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前沿顛覆性科技之—神經網路腦機介面技術的未來以及隱患

對於機器“意識覺醒”能否控制人類,本文將以人類腦科技的技術起源、技術現狀、技術發展為軸線簡要闡述人工智慧與人類大腦之間的技術關聯。

前沿顛覆性科技之—神經網路腦機介面技術的未來以及隱患


人工智慧能否成為人類文明進步的階梯

技術的起源

1963年的西班牙鬥牛場,一頭憤怒的公牛在即將要衝撞到前方之人的時候猛然停下了。此時,一位西班牙神經科學家正在與這頭氣喘吁吁的公牛對視,這位科學家不是在鬥牛,而是賭上生命展示了暴力行為是如何被一個無線電控制的大腦植入系統抑制住的:這位科學家透過手持無線電遙控裝置,向植入公牛大腦的電極裝置發出電刺激從而抑制了公牛的憤怒。這在當時,科學界就已經意識到,透過遠端控制的大腦植入裝置可以抑制動物的某些行為。

不出所料,以當時的眼光來看用大腦植入物來控制人類思維的技術點燃了公眾的恐懼,不僅因為技術的限制,更多的約束來至於社會的反對。以至於幾十年來國際上對這方面的研究成果非常稀少。但現在,得益於人類整體對科學認知的提升以及人工智慧和微電子等技術的巨大進步,新一代腦機技術也取得了“驚人”突破。

鐳射束、超聲波、電磁脈衝、無損傷電刺激等安全的方法已經允許科研人員一定程度的訪問和控制人類大腦。呵呵,大家不用恐慌目前這些技術可比當時西班牙科學家簡單地透過針狀電極刺入公牛大腦的方法要安全和先進得多。

前沿顛覆性科技之—神經網路腦機介面技術的未來以及隱患

現今,埃隆馬斯克和馬克扎克伯格正在引領腦機介面技術的國際科研潮流,他們將大量資本注入到開發腦機介面(BCI)技術。馬斯克表示:他希望在人腦中提供一個“超級智慧層”,以幫助人工智慧更好地為人類服務,扎克伯格希望使用者無需打字就可以透過網際網路上傳他們的想法和情感。

但這些還是腦機介面技術的願景,公眾非常容易將技術現狀和願景目標混淆,對於公眾應該更多關注的是這項技術怎樣實現?如何工作?什麼能力?

敲響警鐘

早在1964年,西班牙科學家也透過給人類大腦植入的電極通電的方式,有效的控制了發作期間的癲癇病人以及能夠在瞬間抑制重度精神病人—不僅可以控制病人的四肢移動,還能一定程度的進行精神控制。例如,可以讓精神病人極度狂喜或者陷入自殺式的絕望。透過相對簡單的技術就可以在人腦中產生如此驚人的控制力, 在當時也難怪人們對這項技術感到恐慌。

不僅如此,近年來國際頂級神經科學家透過科研探索,發現腦機介面技術的發展存在很多重大的隱患需要解決。雖然學界的問題清單尚未完全明確,但是問題是顯而易見的。例如,科學家們描述了一個場景:精神病人絕望想要自殺,導致控制假肢的大腦植入晶片突然失控,然後病人鋼鐵般的假肢開始瘋狂的攻擊其他人。

類似這樣的場景不是科學家危言聳聽,而是向人類敲響警鐘,如果不能有效預防,按照“墨菲定律”這樣的事情就一定會發生,類似這樣的考慮早在2017 年《自然》雜誌上就發表過一篇警示性社論,不僅是上述的情況,駭客如果透過技術手段控制大腦植入晶片情況會是什麼樣?

