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028 | 我们距离意念操控外物还有多远?-2019-07-03

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发表于 2019-7-3 09:38:45 | 显示全部楼层 |阅读模式


028 | 我们距离意念操控外物还有多远?

你好,这里是《邵恒头条》,我是邵恒。

昨天,朋友圈有一条新闻刷屏,说美国卡耐基梅隆大学的一个团队,开发出了一个能和大脑无创连接的脑机接口,能让人用意念操控机械臂。

这条新闻一出,就引发了极高的关注,因为脑机接口是一个带有明星效应的技术。

脑机接口里的脑,指的是大脑和我们的神经系统。而机,指的是像电脑、机械手臂、无人机这样的设备。脑机接口要干的,是要把大脑的想法传递给这些外部设备,甚至是直接传递给其他人的大脑。

2年前,钢铁侠埃隆·马斯克宣布成立了一家脑机接口创业公司NeuraLink。这家公司的长期目标是要大幅度提升人类的智能,让人能靠大脑操控机器。马斯克希望通过这种方式,让人类实现跟人工智能的共生。自从这个消息出来,公众就对脑机接口产生了浓厚的兴趣。

不过,埃隆·马斯克想象的脑机接口,是需要开颅、植入进人脑里的技术,这种技术叫做侵入式脑机接口。但我们今天要说的,是非侵入式的脑机接口,也就是说不用开颅,戴一个电极帽子就能操控机器。这两种技术,一直都是脑机接口领域的两条路径。

今天这条新闻,讲的是非侵入式脑机接口的一个新实验,实验的结果在6月份刚刚发表在《科学》期刊上。有一篇传播很广泛的公众号文章,是这么介绍这个实验的意义的,说“现在,人类已经可以不用说话,只要通过意念,就可以随心所欲地控制外物的移动,以意念取物。”这是公众号里的原话。

不过,真的这么神奇吗?

就这个问题,我专门采访了这篇论文的第二作者,卡耐基梅隆大学的孟建军博士。孟博士是得到上《脑机接口》课程的学术顾问,这个实验就是他和他导师的团队做的。

今天的《邵恒头条》中,我想来跟你分享一下孟博士对实验结果的解读。不过开始前我想提示一下,今天的内容比较硬核,技术细节多,所以你可要跟紧了。

先说结论:很不幸,距离新闻里所报道的,能用意念随心所欲遥控物体,还离得非常远。他的原话是:“公众对于脑机接口的期待和理解,现在远高于科学现实。” 不过,这个实验的成果,意味着脑机接口在科学上前进了一大步。

为什么这么说呢?先来说说,为什么我们距离用意念操控物体还离得很远。

首先,这个实验实现的操控,从应用的层面来说是一个再基础不过的功能。在实验里,受试者戴着一个电极帽子,帽子会采集脑电信号来操控机械臂。受试者要通过这样的操控,让机械臂追踪一块电脑屏幕上随机移动的小球。每一次要连续追踪1分钟,在半个小时之内把实验重复10-20次。所谓的用意念操控机械臂,说的就是这个。

之所以说这是一个非常基础的功能,是因为机械臂是在一个二维平面上移动,也就是说只能向上、向下、向左、向右移动。如果要做三维的控制,比如加上向前、向后的移动,在这个实验里机器是做不到的。

第二,这样的功能,其实在需要开颅的脑机接口领域,早在10年前就已经实现了。只不过,要从走进生活的角度来考虑,开颅的脑机接口很难普遍应用。所以科学家一直在琢磨,不用开颅,怎么能实现同样的功能。所以我们讨论这个实验的结果,是要放在非侵入式脑机接口的语境里评估的。

第三,在这个实验里控制机械臂,并不像我们普通人想象的,意念到了机械臂就动了。相反,实验里的控制,是一个非常反常识的过程。

为什么这么说呢?

你以为的意念操控可能是这样的,我脑子里想,机械臂要向左,它就往左移动。机械臂要向下,它就往下移。但其实,脑电信号就像是密码一样,像“左右”“上下”这种抽象的概念,我们至今还没破译它对应的信号。

那么实验里怎么实现操控呢?

