蒲慕明院士：脑机融合技术或许会成为未来人工智能的一个热门方向

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来源：中国科学院自动化研究所

【导语】当前，以人工智能为代表的新技术，成为推动第四次工业革命走向深入的重要力量，会给经济、社会、文化等多领域的发展带来深刻变革。但是，因为对大脑工作方式的了解有限，人工智能的开发与研究仍处于比较低的水平。那么，机器与人脑相比还有多大差距？脑机融合技术又有怎样的前景呢？未来，可不可以充分模拟人类大脑，研发出更高级的人工智能技术？人脑与机器能否高度融合？机器会不会和人一样有思想、有情感、有意识，它们还能和人类和谐相处吗？为解答这些问题，我们邀请您聆听中国科学院院士、中科院脑科学与智能技术卓越创新中心学术主任蒲慕明的深度解读。为您揭开人脑奥秘，消除未来人工智能发展疑虑。

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《我们为什么要探索人脑的奥秘？》

中国科学院院士、
中科院脑科学与智能技术卓越创新中心学术主任 蒲慕明
“脑机接口”，也称作脑机融合技术，就是通过芯片和传感器，用大脑控制各种设备，这或许会成为未来人工智能的一个热门方向。2019年夏天，被称作“美国科学狂人”的马斯克就宣布取得了这项技术的突破，目前已经可以做到在猴子脑内植入芯片后，猴子通过大脑成功操控电脑。如果这项技术应用到人类身上，不仅能治疗大脑损伤和缺陷，还能大大增强人类的认知与行为能力。

遥远的梦想——科幻机器人

现在我们有很多对未来人工智能的想法都是科幻小说带来的。科幻小说的鼻祖叫艾萨克·阿西莫夫，他在上世纪50年代就写了一本书叫《我，机器人》。书中讲述了一个Robot（机器人）瞧不起正常人类，它说人类真没用，要睡觉，这么脆弱等等。艾萨克·阿西莫夫那个时候想的机器人，它就是一个智能体，在上世纪50年代的科幻小说是可以出现这个的。但是我们知道，事实上人工智能能够做到的极为有限。我们看到的机器人展览，那些机器人的动作都是非常缓慢的，只能做一些固定的事情。所以我们的机器人制造、人工智能现在需要的是什么呢？我们需要多感觉。比如像叠杯子这类动作就需要多感觉，需要视觉、触觉很快地整合，然后再把感觉运动转换成机器手的运动。机器人还需要进行记忆提取，提取出关于这个杯子应该放在什么地方，需要运转什么程序，要做什么工的记忆，然后再制定关于怎么样去叠的计划，之后再去执行。但这些行为现在的机器人还做不到，我们目前还没有一个机器人能够达到这样的地步。也就是说，科幻小说虽然给我们带来了一些想象，但是也带来了很多错误的期待、期望。这对科学家、对技术的研发来说，都是一个错误的期望，是目前还达不到的期望。

脑机融合初试锋芒

人工智能的能力有限，但是已经很有用了。比如怎么样分析我们大脑的电信号，我们大脑不断地向头皮发出脑波，因为头皮是湿的，有水分，所以它可以放置电极，电流可以流到外头来。大脑里面的活动实际上可以反映在大脑的头皮上面，所以头皮上电极可以测到各种波，但是这些波是成千上万的神经元在里面活动造成的整体的结果，我们很难从这里面去解码，告诉你到底是哪个神经元，或哪个脑区造成的活动。但是,假如你有大量的脑波数据，又能够有大量的脑内思绪的标记，比如你想用脑波来控制机器手，那么在想有动作的时候，可以用人工智能的算法分析脑电对应着的想法，以后慢慢就可以准确地用来控制这个机器手了。但事实上这个信号怎么来的，并没有真正能够解码，但是已经可以用了。抑郁症出现时的脑波是异常的，但是不知道为什么会有这样的脑波，假如能够很准确地把异常脑波对应到抑郁的症状，脑波的模式就变成一个抑郁症的指标了。所以，将来由于使用大数据，就可以解释很多事情，可以有很多用途，虽然我们不知道这些数据本身是如何产生的。医疗数据也是这样，医疗系统里每个人都有很多数据，这些数据能够判断此人是否有病，有什么样的病，包括面部的表情、走路的状态都是数据。假如这些数据都收集起来了，就可以判断有某种病的人，他有一组特殊的数据是最匹配的。机器不断去学，成千上万病人的数据都有了，机器都学过了，可能就可以认出来某一些组合的症状，代表某一种病。虽然我们不知道为什么会如此，会有这样的表型，但是我们可以利用这个表型来做疾病的诊断。最近脑机接口是一个很热门的研究方向，脑机接口的应用相当广。首先，脑机接口有两类，一种是非侵入式的，一种是侵入式的。像脑电波，就是电极放在头皮上面的，是非侵入式的。非侵入式的应用会非常广，比如通过脑波诊断来判断大脑的状态，做疾病的诊断。可以用脑波来控制外面的机器、外骨骼系统，比如瘫痪的人可以用脑波来控制外面的器械帮助走路，这些都有可能，马上就可以用的。另外一种是侵入式的，侵入式的直接把电极插入到大脑皮层。侵入式的好处是它可以记录更多、更准确的大脑的反应。如果只看外面皮层的电位，不能够确定脑内活动的源头，所以侵入式可以更好地用来操纵外面的器械。美国现在已经出现可以帮助人走路的设备，利用的就是侵入式的电极，这在医疗上很有用途。有些闭环式的脑机接口，可以调控大脑的功能。比如说想睡觉了，或者想要一个不想睡觉的人进入睡眠，可以非侵入式地记录他的电波，然后根据脑的状态做反馈脑刺激，利用另外一个接口，来刺激大脑，也是非侵入式的，让大脑进入睡眠态，或者进入清醒态，这都是很有用的。睡眠有问题的人，很多人吃安眠药都无效，假如有很好的脑机接口的调控模式，就是一个非常有效的工具。该装置还能让长途司机保持清醒，观测他的大脑状态，改变他的大脑状态，让他能够正常工作。

