的设备来进一步挖掘大脑的潜能，我们可以控制我们的电脑、智能手机等等，只要是我们有可以互动的对象，只要想想就可以操控，这个未来很快就要到来！

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