腦機接口最近很火。這要拜科技狂人馬斯克入局所賜，當然 Facebook 的加入也讓這把火越燒越旺。
學(xué)術(shù)界有不少進(jìn)展?！蹲匀?通訊》在 7 月 30 日發(fā)表了來(lái)自加州大學(xué)舊金山分校神經(jīng)外科教授 Edward Chang 的研究成果，他們實(shí)現了實(shí)時(shí)地解碼大腦信號，將“聽(tīng)到”和“說(shuō)出”的對話(huà)轉變成語(yǔ)言文字，并且準確率可達 76% 和 61%。
相比馬斯克的高調，Edward Chang 這個(gè)研究是能夠落地的。他們的策略是，當受試者執行“聽(tīng)到”和“說(shuō)出”任務(wù)時(shí)，研究人員通過(guò)從高密度皮層腦電圖陣列記錄神經(jīng)活動(dòng)（覆蓋聽(tīng)覺(jué)和感覺(jué)運動(dòng)皮質(zhì)區域），然后解碼這些大腦信號的內容。
至此想必很多人會(huì )有疑問(wèn)：大腦語(yǔ)言信號解碼研究的現實(shí)意義有多大？語(yǔ)言信號解碼能實(shí)現到什么程度？腦機革命要來(lái)了嗎？科幻片里的意識交流會(huì )實(shí)現嗎？本文希望探討這些問(wèn)題。
語(yǔ)言解碼的一大步
人的語(yǔ)言是一個(gè)極具創(chuàng )造性的系統，其使用在語(yǔ)法規則外沒(méi)有任何限制。也就是說(shuō)，進(jìn)化數百萬(wàn)年來(lái)，我們現實(shí)中的對話(huà)已經(jīng)是一個(gè)集合了聲音、符號、手勢、表情在內的成熟的交流體系，并且這個(gè)體系仍然在日新月異的不斷完善中，而僅僅依賴(lài)腦電波信號一種維度來(lái)解碼這個(gè)復雜體系，其難度可想而知。
事實(shí)上，真正的腦機接口挑戰在于意識。在 4 月份 Edward Chang 的《自然》論文發(fā)表時(shí)，同期雜志引述華盛頓大學(xué) Amy Orsborn 博士看法稱(chēng)，當一個(gè)人沒(méi)有動(dòng)嘴時(shí)，它能否理解其想說(shuō)的話(huà)呢？
這是一個(gè)好問(wèn)題。“想要說(shuō)話(huà)”的腦電信號是否能被解碼，也就是人的意識能否解碼的問(wèn)題。畢竟說(shuō)出來(lái)的語(yǔ)言和聽(tīng)到的語(yǔ)言有聲波的物理性質(zhì)，這些物理信號是確定的刺激信號，而意識則擁有較大的模糊不確定性。Edward Chang 沒(méi)有接這個(gè)球，他對媒體回應稱(chēng)，解碼某人公開(kāi)試圖說(shuō)的話(huà)足夠困難，并且提取他們內心的想法幾乎是不可能的?！拔覜](méi)有興趣開(kāi)發(fā)一種技術(shù)來(lái)發(fā)現人們在想什么，即使它是可能的”。
不過(guò)，這并非完全不能實(shí)現。曾在美國多年從事康復研究的林方博士認為，如果給受試者一個(gè)預告，那么是有可能檢測到相應的腦電信號的。比如當警告受試者可能有重物落下的時(shí)候，受試者會(huì )馬上做出預防重物落下的應激反應，這時(shí)候的腦電信號就有可能被檢測到并分辨出來(lái)。德國科學(xué)家在今年 4 月《神經(jīng)科學(xué)》（Journal of Neuroscience）發(fā)表了一項對大鼠的研究，他們解碼了大鼠頭部預期運動(dòng)的信號。
其實(shí) Amy Orsborn 這個(gè)問(wèn)題的進(jìn)一步延伸就是，人們之間能不能實(shí)現無(wú)語(yǔ)言的意識對話(huà)，或者說(shuō)是靈魂對話(huà)。這已經(jīng)接近科幻了，就像奇幻電影里的 X 教授，戴上一個(gè)頭盔就可以進(jìn)入其他人的意識世界。
但是，如果不是應激沖動(dòng)的反應，那么就不容易解碼。比如每個(gè)人在欣賞《蒙娜麗莎》畫(huà)作時(shí)的感受不同，那么如何讓一個(gè)沒(méi)有藝術(shù)鑒賞能力的中國山村娃娃與一個(gè)意大利畫(huà)家對這幅畫(huà)作進(jìn)行意識對話(huà)？現實(shí)中，這都要跨越語(yǔ)言、藝術(shù)、生活閱歷的鴻溝，在這種“意識對話(huà)”中，我們的計算機需要多么強大才能解碼跨越了這么多鴻溝的意識交流呢？
當然，這概率雖然足夠小，但也不是等于零。清華大學(xué)生物醫學(xué)工程系腦機接口研究組高小榕教授認為，前述山村娃娃和意大利畫(huà)家相當于一個(gè)地球人和外星人的對話(huà)，只要有足夠多的訓練，也未嘗不可能實(shí)現。
