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洪波《大脑密码》

2014-06-24 洪波 一席 一席

2011年,霍金作为高科技公司Neurovigil的产品测试者,戴上了这家公司生产的iBrain,使他能够通过脑电波实现跟人们的沟通和交流。此前,霍金使用的是一款名为“脸颊开关”的眼镜,通过肌肉抽动频率转化为语言来与人沟通。

心灵感应,在如今体现为通过机器来读取人脑电波,从而实现交流的目的。在洪波带领的清华大学脑机接口团队的实验室里,就正在进行着这项能够改变人类交流方式的研究,而这支团队在利用听觉皮层活动信号识别用户思维方面取得的技术突破,使他们的项目成为了美国《IEEE神经系统与康复工程汇刊》的封面文章。



这事已经不新鲜了

八十年前,有一个叫汉斯布鲁克的德国医生,他在军营里面当兵。有一天回到军营以后,他就收到他姐姐发来的电报:弟弟我很关心你,是不是遇到了什么困难?从那开始他觉得人和人有心灵感应,于是他决定一边做医生,一边来研究人和人之间通过什么来感应。他把各种的可以测量的传感器都放到人的脑袋上。终于有一天他发现,当你把一个金属片放在脑袋上的时候,你能看到,能检测到这个脑电的活动。这是八十年前发生的故事,现在脑电已经成为我们在实验室里面了解我们大脑的密码和思维规律的一个重要工具。

也许是残疾人的福音

在我们实验室里,学生带上这样一个电极帽,带上耳机。当这个数字出现的时候,一想,是,就是它。这样呢,我们把每个数字都赋予了一个意义。比如说,1表示我冷,2表示我想喝水,这样呢,可以帮助那些残疾人,如果他们不能够通过自己的手脚来表达自己的思想,也说不出话来,能不能通过脑电来猜出来,他在想什么,想要什么。正是这样一个我们叫做脑机接口的系统,通过解读病人脑电,我们就可以猜出来他究竟想喝水,还是觉得热。可以看到这样的技术非常的简单,也许未来可以真的可以用到病人的身上。但是现在还有很多技术的困难,我们现在需要配合非常好的学生才可以做这样一个事情。

两个病人的故事

那么下面有两个非常勇敢的病人,那位叫马修的病人,因为一次刀伤,脊椎一下都不能动了,甚至呼吸都需要呼吸机的帮助,因为他很勇敢,他选择和科学家合作,把电极,100多个电极放在他的大脑皮层,控制手的运动,他可以做到玩一个电脑游戏,甚至在电脑屏幕上来用自己的思维画一个圆,虽然不是那么漂亮,但是告诉你,这个系统是可以工作,但很不幸,因为这个电极出了问题,只能把这个拿出来。


下面这个病人很新颖,不仅植入了电极,而且很长时间这个电极都是工作的这个叫凯西的病人,十几年都不能自己拿一瓶水来喝,一次他通过一次复杂的脑机接口的系统,用自己神经细胞的活动来控制一个机械臂,拿了一杯咖啡来喂自己,我想这是他人生中最开心的一个时刻。但是这里面的问题是什么呢?这些电极放在脑子里面以后,过一段时间,这些神经细胞就会包裹住电极,你就测量不出周围那些神经细胞的活动了,这些神经细胞包裹它的是神经胶质细胞,她们不放电,所以这给应用带来了困难,你甚至必须再做第二次手术,换一批电极,所以这样的成本是很难承受的,那么有没有折中的方案?比如说我不去打扰那些神经细胞群,只是把一个电极轻轻的贴在它的表面,而且最好不好100个,就一两个就可以了。


我们实验室最近在和神经外科的大夫合作,因为神经外科里面有一个特别的机会,把电极放到人脑子里面,当然是为了帮助他们治病。将来我们是不是可以做这样这样一个系统,这个系统,我们在理论上已经证明它是可行的,用核磁共振知道你大脑里面什么地方对虚拟键盘是最敏感的,就一个电极植入到这个地方去,通过检测这里的信号,你就拥有了一个可以终生使用的脑电控制键盘,因为癫痫病人他们需要做开颅手术,需要定出来哪些是癫痫灶,哪些是语言运动功能区,帮助外科大夫做好这些手术,所以需要这些电极在脑子里放一个星期或放两个礼拜,在这个过程当中,我们就可以知道脑子里究竟发生了什么。

做一件别人没做过的事

我在明尼苏达的一个朋友,同事,他是一位教授,他也有个实验室,他让他的学生做了一件我们在2006年就做过的一件事情,就是用脑电帽来猜想各种各样的方向,左右前后,只是他们想的更炫,去控制这个直升飞机。2006的夏天,大家如果记得的话,是德国的世界杯,我刚刚从霍金斯大学回到清华,我和我的学生们有六个人,在地下室里面开始了我们的梦想,我们要做的就是世界上第一个用脑电控制的机器人足球赛,那个时候也有一些实验室在做脑电的分析,但它从来没有实施过,真的,realtime,实时的控制一个机械狗去踢足球。

大脑是如何理解语言的

我给大家讲一个我们刚刚做的一个实验,非常的有趣。我们知道,我现在给你们讲的这些话,你们能够听懂,是因为你们大脑某一个地方的神经细胞在活动,而且这些神经细胞很神奇,它能理解我说的每一个字的声音和意思,我们给病人听的散文,这是什么?这是许地山的《落花生》,这些病人的大脑他们在听到落花生散文的时候,三个电极,每一个电极下面的神级细胞喜欢的不一样,第一个喜欢的是“说,o”这个声音,第二个喜欢的,只要是鼻音,它都会响应,你们要仔细看的话,这大概是我们第一次看到一个中国人的大脑是怎么去理解语言的。


中国人和美国人不一样,这是有可能的,如果我们将来要帮助霍金,或者是中国的王甲(肌萎缩侧索硬化症患者),做这样的一个系统,让他们能够自由的表达自己的思想,做这么样一个脑机接口的系统,他们再也不要眼动,或者所有计算机辅助的东西,只要想一想,他们的想法就能够表达出来,这需要更多的研究,知道我们的语言在大脑里是怎么表达的。

绝对答案不是最重要的

我有一种非常漂亮的办法,既可以不打开你的大脑,又可以听到每个细胞的声音,或者,把你的细胞的活动放出来,能不能知道你是很喜欢我的演讲呢,还是很讨厌我的演讲?


很遗憾,目前还不能做到。但是就像人类明明知道自己可能去不了火星,我们仍然努力地创造和发明各种各样技术,这个过程当中我们留下了航天飞机,我们制造了航天站。也许人类所有的物理学家经过越来越多的努力,我们都不可能知道,物质最基本的粒子是什么,大家说是Higgs,但也许是错的,但在这个过程当中,我们知道了如何利用光能的粒子去轰击原子,这个技术可以帮助治疗癌症。


我想说的是,我们永远也不会理解思维是怎么回事儿,大脑的密码是什么样子的,但是在这个过程当中,我们可以知道一些大脑工作的巧妙的办法,把他运用到电子产品,计算机当中去,因为我们未来的智能眼镜可以读懂你的眼神,我们的智能手机可以听懂你说的话,当然也许你们手机里有这样的功能,但大家从来不用,是因为太糟糕了,也许未来它还可以和你聊天。


在我看来,解读大脑的密码,未来既能够帮助残疾人生活的更有尊严,更重要的是,让我们普通人的生活更加有趣,更加有品质,更加美好。



视频:洪波《大脑密码》

(建议在wifi环境下收看)


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