连接 人类 机器

连接 人类 机器

士兵们可利用 思维控制防御系统

易于使用的平板电脑、智能手机和智能手表的面世加快了可穿戴技术设备的采用。这些设备可提供从血压、心率和睡眠时间的生物监测到天气预报和导航指引在内的众多服务。
世界军队利用日益复杂的人机接口(比如用于诊断、治疗疾病和创伤的可穿戴设备,有助于战场决策的增强现实程序以及可帮助士兵加强力量和耐力的外骨骼)将这一技术进步带到了新的水平。不断发展的研究领域可能实现在人类与机器之间建立更深层次的联系。

国防研究人员正在开发神经技术,使战士有朝一日无需按键、无需语音命令——甚至是无需拨动开关便能够与人工智能机器互动。通过神经接口技术,理论上飞行员只需用他们的思维便可控制无人机(UAV)集群。

美国国防高等研究计划署

法国国家科学研究中心一名研究人员对脑机接口进行测试。这个接口让用户无需使用语音或手动命令便可在屏幕上选择符号。法新社/盖蒂图片社

(DARPA)生物技术办公室项目经理艾尔·埃蒙迪(Al Emondi)博士在接受Nextgov.com网站采访时表示:“神经接口是在人类与机器之间传递信息的工具。”“这个概念大致上类似于任何其他通过与计算机或智能手机通信完成任务的方式(就像语音命令、触摸屏、键盘或鼠标),但这项技术绕过了中间步骤的物理动作。”

埃蒙迪现在负责领导美国国防高等研究计划署“下一代非手术神经技术”(N3)项目的工作,该项目旨在省去操作防御系统的物理行动需求。

“神经接口有望带来一种更丰富、更强大、更自然的体验,我们的大脑可以有效地成为由接口系统赋能的工具,”埃蒙迪表示,“神经接口让我们第一次不是要去适应用来完成任务的工具,它们具有适应人类的潜力。”

连接大脑

美国国防高等研究计划署为期四年的N3 项目涉及六个希望开发无侵入性或“微小”侵入性神经接口的组织。国防高等研究计划署网站指出:“这些连接人类大脑与计算机的可穿戴接口最终可实现多样化的国家安全应用,例如控制主动网络防御系统和无人机集群,或在完成复杂任务期间与计算机系统合作执行多任务。”

美国政府正在与巴特尔纪念研究所、卡内基梅隆大学、约翰·霍普金斯大学应用物理实验室、帕洛阿尔托研究中心、莱斯大学和泰莱达科技公司合作开展 N3 项目。到目前为止,神经接口仍属于外科侵入性,主要用于恢复受伤军人的运动机能。但N3 项目的目标是加快数据处理和决策,无需进行手术供身体健康的士兵使用。

伦敦的独立政策研究机构查塔姆研究所(Chatham House)2019 年8 月的一篇文章指出,这项技术可让士兵和指挥官“具有卓越的感官灵敏度和更快地处理更多与其环境相关数据的能力,从而提升态势感知 (Situational Awareness)”。“这些能力将支持军事决策和定向流程。”

四肢瘫痪的内森·科普兰(Nathan Copeland)接受手术,在大脑中植入四个微电极阵列。这些阵列连接一个机器人臂,机器人臂装有可检测施加到其手指上的压力的复杂传感器。 匹兹堡大学医学中心/匹兹堡健康科学

国防高等研究计划署合作伙伴面临的挑战是要实现不再需要进行手术。“国防高等研究计划署近年来取得了令人印象深刻的进展,展示了使用电极植入大脑在帮助生病或受伤的现役军人、退伍军人恢复机能方面的可能性,”埃蒙迪说道,“然而,由于目前涉及脑部手术的固有风险,这些侵入性技术在满足医疗需要之外的使用伦理上缺乏正当性。”

N3 项目各团队均在开展将使大脑信号更容易读取的项目,例如开发能结合神经元并放大信号的可注射、吸入或摄入的纳米颗粒。这些信号将被放在帽子里或嵌入头枕中的系统读取。

国防高等研究计划署官员表示,这项技术除了控制地面机器人或无人机集群之外,还可以让军队以机器速度用可消化的方式呈现信息,监控装备神经接口的复杂网络,或掌握数据的大量流动。
其中一个团队的领导者是一位来自印太地区的科学家。印度人高拉夫·夏尔马(Gaurav Sharma)是巴特尔研究所的高级研究科学家,他领导的团队赢得了国防高等研究计划署一项 2000 万美元的合同,负责开发一个让士兵能够利用自己的思维控制多部无人机或控制炸弹处置机器人的系统。巴特尔研究所的 N3 程序被命名为“BrainSTORMS”(传输或接收磁电信号的大脑系统)。

根据印度北部报纸《论坛报》2019 年 5 月的一篇报道,夏尔马表示:“这是我从事过的最激动人心、最具挑战性的项目之一。“凭借BrainSTORMS,我们将再次提升工程技术和物理学的极限。”

全球性事业

通过神经接口技术提升人类学习、治愈、表现和决策的思路正在引起全世界的兴趣。据官方新闻社新华报道,2019 年 5 月,中国科学家在脑机接口(BCI)芯片方面取得了突破。这项技术被称为“脑语者”(Brain Talker),它在中国北方举行的世界智能大会上首次亮相。

据新华报报道,脑语者让人仅利用脑电波便可控制计算机或电子设备。脑语者由天津大学和中国电子信息产业集团联合研发,可识别脑电波从大脑皮质发送的小型神经元信息,然后解码信息,加快大脑与机器之间的沟通。科学家们希望加强这款芯片,以用于医学、教育和游戏领域。