实验里做的,叫做运动想象。首先,你要想象一下,你在动左手,这个信号是机器现在能识别并且收集的。接下来,计算机会把这样的信号,转化成一个指令A。这个指令A输入进电脑程序里,会转化成让光标往左移的指令。注意哦,还不是你动一下左手,电脑上的光标就移动了。而是你想象你动了左手,然后光标才会动起来;同理,要让光标往右移,你要想象动右手。

那怎么向上和向下呢?想向上,你得想象,两只手一起动。想向下,你得想象,双手放松。

那你可能会想,我如果要让机械臂斜着走,比如从左下角走到右上角,该怎么做呢?我问孟博士这个问题,他回答说很抽象:你要想象一个动左手和动右手的比例。没错,其实这不是一个用语言准确描述出来的方法,只能靠受试者自己去尝试感受。

所以你看,意念控制机械臂说起来简单,但是在当前,你只能通过这种反常识的运动想象实现。这主要是因为,我们对于脑电信号的理解还太少了。因此,每个受试者参与实验之前,都要经过很长时间的训练,才能适应这种特殊的思考方式。而且,即便是经过培训,我们能做的动作,也非常有限。

说到这你就明白了。我们距离戴一个电极帽子就“随心所欲控制外物”这件事,真的距离很远。

既然如此,为什么卡耐基梅隆大学的实验,还能在《科学》期刊上发表呢?这可是全世界最有影响力的学术期刊之一。这个实验的突破性到底是什么?

孟建军博士从科学的角度,跟我分享了这个实验的三大突破。

第一个突破,是持续性的突破。在过去的脑机接口实验里,受试者操控机械臂,往往也就需要做几秒钟而已。可是如果要在现实生活里用脑机接口,肯定需要连续的操作。在孟博士做的这个实验里,他们让受试者成功实现了持续1分钟的操控。从几秒到1分钟,在我们普通人看来不是什么大事,但是在科学里面却是向前迈了一大步。

第二个突破,是训练方式的突破。前面我们说,要学会使用脑机接口,每个人都要经过特殊训练。这个过程,需要使用者高度集中精力,因为只有这样,脑信号才能被很清晰、很精准地采集到。在过去的实验里,受试者只做几秒钟的操作,很快就会觉得这个任务很无聊,所以很容易走神,这就导致训练效果不好。但是在孟博士他们的实验里,时间被延长到了1分钟,这反而让受试者觉得,这件事做起来有挑战,有意思。实验结果就是这项训练的效果,最高提升了5倍。

第三个突破,是采集脑信号的突破。一直以来,对于非侵入式的脑机接口,最大的难处就是没法清楚地采集脑信号。这是因为,大脑深处的神经元发出脑信号,等传到头皮的时候,已经严重衰减了。而且头皮上,很多脑信号混杂在一起,很难精准获取。这种现象被称之为鸡尾酒会效应,因为就像在一个鸡尾酒会上一样嘈杂。

在实验里,孟博士他们采用了一种新的方法来收集信号。简单来说,就是用核磁共振绘制出了大脑的几何模型,然后把收集到的信号,映射到不同的脑区。最终结果,是脑信号的精准度提升了10%。这个方法本身非常专业,在这里我就不展开介绍了。如果你有兴趣,或者有这方面的背景知识,可以去看看他们的英文论文:https://robotics.sciencemag.org/content/4/31/eaaw6844

好了,总结一下。今天为你介绍了脑机接口领域的最新突破。美国卡耐基梅隆大学的一个团队,让人不用开颅就能使用脑机接口,持续地操作机械手臂。虽说距离我们随心所欲地操控机器还很远。但是从科学的角度来看,已经向前迈了一大步。未来,这样的技术在游戏、医疗领域,都有可能诞生有意思的应用。比如说,用意念来打游戏,就有很大的想象空间。

其实,脑机接口除了用来操控外部设备,还有很多其他领域的应用。有些听起来似乎很复杂的功能,实现起来其实反而容易,比如说冥想。我自己,就有一个用来冥想的脑机接口,叫做MUSE。这是一个可以戴在额头上的头箍,它通过采集我额头上和耳朵根上的信号,能判断我的注意力是否集中。虽说技术本身还很基础,但是它很拉风,每次我在办公室用,都有很多人来围观。

在结束之前,我还想做一个预告。

从上周开始,我们新推出了一个周末的节目叫《邵恒帮你问》。在每个周末,我都会邀请一位驻场导师,来回答你的提问。这周,我们邀请到了一位老朋友,刘晗老师。刘晗老师是清华大学法学院的副教授,得到《法律思维课》的主理人。如果你有什么法律问题想要咨询刘晗老师,请在留言里写下你的问题,我会请他为你答疑解惑。

好了,这就是今天的《邵恒头条》。我是邵恒,我们明天见。

来源:得到
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