Facebook狂想曲：脑电波输入像说话那么快！

2017-06-12 海中天 智东西

深入理解Facebook脑输入技术：是突破还是吹牛？

智东西编 | 海中天

导语：Facebook要开发脑输入技术，每分钟能阅读100个单词，用的还是非入侵性技术。当今最先进的系统将电极植入大脑，每分钟读取8个单词。Facebook的狂野目标招来一些怀疑，而且怀疑的都是专家。如果Facebook真的达成目标，那将是一项突破性的技术。

当Facebook的Mark Chevillet介绍“脑输入”项目时，他尽力让项目显得不那么疯狂。

Chevillet是一名神经科学博士，他并不是设计“雾件”的高管，对脑科学的现状有着深刻的理解。最近，在美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室，他在会议上发言，介绍了脑-计算机界面，界面可以从用户大脑的语音中心阅读单词，每分钟有可能阅读100个，听众一边听一边点头，这是一门非入侵性技术。

讲话结束之后，一个事实浮出水面：现在还没有类似的技术存在。看看当今最先进的脑输入技术，每分钟只能阅读8个单词，而且它还是用植入式电极阅读的。到底语音寄存于大脑的哪个区域？没有人真正知道。

Chevillet知道事实的确如此，他承认Facebook的目标有些远大。他说：“当中有许多的技术和研究风险，我们寻找的不是下一个增量式进步，而是革命性的进步。”

在硬件方面，Facebook成立了一个名叫 Building 8的团队，该团队正是由Chevillet领导。团队如何解决问题的？Chevillet给出了一些线索。IEEE Spectrum随后咨询了一些专家，Chevillet对技术的介绍相当模糊，无法解释专家的困惑。

在Facebook年度开发者大会上，公司高管Regina Dugan首次谈到了“脑输入”项目，在随后的6周里，许多神经系统科学家对项目的时间表表示怀疑：在接下来2年里，Dugan说团队会让技术变得可以使用。

Chevillet澄清说，Facebook并不认为2年内会有商用产品出现，高管们只是希望能在这段时间内研究完成，证明产品是可行的。

为了达到目标，Chevillet团队双管齐下。一方面，他们开发非入侵性技术，可以读取高质量神经数据。另一方面，他们专注于脑科学，尤其关注人类对语言、语音机制的理解。Chevillet说他们正在为一个问题寻找答案：“假设你拥有技术，可以获得高质量神经数据，你如何以每分钟100个单词的速度解码呢？”

每分钟100个单词到底是什么概念？Chevillet说他们给出的数字是以人类自然说话速度作为标准的。如果技术可以跟上人类自然说话的速度，就可以让用户发出语音命令，现在我们在iPhone Siri、亚马逊Alexa上已经使用这样的命令，只是用脑输入下命令时没有声音。Chevillet说：“我们对静默语音界面很感兴趣，它可以拥有语音识别一样的功能，但是保护隐私的力度和文本一样。”

Facebook正在开发脑扫描技术，到底是怎样的技术？Chevillet拒绝透露细节，Facebook只是说它涉及到光成像。哥伦比亚大学生物医学工程教授Paul Sajda说，听起来Facebook想发明一些全新的东西。Paul Sajda是脑研究先进技术方面的专家。

要用非入侵性技术阅读脑信号，神经系统科学家和医生一般使用EEG，也就是用头皮电极记录无数神经元发出的信号，将它们集合在一起。不过Sajda解释说，用EEG技术无法从细小的脑部区域收集精准信息。他解释称：“每个人都在说EEG无法提供足够好的信号，我们不会使用它。”

瑞士日内瓦Wyss生物和神经工程中心主管John Donoghue也对非入侵性脑扫描技术表示怀疑。他曾花了几十年时间开发BrainGate系统，该系统使用了植入式电极，使用这门实验性技术之后，瘫痪的人可以控制机械臂、计算机传感器。Donoghue说：“如果能够帮到瘫痪者，不在他的大脑上植入电极，我肯定会第一个去做的。”他认为EEG难以获得巨大的改进，也不认为有更好的方法可以用非入侵方式从大脑提取信息。Donoghue说：“我认为我们已经接近极限了，如果我错了，那将是巨大的变革。”

BrainGate创造了当前的脑输入速度纪录，每分钟8个单词。在研究过程中，植入物植入瘫痪者的运动皮质，引导光标在屏幕上移动，挑选输入的字符。植入物收集与电机指令有关的数据，并不是收集与字符、单词有关的信息。

Facebook的方法似乎完全不同。Chevillet说过，他们的技术会阅读大脑中“准备说的语音”。 Chevillet指出：“没有人开发出侦测、解码思想本身的算法，思想是抽象的。”怎么办？研究人员必须搞清一个问题，当人想着要向自己说话时，哪些脑部区域会参与，然后研究人员会开发模型，将脑部活动的模式与单词联系起来。

为了研究基本脑科学，Facebook与学术机构合作，比如Johns Hopkins、加州大学伯克利分校、加州大学旧金山分校。一些研究人员已经从癫痫病人身上收集了初步数据，这些病人在医院做手术，研究人员将临时电极植入他们的大脑，花短短几天观察反应。

在Johns Hopkins，研究人员Michael Wolmetz和Nathan Crone为大脑绘制了“语义图”，以此为依据做实验，试图搞清处理高级概念时大脑的哪些部分会参与进去。

在最近的研究报告中，他们展示了癫痫病人画的一些简单线条画，病人画了60个不同的东西。针对每一个物件，研究人员都列出了一些语义属性，用它们描述物件，例如，如果是一架飞机，就会包括“人造”“大”等语义属性，如果是蝴蝶，就会包括“活生生”“小”的属性。当病人说出物件的名字时，研究人员会观察大脑哪个部分被激活。

218个语义属性分别对应脑部哪个区域，搞清之后研究人员将它绘成图，就可以确立一个模型，深入分析脑部活动，确定病人正在观察哪个对象，只是精准度有限。

Facebook想读取脑部思想的意义，语义图可以提供帮助，但是Hopkins的研究者指出，语义图基本上就是对具体对象进行视觉识别。如果Facebook想读取整个句子（当中会涉及到抽象概念和复杂语法），它需要完全不同的脑数据。

Wyss中心的Donoghue认为，神经系统科学家还不知道哪些数据对某个机能（比如语音）最重要，这才是最大的问题。Donoghue说：“你从大脑中获得所有信号，工程师跑过来说：‘这是一个信号处理问题，我来解决它。’但在大脑领域我们缺少一套底层理论，无法解释这些信号到底是什么。如果你不能透彻理解，就没有办法建立一个很好的模型。”

在神经科学领域有许多问题是开放的，资金雄厚的企业有兴趣研究，对于神经系统科学家来说并不一定是坏事。哥伦比亚大学的Sajda说：“如果Facebook投资研究基础科学，像贝尔电话公司的贝尔实验室一样，对于社会是有利的。”

如果2年之内Building 8团队没有什么成果拿来展示，到时又怎么办？Sajda很好奇。Sajda说研究基础科学是需要时间的，突破的到来往往并没有时间表。他说：“研究风险很高，并不一定能获得回报，如果是股东，我不确定他们是否接受公司这样做。”

在智东西公众号回复“Facebook”，获取Facebook人工智能研究院的院长Yann Lecun在清华演讲的PPT。