2019/12/16

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科学家实现了人类大脑之间的直接交流

从手势到复杂的语言系统,我们人类已经进化了出丰富的交流方式,所有这些沟通方式,都是通过每个人分享和表达自己的独特经历,得以将个体链接在一起、协同工作。

一项新的技术将人类大脑的活动直接相连,实现了脑脑之间的直接沟通,取代了通过语言进行交流的方式。

研究人员通过特定的技术方式,将两位受试者大脑的中执行任务的指令以电磁信号的形式传递到了第三个人的大脑。这项研究开启了人类合作的新途径,同时以令人不安的方式让个人身份和自主性的基本概念变得模糊不清。

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在热情的未来主义者和军事紧急状态等诸多动机的推动之下,脑对脑的直接交流一直是备受关注的话题。该领域的领导者之一Miguel Nicolelis在其著作《超越界限》中描述了人类大脑活动相互融合的未来景象,这一景象也是人类物种进化的下一个阶段。

《超越界限》封面

在Nicolelis先前的一项研究中,他使用了一种被称为脑-脑接口的复杂植入电极将几只老鼠的大脑连接在一起。Nicolelis和他的合著者将这一成就描述为第一台“有机计算机(organic computer)”。

活着的大脑被连接在一起,就好像它们是许多微处理器一样。该网络中的动物学会了将神经细胞的电活动同步到与单个大脑相同的程度。研究人员测试了联网大脑的功能,这些测试包括,区分两种不同的电刺激模式的能力,而且,联网大脑的性能通常都优于单独的一只动物。

DOI: 10.1038/srep11869

如果联网的鼠脑比单只动物“更聪明”,想象一下由联网的人脑组成的生物超级计算机的能力。这样一个网络可以让人们跨越语言障碍。它可以为那些沟通能力受损的人提供一种新的沟通方式。此外,如果老鼠的研究是正确的,人脑联网可能会提高性能。这样的网络将会为一种更快、更高效、更智能的合作方式吗?

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这篇新论文中的技术在一个小网络中的不同大脑活动之间建立了联系,并解决了一些脑-脑沟通的问题。

研究人员让三位参与者分别坐在不同的房间里协同合作,共同将一个方块填充在下方的正确位置之中。充当了“发送者”的人可以看到间隙,并知道是否需要旋转该方块。第三个人是“接受者”,他看不见正确的答案,并且依赖于发信人发出的指令。

这两名送信者配备了脑电图仪(EEG),记录他们大脑的电活动。发送者能够看到方块的方向,并决定是否向接收器发送旋转方块的信号。他们的注意力集中在一个高频闪烁、传达旋转指令的灯,或者将注意力聚焦于一个低频闪烁、发出不旋转的的灯,灯信号闪烁频率的差异导致发送信息者的大脑产生了不同的反应,这些反应被脑电图捕获,并通过计算机接口发送给接收器。如果发送器发出旋转信号,则使用经颅磁刺激(TMS)装置将磁脉冲传送到接收器。这个磁脉冲在接受者的视野中引起了一道闪光(光幻视),以此作为转动方块的提示。如果在一段离散的时间内没有信号,就意味着不需要转动方块。

接收者收集到两位发送者发出的指令后,决定是否旋转块方块,就像发送者一样,接收者也配备了脑电图仪,这样,它就可以向计算机发送信号。一旦接受者决定了方块的方向,游戏就完成了,并且将结果提供给所有三位参与者。这使得发送者有机会评估接收者的行为,而接收者有机会评估每个发送者的准确性。

接下来,该团队获得了第二次提高成绩的机会。一共有五组人使用了这个被称为“大脑网络BrainNet”的测试,平均来说,他们完成任务的准确率超过80%。

为了让挑战升级,调查人员有时会在其中一位发送者发送的信号中添加噪声。接受者在接到相互矛盾或模棱两可的指示后,很快学会了识别和遵循更准确的指示。研究者说,这个过程模仿了“传统”社交网络的一些特点。

