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大脑与机器间的接口

我想在我的人生中有所作为;我想成为一个电子人。

——凯文·沃里克

理解大脑的工作原理能够帮助我们设计相类似的生物启发机。另一个重要的应用是连接人脑和电脑,我认为这种结合在未来的几十年将更加亲密。

美国国防部高级研究计划局每年花费2400万美元用于调查研究电脑和人脑的直接连接。就像前面内容中所描述的那样,麻省理工学院的托马斯·波吉奥和詹姆斯·迪卡洛,以及加州理工学院的克里特·科赫,正致力于开发视觉对象的识别模型并研究信息的编码方式。这些研究最终将应用于将影像直接传递到我们的大脑中。

米格尔·尼克勒斯和他在杜克大学的同事们将传感器植入猴子的大脑中,使猴子仅通过思考就能控制一台机器人。实验的第一阶段是教猴子们利用操纵杆来控制屏幕上的光标。科学家们收集了大脑传感器的脑电图信号格式,随后控制光标使其对正确的格式而不是机械地操作操纵杆产生反应。猴子们很快认识到操纵杆不再管用,它们能通过思考来控制这些光标。这个系统挂接到了机器人中,猴子能够学习仅仅通过思考来控制机器人的活动。通过对机器人活动的视觉反馈,猴子可以完善它们控制机器人的思想。这项研究的目的在于给瘫痪的患者提供相似的系统,使他们能控制自己的四肢及周围的环境。

连接神经移植物和生物神经元的一个重要的阻碍是神经胶质细胞,神经胶质细胞通过包裹外部侵入物来保护大脑。特德·伯杰和他的同事们正在开发某种特殊涂料,这些涂料是生物制品,从而能够吸引而不是排斥附近的神经元。

慕尼黑的人类认知和脑科学研究所正在试用将神经和电子设备直接连接的另一种方法。英飞凌公司制造的芯片能够使神经元在基板上生存,同时基板提供神经与电子传感器以及电流刺激器的直接接触。加州理工大学对于“神经芯片”相类似的研究证实了神经元和电子之间双向、无创性的联系。117

我们已经知道如何结合外科手术来安装神经移植物。在人工耳蜗(内耳)移植物中,我们可以看到,听觉神经通过进行自重组来正确翻译来自于移植物的多通道信号。相类似的过程将应用于帕金森病患者的大脑刺激移植。美国食品和药品管理局批准的大脑移植物是这样的,大脑移植物附近的生物神经元接受到电子设备的信号并进行回应,就好像它们接收到了来自神经元的信号运行一样。最近几例帕金森病患者的移植病例提供了从病患外部直接下载升级软件到移植物的可能性。