融合人脑智能与人工智能 脑机接口开启“黑科技”新风口

2017年08月23日09:19  来源:新华网
 

2017年3月,硅谷科技风向标埃隆·马斯克宣布创办Neuralink公司,计划在4年内开发出首个用于治疗脑部疾病的脑-机接口产品,未来将开发高生物相容性的植入神经接口,实现人工智能植入人脑,取代人类的自然语言交流,实现颠覆性的智能人机接口技术。

4月,Facebook创始人兼首席执行官马克·扎克伯格曝出了其秘密B8计划中开展的脑-机接口研究,预期在18个月内研制出可每分钟输入100个字的脑控拼写器原型系统,最终力图实现意识控制一切。

当很多人对人工智能还懵懵懂懂时,一个被认为是人工智能下一个风口的“黑科技”——脑-机接口(Brain-Computer Interface, BCI)已悄然来临。

怎样读懂“脑语”?怎样打通大脑与机器之间的联结?人类能用意念控制一切吗?是否有一天可以将智慧直接植入大脑?带着这些问题,新华网科技频道记者独家专访了天津大学医学工程与转化医学研究院院长、天津神经工程国际联合研究中心主任明东教授,听他讲述“三磅宇宙”与人工智能之间的神秘通道。

人工智能支撑与推动神经工程学发展

近年来,人工智能的概念火热得发烫。而神奇的人类大脑,被称为“三磅宇宙”,蕴含着巨大的复杂性与丰富的未解之谜。人工智能与人类大脑有什么关联?如何实现它们之间的交互?

明东介绍,神经工程学的最终目标,就是通过神经系统和人造设备间的信息交互与功能整合,来修复和增强人体效能,即通过搭建人脑智能与机器智能的信息桥梁,实现人-机智能的高度融合。

人工智能作为一门新兴的信息科学技术,对神经工程的发展起到了重要支撑与推动作用,帮助解决神经工程研究中遇到的诸多难题,从高维度空间解析人类大脑的工作原理。

“比如,通过神经成像获取的大脑结构和功能成像数据,可借助人工智能技术进行深度学习与特征分析,揭示人类视觉、语音处理、图像识别、语言交流等其它技术难以发现的规律和现象。”他介绍。

与此同时,神经工程技术的新发现、新成果又能及时应用于人工智能理论的研究和技术的开发、有力推动其新发展,二者相辅相成。

他举例称,“通过神经工程技术,查明人类大脑运行机制,能够对开发新的人工智能技术提供研发思路,设计出人工神经网络等仿脑计算软硬件。”

脑-机接口为大脑开辟全新通道

2014年巴西世界杯足球大赛上,28岁的截瘫青年朱利亚诺·平托凭借身穿的“机械战甲”为世界杯开球,电视解说员激动地称:“平托行走的一小步,成为脑-机接口技术发展的一大步。”

目前,医学研究已发现超过500种神经系统疾病,这些疾病给患者及其家庭带来很大负担。给神经疾病患者来福音的正是脑-机接口这项“黑科技”。

脑-机接口是什么?怎样打通人脑智能与机器智能之间的联结,人类能够通过意念控制身边的事物吗?

明东介绍,脑-机接口是神经工程领域领先发展、重点研发的前沿热点。通过解码大脑活动信号获取思维信息,实现人脑与外界直接交流,能为残疾人提供不依赖外周神经和肌骨系统的人机交互技术,帮助残疾病人恢复正常生活、重建其对生活和康复的信心。

“脑控智能轮椅、脑控打字机、脑控机械外骨骼、脑控智能假肢……这些神奇的功能都是以脑-机接口为核心的。神经疾病患者的康复原来是一座难以翻越的高山,而脑-机接口则为这征服这座高山打通了一条光明的通道。”明东说。

据他介绍,2014年和2015年由天津大学神经工程团队研制的两款“神工”系列人工神经康复机器人系统可为脑中风患者提供新型的脑-机-体主动交互康复训练技术,目前已通过国家药监局(CFDA)检测,在天津、山东等多地三甲医院临床试用成功,受益患者超数千例。

那么,大脑究竟是如何通过脑-机接口技术与人工智能建立联系、实现互动的呢?

明东介绍,脑-机接口为大脑提供了全新的、无需依赖常规外周神经与肌肉系统的对外交流通道,大脑思维活动提供了可检测的反映心理或行为特征的神经电生理信号,可经头皮电极、皮层表面电极或皮层内部植入式等多种传感器拾取。通过解码这些特征脑电信号,脑-机接口获得大脑思维意图信息,再由工程技术手段将其转换成可用于控制外部设备工作的指令信号,从而实现无需常规外周神经与肌肉系统参与、按大脑思维意图照办的对外信息交流与互动。

“脑-机接口技术的出现与发展,不仅为残障人士带来了全新的功能康复希望,也为健康人士开拓了前所未有的人机交互新天地。”明东表示。

例如,这项技术在航空航天等领域有巨大的应用价值,能为航天员等特殊人群提供肢体约束环境下的“第三只手”和神经功能层面融合的自适应自动化人机协作,帮助他们完成更多更复杂的工作任务。“2016年,在我国天宫二号与神州十一号载人飞行任务中,天津大学神经工程团队与中国航天员训练中心合作开展了世界首次在轨脑-机交互实验,即是为对实现这一目标的成功尝试。”明东介绍。

脑机“智能”将融合发展

在脑-机接口技术研发与应用的早期,主要面向残疾人群。近十几年来,这项技术快速拓展其应用领域,已在众多领域显示出广阔的应用前景。

得力于国家大力支持,我国在脑-机接口方面的研究发展势头良好,速度迅猛,取得了长足的进步,显示出不俗研究潜力。明东说,“总体上看,我国的脑-机接口技术已与国际保持同步发展,部分领域甚至处于国际领先地位。”

他指出,从近中期和长远发展两个方面来看,下一步,脑-机接口未来近中期将主要围绕解决现有技术瓶颈和提高解码信息维度两个方向发展,而长远发展趋势则是从目前脑-机单向“接口”进化为双向“交互”并最终“智能”融合。

现有脑-机接口技术主要是单向解读大脑信息,难以顾及其将来必须建立起人脑智能与人工智能、生物智能与机器智能之间有机交互融合的最终目标。因此,最重要的长远发展趋势将是从目前脑→机单向“接口”进化为脑 机双向“交互”,最终实现脑机完全“智能”融合,从而发展出更先进的人工智能技术,并组建由人脑与人脑及与智能机器之间交互连接构成的新型生物人工智能网络,这将彻底改变现有人类与智能机器之间的关系,为人类创造出前所未有的智能信息时代新生活。

此外他认为,未来,伴随虚拟现实、机械外骨骼、经颅电磁刺激等外部设备技术的发展为脑-机接口提供了更多可能,将脑-机接口技术植入到人们日常随身携带的智能手机、可穿戴设备内是必然的发展趋势。“可以预见,未来脑-机接口将像鼠标、键盘一样非常普遍地应用于各种需要人机交互的场合。”明东表示。

“21世纪是脑科学的时代,世界主要科技强国均启动了目标宏大的‘脑计划’,脑-机接口技术将伴随脑科学的发展而成长壮大,未来它将成为新一代的颠覆性信息技术,成为融合人脑智能和人工智能不可分割与替代的坚固桥梁。”明东说。

(责编:范晓琳、马玲玲)