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这项研究是先前动物实验工作上的自然延伸。除了将老鼠的大脑连接在一起之外,Nicolelis的实验室还负责将多个灵长类动物的大脑连接成一个“脑网Brainet”(不是上面讨论的那个脑网)。

在这个“脑网”中,灵长类动物学会了通过脑机接口(BCIs brain-computer interfaces)合作执行共同的任务,三只灵长类动物用植入的BCIs连接到同一台电脑上,同时试图将光标移动到目标上。在这种情况下,动物之间并没有直接的联系,他们面临的挑战在于要一起处理并行执行任务的壮举,每个动物都要将自己的活动指向同一个目标,同时不断地补偿其他人的活动。

脑-脑接口也可以跨越物种,人类使用类似于“大脑网络”研究中的非侵入方法来控制蟑螂或通过手术植入脑的接口控制老鼠。

在一份报告中,一个使用非侵入性大脑接口的人通过计算机连接到了被麻醉的老鼠的大脑皮层,并能够移动老鼠的尾巴。在另一项研究中,一个人控制了一只老鼠,让其变成了一只自由移动的半机器人(cyborg)。

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这篇新论文的合作者指出,这是首次报告了多个大脑以完全无创的方式联系在一起。他们声称,可以联网的大脑数量基本上是无限的。然而,目前传递的信息是非常简单的“是或否”的二进制指令。除了以一种非常复杂的方式玩类似于俄罗斯方块的电子游戏之外,这些努力还可以实现什么更复杂的任务呢?

作者提出,可以通过功能磁共振成像(fmri)同时对大脑活动进行成像,以增加发送者可传递的信息,从而改善非侵入性方式的信息传递。

但是功能磁共振成像不是一个简单的过程,它会扩大已经非常复杂的信息共享方法的复杂性。研究人员还提出,可以集中地将经颅磁刺激(TMS)传递到特定的大脑区域,以引起对接收者大脑中特定语义内容的意识

与此同时,更具侵入性、或许更有效的大脑接口工具的运用正在迅速发展。

埃隆·马斯克最近宣布开发一种植入的机器人BCIs,它包含3000个电极,可以在计算机和大脑神经细胞之间提供广泛的交互作用。尽管这些努力在规模和复杂程度上令人敬畏,但与政府的计划相比却相形见绌。美国国防高级研究计划署(DARPA)一直在领导工程界的研究,他们正在努力开发一种可植入的神经界面,能够同时与100万个神经细胞接触。虽然这些BCIs并不是专门为脑-脑接口而开发的,但不难想象,它们会被用于这样的目的。

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尽管这篇论文中使用的方法是非侵入性的,因此,和美国国防高级研究计划署使用的神经接口相比,少了很多的不详之兆,但这项技术仍然引发了伦理关注,尤其是因为相关技术的发展如此迅速。例如,未来在实施脑对脑网络的链接时,发送者是否会强制接收者执行某个指令,从而改变接受者的代理意识?发送者大脑的指令是会隐含一些在今后的某一天可能提取并侵犯接受隐私的信息?这些努力是否会在某种程度上损害个人的人格意识?

这项工作使我们更接近Nicolelis想象的未来,用已故诺贝尔奖得主物理学家默里·盖尔·曼(Murray Gell-Man)的话说,“思想和感情会被彻底的共享,不再有语言所允许的选择性或欺骗性。”

除了以略带偷窥的方式追求完全访问的过程之外,Nicolelis同时也忽略了一项重点。即,人类语言的的微妙之处在于:通常而言,没有说出来的话和说出来的话同样重要。一个人隐藏在内心深处的核心隐私也是个人自主性的核心。

无论如何,如果我们想要通过大脑直接连接的方式实现协同合作或计算能力,那么,就可能要付出为更重要的事情付出代价。

本文作者罗伯特·马通是一位研究神经退行性变的专家。译者陈明,心理动力学、图式和慈悲聚焦疗法心理咨询师。

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