我們再把這個(gè)思維延伸一下，如果腦電解碼能力足夠強大，是否意味著(zhù)人類(lèi)意識能夠像電腦數據一樣儲存在硬盤(pán)上呢？
對于這個(gè)科幻式的問(wèn)題，很多學(xué)術(shù)界人士給出的答案是讓人失望的。那些解碼數據僅僅是物理信號，并非人腦意識的腦電活動(dòng)，它難以產(chǎn)生新的信息，也不能進(jìn)行思維加工。
腦機接口的現實(shí)
今天的神經(jīng)科學(xué)并沒(méi)有日新月異的突飛猛進(jìn)，而是人工智能的飛速發(fā)展給腦機接口帶來(lái)了空前的機遇。盡管如此，麻省理工學(xué)院大腦與認知科學(xué)系講席教授馮國平認為，腦機接口現實(shí)的考量是在物理性或確定性更強的功能上實(shí)現，但難以碰觸深一層的意識。
相對成熟的腦機接口研究是關(guān)于人體運動(dòng)機能。猶他大學(xué)生物醫學(xué)工程團隊研發(fā)了一款高科技假肢，可以實(shí)現意識控制有觸覺(jué)，能夠執行輕松摘葡萄等動(dòng)作。這個(gè)系統由 100 個(gè)微電極和導線(xiàn)組成，這個(gè)假肢手臂接入了佩戴者的神經(jīng)系統，實(shí)現大腦向機械手臂發(fā)送動(dòng)作信號。在機械手臂上安裝了向神經(jīng)發(fā)送信號的傳感器，以模仿手抓東西時(shí)的感覺(jué)。
林方對這類(lèi)康復設備很看好。她認為，腦機接口的現實(shí)意義在于作為輔助工具，幫助那些有語(yǔ)言障礙或者運動(dòng)障礙的人實(shí)現正常的器官功能。比如，一個(gè)運動(dòng)障礙患者本身只有 40% 的某器官運動(dòng)功能，如果這個(gè)腦機接口設備能夠幫助患者把功能提高到 80%，那么這不僅是患者的福音，醫療保險公司也會(huì )對此樂(lè )見(jiàn)其成，因為這會(huì )減少醫療資源的投入。
但腦機接口研究需要落地才行。盡管馬斯克 Neuralink 的腦機接口項目最為高調，但除了他的設備能夠實(shí)現電極數目更多、電極更柔軟以及設備微型化，但并沒(méi)有本質(zhì)上對腦電信號解碼的突破。《麻省理工科技評論》引述 Google DeepMind 神經(jīng)科學(xué)理論學(xué)家 Adam Marblestone 的看法，將 Neuralink 比作裝備精良的登山隊，但那座大山仍在那里，“真正需要的應該是一架直升機”。
多數業(yè)內人士看法是，如馬斯克這類(lèi)侵入式的腦機接口只能用于病情嚴重的植物人或中風(fēng)患者身上，而不能用于普通人，畢竟侵入的設備存在容易帶來(lái)感染、電池等材料更換等問(wèn)題，畢竟大腦對自我保護的要求很高。
而對于 Facebook 利用近紅外光的可穿戴設備來(lái)解碼腦電信號的做法，多數人也不認可。因為非侵入式設備的精確性有限，難以實(shí)現復雜腦電信號的解碼。
現實(shí)的做法如 Edward Chang，他們只針對癱瘓而失語(yǔ)的患者，這樣能夠采用開(kāi)顱手術(shù)后用侵入式設備來(lái)解碼有限詞匯。因為在很多情況下，這些患者的大腦中仍然存在著(zhù)產(chǎn)生流利語(yǔ)言所需的信息，而現在需要通過(guò)新的技術(shù)讓他們表達出來(lái)，那么即使是少數詞匯的表達，對于他們的生活質(zhì)量都是巨大的改善。
Marc W. Slutzky 也持這類(lèi)看法，對于肌萎縮側索硬化（ALS）患者或中風(fēng)患者，如果能實(shí)現 200 個(gè)詞匯信息的接受和表達，只要能達到像 Siri 這類(lèi)語(yǔ)音識別系統接近 90% 準確率的話(huà)，就已經(jīng)是巨大進(jìn)步。
-End-
本文的撰寫(xiě)還得到了以下人士的幫助，特此致謝：華南理工大學(xué)腦機接口與腦信息處理研究中心主任李遠清教授，上海交通大學(xué)智能計算與智能系統重點(diǎn)實(shí)驗室張麗清教授，華中師范大學(xué)生理學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)陳其才教授，解放軍總醫院第七醫學(xué)中心附屬八一腦科醫院功能神經(jīng)外科何江弘主任，福建醫科大學(xué)附屬泉州第一醫院神經(jīng)外科副主任醫師何雪陽(yáng)。
參考：
https://www.jneurosci.org/content/39/15/2847.abstract
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