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威脅雖然存在,但是人類文明的發展不可能因為可能會發生的未知威脅就止步不前。以上的場景雖然談不上荒謬,但就目前技術的進步來講還為時尚早,理論上駭客入侵大腦的生物學障礙遠大於技術挑戰。因為現在神經科學家仍然不明白思想、情感和意圖是如何在透過大腦神經網路進行神經脈衝編碼的(思維活動和神經網路對映之間的關係)。

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人類大腦部分神經網路對映結構

(注:有興趣的讀者可以關注作者之前釋出的“科學家即將揭示人類大腦神經網路結構的奧秘”,文章簡要闡述了神經網路對映的概念及未來發展)

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人類大腦神經網路結構

今天的腦機介面 (BCI)技術透過分析大腦神經網路對映的資料來工作,這與美團或淘寶網等購物站透過大資料分析,預測接下來你可能想要買什麼,然後給你推送方式非常相似。計算機監控神經元之間的生物電流活動,由大腦植入的電極感測器接收形成大腦活動的神經網路資料庫,腦機晶片負責學習識別這些資料進而進行預測和控制輔助裝置。

工作原理

科學家透過實驗發現當一個人移動肢體或想移動時,人類大腦皮層湧動的神經網路生物電活動(腦電波)會突然被抑制。這種現象反映了數千個神經元之間交流的突然變化,就像餐廳裡服務員掉下玻璃杯後突然安靜:你無法理解個別用餐者之間的對話,但集體安靜是一個明確的訊號。

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生物神經網路對映活動

科學家們已經瞭解到人類大腦皮層電訊號傳輸的中斷是觸發腦機晶片啟用機械臂啟動或點選虛擬滑鼠在電腦螢幕上的原因。但即使科學家知道了這種工作模式,甚至可以用微電極進入大腦的單個神經元,但是神經科學家仍無法解碼神經元放電的具體指令以及關聯性,就好像它是大量的計算機程式碼一樣。研究人員僅知道單獨程式碼的表層含義,但是不瞭解整體程式碼含義代表的本質。

科研人員表示:必須使用人工智慧機器學習的方式來識別神經元電訊號相關的活動規律。最終的目的就是促使腦機介面可以改變人類生活:使癱瘓或遭受其他神經系統損傷的人恢復失去的功能和獨立性。

研究發現腦機介面裝置中起作用的不僅僅是技術—人類大腦本身也起著巨大的作用。透過長時間的試錯實驗,大腦會透過看到預期的反應發生而獲得某種“激勵”,更為神奇的是隨著時間的推移,人類的大腦學會生成便於計算機識別的腦電波訊號。所有這一切都發生在意識層面之下,神經科學家並不真正知道大腦是如何完成它的。這與民眾傳言聳人聽聞的精神控制相去甚遠。

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腦機介面也是“元宇宙”的重要技術之一

目前的問題是:無論像馬斯克這樣的人為這個問題帶來多少工業力量和資本支援,科學家只能用數學方式闡述—和人工智慧一樣腦機介面技術的真正瓶頸是生物學認知限制,而不是技術。儘管科學家透過將神經元指定為“0”或“1”的方式來簡化神經編碼,但在僅有300個神經元的網路中,就會產生2300種可能的連線,每種連線都代表不同的狀態—更為“恐怖”的是人類大腦中有860億神經元,產生可能的神經元連線及所對映的狀態可能比已知宇宙中的原子還多。人腦即宇宙雖然是比喻,但是在數學上可能沒有本質區別!

生物學的挑戰

人腦大約有860億個神經元,從技術可行性來看,目前從大腦中讀取資訊的技術路線,即上傳使用者想法和情感的目標還相對容易實現,而將資訊下載到大腦中的技術要複雜的多。透過採集和分析人類大腦如何處理、儲存和回憶資訊的神經網路對映規律資料,以及具備人工智慧技術的腦機介面 (BCI)裝置,可以判斷一個人在想什麼數字,有什麼樣的情緒或者是否有自殺的念頭。

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人類大腦的認知和情緒會啟用大腦中的特定神經網路(神經網路對映—思維、情緒、運動、語言、視覺等行為對應的腦部神經網路活動情況),透過人工智慧機器學習技術最終可以識別出大腦的神經網路對映與那些特定的想法或情緒具有的關聯性。此外,無論一個人的母語是英語或漢語,反映人類大腦思想的神經網路對映活動規律是基本一致的。

