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【浙大脑机接口实验室探秘】人类与AI控制大鼠走出迷宫,C10背负的混合智能未来(视频)

简介: 脑机接口是科技领域一个较为前沿的话题,今年3月,马斯克脑机接口公司Neuralink深度曝光,引起广泛关注,后融资2696万美元 ,目标融资额接近1亿美元。11月科大讯飞的年度发布会上,科大讯飞执行总裁胡郁也展示了用脑电波控制智能家居的“黑科技”。

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(文/杨静 )我对浙江大学的脑机接口研究长久以来抱有朝圣般的浓厚兴趣,主要是受浙江大学计算机学院潘纲教授的影响。他在一次演讲里展示了脑控大鼠在一名研究人员的脑电波控制下,快速走迷宫的神奇现场,这只大鼠是在中央电视台的节目里表演走迷宫的。当时现场一位嘉宾跟我交流说,他去浙江大学的实验室参观过这只脑控大鼠,据他观察这只大鼠受人类操控走迷宫时,他感觉动作比较机械,更像一个机器而不是一个动物。他的话更引发了我的好奇,一定要想办法去看看这只大鼠,到底是不是已经演化成“机器”了。

浙大的超级明星 “大鼠”不仅上过央视,还登上过Nature子刊。浙江大学吴朝晖课题组的研究人员去年9月在Scientific Reports 发表论文,描述了一种结合了大鼠和增强学习算法计算机的混合脑机系统,结果证明,被“增强”后的大鼠在学习走迷宫任务中表现出了强大的学习能力,最快 2 次就走出了中途需要进行 6 次决策的迷宫,在视觉和触觉感知受阻的情况下也是如此。(论文详细内容请点击此处超链接)。这些与人类“大脑”和“计算机”脑电相连的老鼠们,说不定背负着未来脑科学和人工智能的万能钥匙,一定要找机会跟它们面对面探寻究竟。

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11月13日上午,我来到浙江大学周亦卿科技大楼,潘纲教授委托浙大求是高等研究院脑机接口研究团队副教授许科帝向我介绍脑控大鼠的实验情况。

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一走入515房间的脑机接口实验室,就能看到脑袋上插着电极和芯片的“大鼠”们了,但其实外间屋子里的大鼠是“中风”患者和“癫痫”患者,它们在大脑植入脑机接口电极的作用在于监测其脑电波,在发病时用脑机接口进行干预治疗——大鼠也有这些“脑”病,脑病用“脑信号”治,也是一种极具潜力的“脑机接口”应用。

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但脑机接口实验室的SuperStar大鼠其实是在里间屋里,浙大计算机学院CCNT实验室的硕士研究生黄丽鹏坐在电脑桌前,戴着脑电帽,电脑屏幕上显示着黄丽鹏的脑电波信号。我问许教授这只“大鼠”的名字,他说一般而言,他们不给实验动物起名字,原因是情感投射会影响实验进程或造成其他干扰,所以眼前这只上过央视的超级明星鼠只有一个编号“C10”。

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C10长得肥嘟嘟的,皮毛是很纯净的白色,眼睛由于白化是粉红色的。它的耳朵和四肢显得很萌,是鼠类里的贵族。许教授说C10已经1岁半多了,是个公鼠(因为母鼠生理期可能会影响实验进程)相当于人类的40岁左右。

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闲聊间,黄丽鹏已经用脑电波控制C10走了一圈迷宫。黄丽鹏驾轻就熟,C10则健步如飞。它自如地在有机玻璃通道里穿行着,许教授说它接受人类的脑电波信号时,背上的芯片就会发出蓝光。黄丽鹏的脑电波信号经过桌面上的计算机解码转码,传递到C10背上的芯片里,芯片随之闪过蓝光,信号顺着电极传输到C10的大脑内部。C10会接受4个指令,即“向左”、“向右”和“前进”,实际的感知情况,是C10会感到右侧有障碍,必须向左走;反之的信号时左侧有障碍,必须向右走。前进是一种奖励信号,还有一种信号是“停止”,这时C10会尝试静止不动。芯片上的蓝光不断闪烁,C10则在芯片背包的控制信号下精准行动,按许教授的话说:C10某种意义上说就是“脑控者”的阿凡达。换句话说,C10某种意义上可以作为人类或者机器探索陌生环境的阿凡达,但它不可能反过来用脑电波控制机器或者人类。

