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腦機(jī)結(jié)合新成果！研究人員能提前預(yù)測(cè)一只鳥(niǎo)要唱什么歌
腦機(jī)結(jié)合一直是科學(xué)界一個(gè)非常超前的概念。盡管前段時(shí)間南非金山大學(xué)的研究人員宣布他們首次實(shí)現(xiàn)了人腦與互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)連接，但是由于用來(lái)解碼大腦神經(jīng)元信息的技術(shù)目前還很有限，我們對(duì)于自己的大腦活動(dòng)依舊知之甚少。
斯坦福工程學(xué)教授Krishna Shenoy將我們對(duì)大腦的認(rèn)識(shí)與十五世紀(jì)初的世界地圖做比較。世界著名神經(jīng)生物學(xué)家Jeff Lichtman則認(rèn)為，假設(shè)人類(lèi)需要知道的關(guān)于大腦的一切是一英里路的話(huà)，我們現(xiàn)在只走了約三英寸。
盡管人類(lèi)對(duì)于大腦活動(dòng)的認(rèn)知才剛剛開(kāi)始，但也有不少收獲。最近，來(lái)自加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）的研究人員就拿“會(huì)唱歌”的斑馬雀試了試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)他們創(chuàng)建的“大腦—鳥(niǎo)鳴”腦機(jī)接口通過(guò)檢測(cè)斑馬雀的腦部活動(dòng)可以在大約30毫秒之前知道它要“唱什么歌”。
“我們直接從斑馬雀的神經(jīng)活動(dòng)中解碼出了它的叫聲，研究鳥(niǎo)鳴聲的阿根廷專(zhuān)家Ezequiel Arneodo將我們的系統(tǒng)稱(chēng)為‘從復(fù)雜的神經(jīng)活動(dòng)中解碼自然界語(yǔ)音通信’的第一個(gè)原型。類(lèi)似的方法未來(lái)同樣可以應(yīng)用到人類(lèi)思想的傳遞上。” 研究人員在他們的論文中寫(xiě)道。
這里有兩段音頻，一個(gè)是研究人員捕捉到的斑馬雀真實(shí)的叫聲（音頻1），一個(gè)是通過(guò)分析斑馬雀大腦里神經(jīng)活動(dòng)的記錄預(yù)測(cè)出來(lái)的聲音（音頻2）。
音頻1、2
研究人員使用硅電極來(lái)測(cè)量斑馬雀大腦內(nèi)的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的電活動(dòng)（感覺(jué)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元就是發(fā)出鳴叫指令的部位）。他們把神經(jīng)元放電模式和斑馬雀實(shí)際的鳴叫聲輸入一款神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，該軟件會(huì)記錄鳥(niǎo)鳴聲的開(kāi)始、結(jié)束以及頻率的變化等信息，之后進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，并完成 “神經(jīng)—鳥(niǎo)鳴聲的頻譜映射”。
簡(jiǎn)單一點(diǎn)來(lái)理解就是研究人員可以通過(guò)他們的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)斑馬雀的鳴叫聲，這也就意味著他們已經(jīng)可以解碼斑馬雀發(fā)聲時(shí)的大腦活動(dòng)信息了。而可以捕獲大腦的輸出——記錄神經(jīng)元所說(shuō)的話(huà)，就能預(yù)測(cè)生物體的行為；能夠預(yù)測(cè)行為，我們就能恢復(fù)生物體受損的運(yùn)動(dòng)功能，比如利用人腦控制感應(yīng)器來(lái)支配ALS患者的假肢活動(dòng)。
斑雀的腦部不大，但是它的鳴叫與人類(lèi)的很像，不僅叫聲復(fù)雜，而且就像人類(lèi)的語(yǔ)言一樣，它們也是通過(guò)后天訓(xùn)練掌握鳴叫技巧的。這使得斑雀成為研究驅(qū)動(dòng)發(fā)聲學(xué)習(xí)的行為、神經(jīng)及遺傳機(jī)制模型的科學(xué)家們的最?lèi)?ài)。
之前做過(guò)基于猴子叫聲的腦機(jī)結(jié)合實(shí)驗(yàn)的美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院研究員Makoto Fukushima表示，鳥(niǎo)類(lèi)的鳴叫聲范圍更廣，了解“基本神經(jīng)單元如何組合創(chuàng)造復(fù)雜的歌曲”這件事對(duì)人類(lèi)言語(yǔ)行為的研究來(lái)說(shuō)意義重大。
就目前的研究現(xiàn)狀來(lái)看，在人體中嘗試的腦機(jī)結(jié)合實(shí)驗(yàn)比較局限，主要是跟蹤手臂運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)信號(hào)。而那些通過(guò)戴個(gè)頭盔或者在腦部植入微型芯片就能毫不費(fèi)力地明白大腦想說(shuō)的話(huà)的設(shè)想，到現(xiàn)在為止還只是個(gè)遙遠(yuǎn)的夢(mèng)。
不過(guò)加州大學(xué)的新研究顯示，這些設(shè)想也并非不可能實(shí)現(xiàn)。研究人員已經(jīng)可以直接解碼鳥(niǎo)類(lèi)發(fā)聲這種極為復(fù)雜的神經(jīng)活動(dòng)信息了，下一步利用解碼的神經(jīng)信號(hào)來(lái)推斷生物體的運(yùn)動(dòng)甚至言語(yǔ)行為也就變得容易了。
Gentner和他的團(tuán)隊(duì)希望他們的研究能夠幫助實(shí)現(xiàn)這些設(shè)想。“我們已經(jīng)通過(guò)動(dòng)物模型為復(fù)雜的人類(lèi)語(yǔ)言解碼設(shè)計(jì)出了一個(gè)可參考的腦機(jī)接口模型，希望未來(lái)可以應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究�！�
而對(duì)人類(lèi)社會(huì)來(lái)說(shuō)，腦機(jī)結(jié)合的確是一個(gè)雄心勃勃的追求，除了大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室，不少硅谷的大公司也加入了開(kāi)發(fā)腦機(jī)結(jié)合技術(shù)的行列。
硅谷的CEO中，想法最大膽的就是那個(gè)想上火星的男人——伊隆·馬斯克（他同時(shí)是美國(guó)太空探索技術(shù)公司SpaceX和電動(dòng)車(chē)及能源公司特斯拉的CEO）。今年4月，馬斯克宣布成立一家名為Neuralink的腦機(jī)接口公司，并稱(chēng)超級(jí)人工智能必將實(shí)現(xiàn)，屆時(shí)為了不受威脅，人類(lèi)只有一種選擇，那就是成為AI（大腦與計(jì)算機(jī)融合，我們成為半機(jī)器人）。
Facebook的首席執(zhí)行官馬克·扎克伯格隨后也在公開(kāi)場(chǎng)合表示，“腦機(jī)接口”最終將讓人們直接通過(guò)大腦傳送自己的想法。Facebook目前大約有60名工程師正在做這個(gè)方向的研究。
Lain Banks 在其科幻小說(shuō)《文明》系列中提出了“神經(jīng)織網(wǎng)”（neural lace）的概念，即一個(gè)無(wú)縫、穩(wěn)定、可以直接與大腦通信的全腦接口，或許有一天它將會(huì)變成現(xiàn)實(shí)。
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