脑电波信号被解析:意识或可实现联网

2013-03-04 10:10 · Hebe

尽管我们知道大脑意识和神经冲动的基础都是一种电信号,这种电信号是如何精确的的传达了一连串复杂的画面以及动作一直为神经生物学家们所热衷。一旦解析出了这种信号密码,那么实现人机互动,甚至用微电脑控制动物行为等等都变得触手可及。

尽管我们知道大脑意识和神经冲动的基础都是一种电信号,这种电信号是如何精确的的传达了一连串复杂的画面以及动作一直为科学家们所热衷。一旦解析出了这种信号密码,那么实现人机互动,甚至用微电脑控制动物行为等等都变得触手可及。美国人在这一领域一直在孜孜不倦的进行的研究,而近年的数据也似乎达到了美国国防部高级研究计划局的预期目标。


“大脑-电脑”信号解析先驱

巴西人,大脑-计算机界面研究的先驱米格尔•尼科莱利斯(Miguel Nicolelis)是美国卡罗莱纳州北部杜克大学的神经生物学教授。尼科莱利斯教授近十年都在竭尽全力的解析大脑电信号的奥秘。在2011年10月,尼科莱利斯教授完成了一个猕猴意识控制机械臂的试验。他们将一特殊装置的电极放置到猕猴大脑的运动皮质区和躯体感觉皮质区,前者是发出运动信号的区域,后者负责处理身体其他部分传来的信息。

在试验前期,研究人员诱使猕猴用手操控控制杆在电脑屏幕上寻找物体。在试验后期,研究人员断开控制杆,训练猕猴通过操控大脑发出信号指挥一个虚拟手臂,令其在电脑屏幕上继续寻找物体。具体来说,运动皮质区的电极记录下了猕猴的运动意念,并将该信息复制给虚拟世界,虚拟手臂接到命令后在屏幕上触摸目标 物体并形成电子信号,躯体感觉皮质接收到这些信号后,再形成触觉信息。

该试验的目标是为瘫痪病人设计可以由大脑控制义肢行为的装置。英国莱斯特大学神经系统专家罗德里格•基安•基罗加说,这个双向的装置是脑机截面发展的关键一步。此前的脑机截面均依靠视觉反馈信息,那对于使用自 动假肢的人士而言不够理想。“如果他想要触摸并抓住一个水杯,视觉反馈信息并不起作用,而感觉反馈信息可以告诉他是能握住,”基罗加解释说。


大脑意识和电脑信号完成了联接,尼科莱利斯教授的脚步并没有止于此。既然脑电波已经被解析,为什么不进行储存和传输呢?

“超级战士”或令美国防部倍感兴奋

2013年3月的一篇Scientific Reports 公布了另一项新的进展。研究人员将两只相聚甚远的老鼠,一只位于美国另一只位于巴西,的大脑通过电极相连,使得它们能够共同解决问题。

这项实验被称作是科学家在动物身上实现了一种天然的心灵感应,使得一对老鼠仅通过思想就能发送和执行指令。利用植入在老鼠大脑里的微芯片,老鼠能够相互合作并解决简单的谜题,即使在实验中它们彼此相聚几千英里。研究人员称这是“大脑-大脑界面”的首个例子,这暗示着某种非常有前途的前景,也即未来某一天动物甚至人类能够实现心灵感应。

美国卡罗莱纳州北部杜克大学的研究小组称,这些发现首次展示了无需通过动物普通的交流形式,就能在两只动物的大脑之间建立直接的行为信息互换通道。

首席研究员、大脑-计算机界面研究的先驱尼科莱利斯教授认为,这项研究是向连接多个大脑以形成一个“有机电脑”或者“大脑网络”迈出的第一步,该网络能够实现一组动物之间的信息共享。

尼科莱利斯教授并以此提出了大胆的设想:“我们无法预测当动物之间相互交流作为大脑网络的一部分时,会出现什么样的特性,理论上说,大脑之间相互协作能够提供单个大脑独自无法获得的解决方法。” 尼科莱利斯称,他甚至可能导致其中一只动物融入另一只动物的“自我”意识当中,尽管科学家也担心这种大脑网络会引导心灵控制的发展。

军方对这一技术倍感关注。如果可以实现所有优秀战斗人员的信息、经验、记忆以及对突发事件的反应能力实现无缝联接,那么出现超级战士的愿望也就不远了。

千里之外的老鼠“心灵感应”试验

在这项发表在《Scientific Reports》上的实验中,微芯片电极被植入老鼠的大脑里,使得一只动物能够将指令传达给另一只动物,即使后者位于另一个单独的囚笼里。科学家教会第一只老鼠,也就是“编码者”,如何在自己的囚笼里找到水源,也即面对光源的反应并拨下一个特殊的控制杆。它的大脑与另一只老鼠电极相连,也即“解码者”,后者则没有面临光信号。第二只老鼠依靠的仅仅是大脑指令,但70%的时间里它也会同步拨下右边的控制杆以获得奖励——这一概率已远高于随机概率,意味着它是受到另一只老鼠大脑的引导。


令人惊叹的是老鼠之间的这种交流是双向的。如果解码者老鼠选择错误,那么编码者老鼠将也得不到奖励,因此编码者老鼠会变得更具决定性,且产生更加清晰的大脑信号。

“我们发现当解码者老鼠犯了错误,编码者老鼠会改变自己的大脑功能以及行为使得对方能够将错误纠正过来。” 尼科莱利斯博士这样说道,他认为这暗示着一对老鼠之间存在“行为合作”。

第二项测试涉及一对老鼠利用自己的胡须区分宽窄开口,与第一项实验类似,第一只老鼠传输的信号会帮助第二只老鼠进行正确的选择从而获得奖励。这项研究的证据表明解码者老鼠会形成一种双重身份,从两把胡须——自己的和搭档的——中获取感官信息。


“我们对这些实验中解码者老鼠感官皮层的研究显示,解码者老鼠的大脑信号不仅体现在自己胡须的触觉皮层里,还体现在编码者老鼠的触觉皮层里。”“我们检测到皮质神经元对两只老鼠的胡须都会做出反应。”这项试验还在另一对老鼠身上进行,一只位于美国卡罗莱纳州达拉谟,而另一只位于巴西纳塔尔。

通过记录一只老鼠的大脑信号并将其通过网络传输给另一只,科学家能够改变第二只老鼠的行为,尽管两者相聚十万八千里。英国华威大学的专家克里斯托弗•詹姆斯(Christopher James)也进行了类似的实验,他说道:“虽然我们并未建立一个全世界老鼠都互相连接的网络的情景,但这项模拟非常直接且明确。至于伦理问题,詹姆斯称:“我想不到任何应用不会面临伦理问题。”

伦理问题不可忽视

詹姆斯没有过多的强调伦理问题,但是这项试验并非简单的生物试验。人为控制其他生物的肉体,这目前还是科幻电影及电脑游戏里的桥段,毫无疑问均作为邪恶的科技力量所展示出来。研究者们对于建立大范围内的互相联网的大脑世界的兴趣不易为外界影响所改变。不管是老鼠还是猕猴,控制其他生物的大脑,令其肉体为操纵者所动这听起来还是一件相当邪恶的主意。

但无论如何,这项技术已经是神经生物学领域的跨时代研究成果了,意识的长距离无线联网传输必会将科幻电影搬进现实。