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当蓝光不再闪烁,C10就恢复了它作为一只生物大白鼠的“贵族”生活状态,许教授总结4个字“漫无目的”。它东看看、西看看,但不愿意浪费时间探索更多,宁愿停下来节省精力。

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许教授说:你甚至可以把C10当成一个遥控小车,用遥控器精准控制它。然后C10就在实验室一位美丽的女研究员控制下,展开了它的新冒险之旅。这次女研究员仅仅用一个简单的鼠标器,就指挥着C10顺着迷宫上面复杂的箭头一步不差地行进。其间还下楼梯,绕圈等,最终回到了它的“家”里。在这个复杂的行进过程中,C10并没有表现出痛苦,它的转向和行进动作都显得自然而流畅,它显然也从不知道自己是被人用鼠标器控制着行进的。看到C10这么乖巧敏捷地走完迷宫,平时极其害怕老鼠的我情不自禁地摸了摸它美丽的白色皮毛——如此高贵而聪敏的C10,在我心目中绝不等同于那些平庸而猥琐的鼠类。

最让人兴奋的时刻,当然还是许教授把鼠标器交到我手上的时候。我作为一个脑控的小白,拿着这个普通的黑色鼠标器,只要一点左键,C10立即就向左边走,一点右键,它就向右拐。我也成功地指挥C10下楼梯,C10就这么被“芯片”给驯化了。你可以把芯片给C10的行进指令想象为马鞭,马嚼子,如今一个脑电信号控制的“芯片”,可以轻松让C10之类的鼠辈也给人类或机器“当牛做马”。C10的智能显然被控制着它脑电活动的人类或者机器增强了,在芯片蓝光闪过之时,可以说实现了人鼠合一,鼠机融合,也可以说C10的鼠性被混合脑机智能系统超越了。

大鼠本不具备走迷宫的智能,但人类却可以俯瞰迷宫的行进路线,快速根据箭头指挥它走过迷宫。如果大鼠的智能由机器来增强,实现的方式就是在迷宫上方安装一个摄像头,根据迷宫设置进行路线规划,然后指挥大鼠走出迷宫。另外,也可以由大鼠自己背负摄像头,通过对迷宫路径的探索和试错,由计算机汇总信息,并最终找到走出迷宫的最优路径。

但上述这些智能活动,其实并非大鼠本性。许教授他们介绍,大鼠其实非常胆小,有恐高症,喜欢藏在角落,或者在窝里观察外界,它们很怕上高处,其实也害怕在光亮处行走,更别说在透明的有机玻璃上面快速行进了。所以C10走迷宫这件事彻头彻尾当然是人类意志的结果。但它在鼠标操纵、蓝光闪过之时,是不清楚脑子里发生了什么,总之它是按照人类和机器大脑的意志去行动了,并且还因此获得了脑信号的激励。

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许教授介绍说,脑控生物智能体还有可能被训练成战场上的侦察兵,甚至是地震、核辐射灾区的救灾员。他们不仅智能超强,也将英勇无畏。实际上,浙大吴朝晖课题组在Scientific Reports发表论文中描述的生化鼠清楚表明混合系统在迷宫学习任务中的优良性能。也证明从大数据中学习、基于知识体系的人工智能系统构成的智能计算部件,可以用于增强生物活体大脑的功能。这一实验表明了生物有机体和计算组件组成的混合脑机系统的巨大潜力。研究人员预期,这样的混合脑机系统可以用于提高动物机器人的学习和认知能力,也可以用于脑损伤人的康复,甚至用于帮助高强度认知负荷人群,比如士兵和宇航员。