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人工智慧令人“驚豔”的讀取混沌的能力

這項研究令人驚訝的發現是—人類大腦並不像計算機一樣在資料庫中按邏輯分類儲存離散資訊。相反,人類大腦中的儲存的資訊被編碼為“綜合體”,即:一段記憶儲存包含與之相關的所有感覺、情緒和體驗。例如,“義大利麵”和“蘋果”這兩個食物詞彙在邏輯上是相似的,但每個詞都有不同的感覺(味道、口感以及與之相關代表的深層含義,例如蘋果可以代表祝福,平安夜送蘋果等),這些詞彙以及所代表的所有含義以整體的形式儲存,大腦會啟用一個獨特的腦部區域儲存這些內容。語言處理方面也是如此,類似谷歌的人工智慧翻譯是逐字解碼和儲存書面資訊的,但是人類大腦對整個句子的含義是整體進行編碼翻譯的。

技術的前沿

雖然腦機介面 (BCI)的讀心術能力看起來很可怕,因為沒有什麼比個人思想更私密的秘密了。但目前還沒必要害怕這種沒有技術突破的恐懼,類似用於操作假肢的腦機介面 (BCI)裝置,其“讀心”能力需要參與者的密切配合和努力。例如,使用腦機介面裝置操作假肢抓取蘋果的意識讀取過程中,需要參與者不斷思考蘋果六次,人工智慧才能分析讀取參與者的“要蘋果”這個思維活動的神經網路對映。不過人工智慧學習能力也很快,第一次“要蘋果”需要思考六次,但是下一次想到綠蘋果或者需要一臺電腦時,腦機介面 (BCI)裝置很快就能控制假肢完成。

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任何技術都有反對聲音,這項技術的批評者經常引用腦機介面 (BCI)的倫理問題:隱私保護、公民資訊保安等問題。批評者擔心腦機介面 (BCI)技術的濫用會破壞人身自由,並擔心社會貧富差距會阻礙弱勢群體對技術的獲取通道。而且與任何技術一樣,“居心叵測”的人可能會利用它來造成“無法預測”的破壞。

但從發展的角度來看,腦機介面 (BCI)有可能造成的破壞並不是阻礙技術進步的理由。目前用化學藥品或手術治療神經或心理障礙的效果非常有限。透過精確應用腦機介面 (BCI)技術顯示出該項技術在治療神經和心理障礙方面的巨大希望。

當內森·科普蘭( 美國癱瘓患者,藉助腦機介面 (BCI)的神奇技術,控制“機械手”重新感知世界)不僅透過植入在大腦運動皮層中“晶片”控制機械臂與總統握手,還透過假肢手指中的感測器感受到了握手的握感,這些感測器激活了他感覺皮層中的電極進而影響其神經網路對映,使之能夠感受來自機械手臂的“感覺”。除此之外,腦機介面 (BCI)還可以恢復視力和聽力,生成合成語音,並幫助治療強迫症、成癮和帕金森等疾病。

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精神癱瘓者可以使用的具有深思熟慮的假肢上的圖形,並且能夠提供來自觸控的反饋

(注:內森·科普蘭的機械手專案是美國國防部高階研究計劃局(DARPA)人造外骨骼計劃的組成部分。該計劃主要內容是進行各種神經科學實驗,研究成果主要用於軍事方面,幫助美軍士兵解決腦損傷、激發大腦潛力、及動物間諜等多方面研究。)

前沿顛覆性科技之—神經網路腦機介面技術的未來以及隱患

雖然腦機介面技術的進步令人印象深刻,但目前人類還沒有任何能夠進行精神控制的科技產品走出實驗室。對未知的恐懼源自於人類本能,對於我們大多數人來說,精神控制是一種抽象概念,科學的精神就是探索未知,人類文明的進步不能因為對未知的恐懼便止步不前。

分類: 軍事
時間: 2021-12-13

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