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『意念移物』原來真的可以

北京科技報   04-07-29 09:04

    曾經,我們在電影、小說中看到『意念移物』的神話;曾經,我們將『意識的作用』視作唯物主義的禁忌……

  今天,我們要為我們的『主觀臆測』付出代價,而『意念』的『威力』已不再是《黑客帝國》、《蜘蛛俠》的專利。

  因為,現實之中科學家真的把這種『威力』施展了出來———

  在一個月黑風輕之夜,一大批『機器戰士』悄無聲息地向某座敵國城市發起總攻。而此時,控制『機器戰士』的士兵們正端坐在距離戰場數千公裡之外的電腦控制室裡,憑借自己的大腦思維,用意念靈活自如地操縱『機器戰士』在戰場上作戰……不要以為這又是好萊塢科幻大片《黑客帝國》中的情節———美國五角大樓的國防遠景研究計劃署已投入首批2400萬巨資,在全美6個實驗室中進行意念控制機器的研究工作。

  美國國防遠景研究計劃署的終極目標,就是希望能造出可用大腦意念控制的『機器戰士』。如今,這項研究已經取得重大進展。

  2004年7月9日,美國加州理工學院的穆沙拉姆研究小組在《科學》雜志上報道了意念控制機器的最新研究成果:他們『解碼』了從猴子大腦中記錄下的意念信號,並進而用意念成功地對機械實驗裝置進行控制,朝著開發出用意念控制機器的方向邁進了重要一步。

  穆沙拉姆將他們的實驗裝置稱為『腦-機接口』(BMI),意思是大腦和外界之間建立起一種直接的交流通道。

  無獨有偶,在米格·尼古拉利斯領導的美國杜克大學神經工程中心的實驗室裡,不久前也發生了一件令科學界乃至整個世界為之贊嘆的事情:一只機械臂將機械手伸出,從一邊擺到另一邊,試著從空中抓東西,動作栩栩如生。

  令人稱奇的是,杜克大學實驗室裡的機械臂不是由人們設計好的電腦程序控制的,而是一只恆河猴以意念指令來動作的。

  要看看這些指令來自哪裡,你得順著一束電纜離開實驗室,穿過走廊,到另一個房間。

  這個房間裡竟然坐著一只恆河猴!

  這究竟是怎麼回事?

  猴子身後的電纜顯示了實際情況:它們接到電腦後面,然後再伸出來,最後同那只猴子頭上的一個『瓜皮帽』相接。

  『瓜皮帽』底下有四個塑膠接頭。從這些接頭伸出一組微細的金屬絲連接的微電極,並插入猴子大腦頂葉皮質區。

  頂葉皮質是腦中負責籌劃動作,並傳送指令給脊髓神經細胞執行計劃的組織。那100根微電極每一根都靠近單一個神經元;當神經放電時,鄰近的微電極就會攫取其電流,順著一小簇金屬絲往上傳遞,穿過實驗猴的頭蓋,抵達小隔間外桌上的一臺稱為『哈維箱』的電子裝置。

  猴子最終只要『想』,而不用『做』,就能達到控制機械臂的目的。

  實驗開始時,這只猴子右手抓著操縱杆,眼睛盯著一個電腦屏幕。它曉得,只要把操縱杆向左或向右移動以對應屏幕上的亮點位置,就會有一滴果汁送進它的嘴裡。

  它喜歡玩這種游戲,也相當在行。

  屏幕上的亮點從一邊移到另一邊;當這個點停住的時候,點的周圍有個圓圈就變大了。這個點代表的是那只機械臂在另一個房間裡的移動情形,而圓圈的大小則顯示出機械手緊握的強度。

  當實驗猴看到前方突然閃現亮點,而決定向左或向右移動操縱杆與亮點對應時,它腦中的微電極就會記錄到活化的皮質神經元所產生的電流訊號,並將該訊號傳至『哈維箱』。

  哈維箱將訊號收集、過濾並放大之後,傳遞給位於隔壁房間的電腦。接下來,電腦對於實驗猴手臂即將采取的動作進行預測,並將該訊息轉換成可讓機械手臂產生相同動作的指令。

  經過幾天的訓練,科學家成功地讓猴子學會了用被它們的思維所控制的光標去觸摸屏幕上的光點,而不再直接用手去觸摸操縱杆。也就是說,猴子最終只要『想』,而不用『做』,就能達到控制機械臂的目的。

  最早在上個世紀末期,意念控制實驗就已付諸實施,實驗對象是老鼠,當時大獲成功。

  早在1993年,尼古拉利斯和美國漢尼門大學的約翰·查賓合作,成功記錄到了老鼠大腦頂葉皮質5個不同區域裡46個神經元的電活動情況。

  他們教一只被關在籠子裡的老鼠用意念來控制飲水裝置,研究人員在老鼠的頭上安置了一套小型的『腦-機接口』。『腦-機接口』與操縱杆———水槽通路成一並聯關系。每當老鼠按動操縱杆的時候,『腦-機接口』就會同步記錄下老鼠大腦皮層運動區內46個神經元的電活動情況。

  當確信老鼠已經建立了通過按動操縱杆來獲取飲用水的條件反射以後,研究人員切斷了操縱杆與活動水槽之間的聯系,而將水槽與『腦-機接口』連在了一起。

  在接下來的時間裡,研究人員終於讓老鼠漸漸地意識到,即使它不用前爪去按動操縱杆,只要它眼睛盯著水槽,心裡想著自己要用前爪按動操縱杆,水槽也會被自己的意念所驅動的機械臂帶動,繼而送水進來。

  漸漸地,參加實驗的6只老鼠有4只學會了這一本領———只要腦子裡想著要去按動水槽,與它們的大腦相連的BMI就會幫助它們讓水槽送水進來。

  『意念控制』技術的研制也面臨著不少難題,微型電極的植入手術就是難題之一。

  人不同於實驗動物,除了要讓BMI能正常工作,BMI還不能對人的大腦組織造成額外的傷害。這就要求研究人員一面要潛心發展BMI,一面還要與神經外科專家合作,共同探討適合的手術方式和手術技巧。

  此外,研究人員還要和電子工程專家合作,以制造出體積更小、重量更輕、而靈敏度卻要更高的微型電極。

  現在,研究人員已經制造出了40到50個微米大小的微型電極。在最近的一次實驗中,研究人員在一只短尾猴大腦皮層的8個不同區域同時植入了704個微型電極,並且成功記錄到了318個神經元的電活動。

  穆沙拉姆小組計劃在未來五年內,建造一個能由腦中埋有電極的人控制的機械臂。

  該小組的目標是使肢體癱瘓的人有個新工具,能讓日常生活進行得更容易些。比如說,機械手臂按照人腦中的想法而運動:在黑板上寫下一行公式,或是給自己倒上一杯牛奶。對於像『當代的愛因斯坦』霍金這樣的人,它的意義卻是無與倫比的。

  一些樂觀的科學家相信,隨著研究的深入,『意念控制』技術必將更加成熟。在未來,也許不必將電極植入大腦即可讀取精確的意念信息。

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