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在我遥控C10走迷宫的时候,强烈感觉它像是一个活生生的“超级玛丽”,而眼前的迷宫,就像是真实物理版的电子游戏。C10显然是没有自我意识的,它的眼睛是粉红色的,本来是一只普通的实验鼠。但蓝光闪烁,它就摇身变为人类脑电波通过软硬件系统控制的生物机器人。

反过来想,我自己在开车的时候,用人工智能导航,AI语音合成的林志玲声音每时每刻都在指导我:“向左走”、“向右走”、“直行”或者“已经到达目的地”,在这个时候,我其实也是一个C10。只不过AI对我的遥控采用的是“人机交互”的形式而不是“脑机接口”。假如未来某一天各种智能助理可以用芯片的形式植入我的大脑,那我就彻底成为另一个C10了。我的眼睛是黑色的,然而芯片里蓝光闪过,其实主要的控制者就是AI,我负责的是执行。如果大多数时间都是由AI来负责计算与规划,那么我作为C10就是AI的阿凡达,也就达成了新混合智能。

但许科帝教授说,2001-2015年这15年脑机接口技术有突破式的进步,主要体现在大鼠、猕猴、猩猩和人类的脑电波转码通讯有长足进步,现在可以捕捉和解码电信号的脑细胞已经达到几百个。

浙大的优势就在于吴朝晖校长他们的课题组由计算机系的人工智能专家与求是高等研究院的生物医学工程专家跨界联手,在大鼠的脑机接口控制领域取得世界领先的成就。但这两年脑机接口技术也遭遇到三大瓶颈,第一是人脑信号的反馈极为复杂,需要对至少上万个人脑细胞进行捕捉和解码,因为人脑细胞数以亿计,脑细胞活动的复杂程度远比大鼠要高,但要捕捉这么多脑细胞的信号并转码目前技术还达不到;第二是脑科学本身对人类大脑运行机制的理解还比较初级,远不能解释脑细胞的功能与神经复杂运作的规律,对人类意识的产生也不了解本质,所以控制人脑无从下手;第三是目前的计算能力其实不足以对数以亿计的人脑细胞活动进行跟踪、识别和计算,当然这一点也许会随着计算能力的急速发展得以解决,但生物医学工程方面的实际瓶颈仍然存在。我们对人脑的研究可以说是刚刚起步。

现在C10脑袋上顶着的是粘结电极的胶水和硕大的芯片包,未来若干年,这些芯片组还可以隐形植入人脑或者人体,那么计算机辅助或者AI云脑就可以随时随地给成千上万个C10发出信号,蓝光闪过,人与老鼠,机器与人类脑脑相连,所有的智能生命体就可以共享更高境界的智能。那时,所有的智能生命体就都可以是C10,所见所得都可以上传到AI云脑,也可以分享其他生命体的美妙体验与经历。个体都将成为智能终端,脑机接口成为所有智能生命体混合融合的新通讯形式。蓝光闪过,粉红色的眼睛、黑色的眼睛,电子眼,都将成为AI云脑的感知器,而各种智能生命体都可以作为“机器人”为AI云脑所用。那时,智能生命个体之间将没有界限,也将共同超越个体的局限,融合为新一体化混合智能。

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【结语】《西部世界》剧集的核心也是一个迷宫,创作者将这个迷宫隐喻为人类和机器人对智能极限的探索,人类大脑、生命智能、意识的核心本质是一个迷宫,而机器人的缔造者以及被设计为人类奴隶的机器人所执着走出的正是智能的迷宫。一旦我们破解了迷宫的奥秘,无论是人类还是机器人就可以走出迷宫,超越生物智能本身的局限。而今天,我们和C10、AI所要共同破解的也是智能本质和极限的迷宫,也许生物智能(包括人类智能)与机器智能在本质和极限上是完全可以相通的,那么总有一天,我们可以融为一体,走出迷宫。那时,我们或许要感谢今天为此付出半生走迷宫而不自知的C10,更要感谢它芯片背包的设计者和蓝光操控者——一群为生物与机器混合智能的最终实现而付出辛劳与智慧的科研工作者。

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原文发布时间为:2017-11-23

本文作者:杨静

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