如何让脑科学研究造福人类？

类脑人工智能这个前沿的科技会带来很多的社会伦理问题，比如说现在有技术可以做到控制大脑，通过电刺激来读取大脑的信息。但谁有权来控制这个？你的父母可不可以做这个？你的医生什么情况下可以调控你的大脑？这个是要有伦理标准的。我们现在研究大脑，研究脑疾病、药物治疗，各种的康复手段都是用来修复大脑、保护大脑的，但是我们还有能力可以增强大脑的机能，增强大脑智能。这种增强就像运动员吃兴奋剂一样，他可能会跑得比别人更好。但是这项技术我们也是不被允许的。还有就是人工智能可以取代哪些职业。现在的大公司都想发展通用人工智能、通用机器人。这并不是像以前一样，机器人都做一样的工作就可以，现在要做的是更强的机器人，并实现用机器人来取代人。大公司当然愿意要这种技术，因为它省钱，而且一天24个小时都可以操作。如果这样的话，将来就可以不要工人了。但若一些职位的工人将来被取代的话，我们的社会上就会出现劳工问题、失业问题。假如有一天，人类给予机器人自主思考的能力，有真正跟人差不多的一群机器人出现，那时候社会应该是怎么样的一个社会，这需要我们认真考虑，这也可以算是伦理的问题，是社会问题。我们必须要设计属于我们的一种模式，关于将来发展出来的人工智能要怎样管控，怎样服务人类、造福人类，并且不会造成社会危害，这都是我们的社会要定的标准。以原子弹为例，科学家研发出链式反应，知道可以释放能量，之后物理学家造出原子弹。但是也有物理学家认为，这是一个可以用来创造能源的方式，之后核能就出来了。所以怎么样能够管控核武器，发挥核能的优势、好处，怎么样让这个新技术、新发展服务造福人类，这是政治家、政府和全社会的问题，我们要事先考虑到这些问题。

脑科学与类脑研究的“一体两翼”

我们近期出现的劳工问题，关于应用能力很强、可以取代劳工的机器人，就光这件事情，我们就需要有相应的对策。社会有自己调控的能力，我们对人类社会、对自己有信心。我们可以对新科技进行调控，使它多为我们人类造福，而不是造成危害。未来10年，我们国家会大力支持脑科学的研究。我们国家正在考虑2030创新重大项目，我们称之为脑科学与类脑研究。这个内容的主体是做基础研究，做脑认知功能的神经基础。我们不仅要知道大脑的神经环路，知道它的功能，也要知道大脑的神经环路是怎么发育出来的。在这个基础研究的主体之外还有“两翼”，我们叫“一体两翼”。我们一边希望能够研发出各种脑机接口，比如说用大脑的信息如何控制机器，如何用机器调控大脑的信息，还希望能够研发出新的计算方法，人工智能里面机器学习的方法是关键，我们希望能够研发出类似人脑的机器学习的算法，还有各种类似人的神经元、神经网络的器件，各种智能体、机器人等等。另外的“一翼“就是脑疾病，就是基于认知功能基础研究的成果，对很多和认知相关的重大脑疾病，我们可以早期诊断，在还没有发病之前，能够发现有各种指标，及早干预脑疾病的进程。像退行性的疾病，这类病越到后期就越难治，越早发现这个疾病，早期干预是最好的治疗模式。要做这个也需要建立很多关于临床社区的队列，收集人群队列的大数据。所以整个中国的脑计划研究，在这“一翼”的出口就是健康产业，这对于各种医疗器件的产业发展也会有很大的好处。

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