韩国也在高丽大学的大脑信号处理实验室(Brain Signal Processing Lab)开展类似研究。那里的研究人员正在使用磁共振成像(通常称为MRI)和脑电图,其目的是构建人脑-计算机接口或人脑-机器接口。这个实验室希望利用数据分析和机器学习来诊断精神和神经疾病,包括轻度认知障碍、阿尔茨海默氏病、睡眠障碍、癫痫和抑郁症。

两家美国公司甚至在研究如何利用神经接口技术提高驾驶员的安全性。总部位于加利福尼亚的Trimble Inc.与总部位于马萨诸塞州的 Neurable Inc.建立伙伴关系,共同研究如何使用跟踪大脑信号和眼睛运动情况的人脑-计算机接口来提升训练效率和驾驶员安全。

一位退伍军人演示“动态进化生命”(Life Under Kinetic Evolution)手臂系统,它可实现近乎自然的臂部和手部运动。这个手臂是美国国防高等研究计划署“革命性假肢项目”(Revolutionizing Prosthetics Program)的一部分。美国国防高等研究计划署

加快恢复

利用脑电波控制机器人的技术对于身体健康的军人来说很有前景,但受伤的士兵也可从神经技术的进步当中获益。国防高等研究计划署于 2019 年2 月启动了一个旨在通过使用生物电子、人工智能、生物传感器、组织工程和细胞再生实现智能、适应性创伤恢复的项目。“组织再生生物电子”(BETR)项目旨在减轻遭受炸伤、烧伤的士兵所忍受的长期疼痛和苦难。

“组织再生生物电子”项目经理保罗·希恩(Paul Sheehan)在一份声明中表示:“伤口是生存环境,随着细胞与组织之间相互沟通并试图修复,伤情迅速发生变化。”“理想的治疗方法将感知、处理和应对伤情的这些变化,并进行干预予以纠正和加快恢复。例如,我们预期采取可调节免疫反应的干预措施,为伤口调集必要的细胞类型,或指导干细胞如何分化以加快愈合。”

国防高等研究计划署试图使用任何可用的信号(光学、生化、生物电子或机械信号)来监控生理过程,然后刺激它们,促进愈合和快速恢复。

“为了理解针对伤口状态适应性治疗的重要性,请考虑一下使用抗生素软膏的情况,”希汉解释道,“人们使用抗生素治疗简单的伤口,如果伤口受到感染,这样会有帮助。但是,完全消灭天然
微生物群会损害愈合过程。因此,如果没有反馈,抗生素的药效可能会适得其反。”

恢复肢体控制

丧失肢体功能或被截肢的平民和士兵也能从脑机接口技术当中受益。日本科学家正在使用它来改善中风患者的肢体功能。东京农业技术大学的研究人员发现,在视频辅助治疗中观察本人手部运动的中风患者能加快康复。

科学家们在 2019 年 7 月的同行评审科学月刊《IEEE 神经系统与康复工程汇刊》(IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering)的一篇报道中表示,中风会通过阻碍血液流入大脑使患者瘫痪。因此,在大脑健康区域履行受损区域功能的情况下,提升大脑的可塑性可帮助患者恢复运动机能。为了提升可塑性,中风患者可结合运动成像,这让他们能够通过想象自己正在运动来模拟一个动作。脑机接口技术发现并记录运动意图,同时观察自己或他人的手部动作。

神经接口还用于提升假肢的功能。国防高等研究计划署在新闻稿中表示,其手部自我保护和触摸接口项目的研究人员使用外周神经植入让被截肢者能够直接访问自然控制信号,“能够更自然、更直观地控制复杂的手部运动,并加入感官反馈,通过让用户感知握力与手部姿势,进一步改善手部功能”。

设置道德参数

随着特斯拉亿万富翁埃隆·马斯克 (Elon Musk)和 Facebook 等高端市场参与方公布脑机界面项目,关于大脑研究的宣传越来越多。马斯克成立了一家名为 Neuralink 的公司,该公司于 2019 年 7 月公布了一个使用脑机接口帮助瘫痪人士根据自己的思维进行输入的项目。另一方面,Facebook 将开发一款非侵入性可穿戴设备,让人们只需想象自己在说话就可以打字。
这些新的前沿领域带来根本性伦理问题。伦理学家认为,令人关切的问题之一是,将机器与人类大脑联系起来可能引发一个问题——这个人是否仍然是自我控制?

“对自动控制胰岛素释放以治疗糖尿病的血糖监测装置而言,这种代表患者做出的决策是没有争议的,”科学杂志《自然》2019 年 7 月的一篇文章指出,“但对大脑的善意干预并不总是受欢迎。例如,即使是在葬礼等负面情感被视为正常的情况下,使用闭环系统管理情绪障碍的人会发现自己无法获得这种情感体验。”

虽然军方、政府和研究医院与伦理学家合作制定新技术应用的伦理准则很常见,但商业运营常常“众所周知较为隐秘,而且很少受到监督,” 《自然》的文章指出。

一项关键的挑战是,各国在保护隐私的同时,为最大限度地发挥这项技术的潜力作出了多大努力。

《自然》的报告称,位于苏黎世的瑞士联邦理工学院的伦理学家马塞洛·伊恩卡(Marcello Ienca)表示,数字化存储的大脑数据可能会被黑客窃取或被获得用户许可访问的企业所使用。伊恩卡表示:“大脑信息可能是所有信息中最私密、最隐私的信息。”

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