这可不是科幻啊,科学家已经在脑机接口领域取得了很多进展。那脑机接口的原理究竟是什么?这项技术又面临什么瓶颈?
先说记忆移植,这又是一个好像只能在科幻片里看到的技术。几年前,如果别人跟你说,我要把我的记忆移植给你,你一定觉得他是个骗子。但现在用芯片备份记忆,不是天方夜谭了。
因为,科学家找到了一个技术实现的关键,如果有办法复制海马体,他就可以备份记忆。
这是怎么回事呢?
你可能知道,海马体掌管记忆,如果海马体退化或受损,人就会失忆,我们常说的阿尔茨海默症就是这个原理。但其实海马体并不是记忆的生产者,也不是存储记忆的硬盘,它只是记忆的搬运工。
你要是想长久记住一件事,一定要靠海马体把短期记忆转化为长期记忆才行。所以海马体更像是大脑里的记忆程序员。每当一条短期记忆要被转化为长期记忆的时候,它会对这些短期记忆进行编码,
然后输出一条长期记忆密码给大脑,大脑一看到这个密码,记忆就长期保存下来了。
2002年南加州大学的西奥多-伯格(Theodore Berger)教授发现了海马体的记忆密码,就开始尝试用芯片储存记忆密码的数据,再用芯片代替海马体程序员的工作,2013年他终于用猴子完成了实验。
他的备份过程大概是这样的:把芯片植入一只猴子大脑,然后训练这只猴子在30秒内按到正确的按钮。
接下来,把芯片复制到另一只猴子脑内,第二只猴子居然直接选择了正确的按钮,完成了本该通过训练才能完成的按钮动作。
记忆移植,听上去特别神奇,但技术实现并不神秘。伯格教授做的芯片,其实就是用数学模型模仿了大脑里海马体的功能。到2016年,伯格教授用记忆芯片尝试做人类实验,移植成功率已经接近80%。
当然这只是一段记忆的备份和复制,甚至像猴子的实验,只是一个行为的复制而已。但这是一个很有意思的研究方向,如果植入硬件发展到合适水平,人类意识可能真的会永存。
知名的脑机接口公司Kernel,在2016年,就想过把伯格教授的研究成果商业化。比如用脑机接口技术来实现记忆复制,甚至未来增强人类的记忆。
不过,目前进展不太顺利。但这些实验让更多人设想,如果记忆都可以用芯片的方式备份和储存,那人类的意识呢?情感呢?如果记忆、情感、意识都可以转化为电子信息,
储存在芯片中或者上传到云端,是不是一个人就可以在数字世界实现永生了呢?
显然抱有这样想法的不只Kernel公司和伯格教授。另一个执着于增强技术的脑机接口公司,就是埃隆·马斯克和他的NeuraLink。
在2017年马斯克进入脑机接口领域,因为有了他的加持,脑机接口一下子被推向硅谷明星的地位。
为何脑机接口就吸引了马斯克的注意呢?
因为马斯克看中了脑机接口可以给人类进化出“数字化第三层”。刚听到这个词有点懵,数字化第三层是什么意思?第一层和第二层又是什么?
这个概念是对照大脑目前的两层结构提出的。
最早大脑只进化出边缘系统,掌管着欲望,这是第一层。
后来大脑慢慢进化出大脑皮层,掌管着理性,这是第二层。
表面上,大脑的两层和谐共处,但其实,它们常常在大脑里打架。
你肯定有过这种经验,你的欲望与理性在大脑里发生争执。欲望想要吃巧克力,但理性告诉你巧克力热量太高了,会长胖。
这时候我们就需要马斯克说的第三层,来协调一下这两层的矛盾。
西北大学的莫兰-瑟夫(Moran Cerf)提出“感觉分离(sensory decoupling)”的概念。
“感觉分离”是说,你的体验和你的感觉,没必要非要绑定在一起。
就像刚才这个问题,你完全可以利用脑机接口,直接给边缘系统输送一些数据和算法,边缘系统收到数据,就有了“吃到巧克力”的感觉。
你获得了吃巧克力的乐趣和快感,但现实中根本不需要真的吃下一块巧克力。
如果脑机接口有一天真的可以让感觉分离,那会发生什么?
你可以设想一下,你可以用脑机体验性爱的愉悦,你可以感受极限运动的快感,你可以尝试不同经历的乐趣,却完全不需要亲自去经历它们。
除了感官体验的增强,马斯克所说的“数字化第三层”,还包括人类和机器智能的融合。
不过这种融合并不是刚发生的事。如果是你站在20年前看现在,就发现,现在的人类智能已经大幅度增长了。那时候美国总统都办不到的事情,我们今天轻易能做到。
比如你可以去搜索引擎找到任何问题的答案,能完成惊人的计算,可以存储超级大量的信息。从这个角度看,今天的人类和20年前的人类,甚至不是同一种生物了。
那当脑机接口可以实现“数字化第三层”呢?这就相当于,要把现在的手机、电脑,这些增长人类智能的数字设备,直接与大脑连在一起。
脑机变成了新进化出来的大脑结构,掌管数字智能。
实现数字化第三层之后,人类可以拥有计算机的存储能力和运算速度,因为可以随意调取计算机和云端的信息。
比如,你和朋友交谈,可以轻松引经据典;要完成任务的时候,也能快速分析对比所有潜在情况,找出最优解。
所以从知识的角度来说,拥有数字化第三层,意味着所有的知识都会成为你的知识武器。
听起来是不是很厉害?
但真的能实现数字化的第三层吗?现在的技术离实现数字化第三层还有多远呢?其实很远。因为脑机技术突破最关键的问题并没有解决,那就是“带宽”。
你可以把“带宽” 想象成脑电信号传递的通道,信息在大脑与计算机之间流动,流动通道有多宽,就决定了能流动信息的数量级和速度。
那我们看看大脑的算力有多大?我们大脑每时每刻释放的信息量是非常巨大的。假设大脑中1%的神经元同时放电,相当于能1秒就发送400部高清电影。
如果想要让大脑能够无障碍与机器沟通,脑机接口就应该也可以1秒发送和接收400部高清电影。但这是非常高的带宽,大概是现在最大带宽的几十万倍。
所以谁能先解决带宽的问题,谁离数字化第三层就更近。
把带宽这个问题换算成技术实现,你可以简单理解为单位面积电极的数量。
有时候我们需要的电极不会很多,比如你的大脑发出运动指令,让你的腿向前迈一步,可能需要几个电极就可以探测了。
但如果你是想把大脑中的某个简单的思考过程传输出去,想获取这个信息,几百个电极都不够。
而我们说过,现在商业化最好的植入式犹他电极,也只有100个电极,能采集几百个神经元的活动信号而已。
未来,带宽是脑机发展的关键突破。著名的未来学家雷-库兹韦尔(Ray Kurzweil)预测,到2045年,人类智能将在脑机文明上有上亿倍的增长。
如果没了解带宽的发展之前,你可能觉得他的预测不靠谱,但如果电极遵循摩尔定律的发展,库兹韦尔的预测也可能会成真。
为什么呢?实际上科学家对电极的研究,有一个所谓的摩尔定律,说的是单位面积电极数量的增长,一般每7.4 年翻一倍。如果电极能够同时记录100万个神经元,就可以做出全脑接口了。
但随着研发速度的加快,脑机接口的摩尔定律也可能赶上晶体管的摩尔定律,也就是每1.5年翻一倍,如果照这样计算,我们距离全脑接口,好像真的不是很远,可能只需要30年。