作者:张懿 来源:文汇报 发布时间:2021/7/10 9:10:54
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世界人工智能大会SAIL大奖获奖项目“柔性脑机接口”在部分关键指标上已超越马斯克的项目
从背包兔到天线鼠,脑机接口大展“读心术”

 

上海张江的一个实验室里,生物脑与计算机正在尝试一种奇妙的链接。鼠、兔、猴等大脑信号,被植入大脑皮层的电极所读取,进而由科研人员尝试破译,从而了解其“所思所想”。随着软硬件技术以及“读心术”的升级,研究者希望这样的脑机接口技术能用于解读人脑、造福人类,并为人工智能发展打开空间。

“我们想要,或者说正在打造一张‘脑联网’,实现人类智能和机器智能的融合,这将是人工智能的终极状态。”研究团队负责人、中国科学院上海微系统与信息技术研究所副所长陶虎表示。

脑机接口是类脑智能研究的一根重要赛道,更因为赛道上的一个重量级玩家——美国特斯拉公司创始人伊隆·马斯克投资的Neuralink公司而备受关注。而据透露,在部分关键指标上,陶虎团队的柔性脑机接口已超越马斯克。此次,该项目获得了世界人工智能大会最高奖——SAIL奖。

看到“脑海”里的“波浪”

要不是背着一只可爱的粉红小包,陶虎实验室里的这只兔子,看上去没什么特别。虽然实验室人来人往,兔子倒也不怕生,该吃吃、该喝喝。吃饱喝足,它凑近栅栏,吸着鼻子闻闻笼子边的记者。看起来,这是一只身心健康、食欲旺盛、还有些好奇心的兔子。不过,抵近观察可以发现,这只兔子的头皮上缝过针,有电极从头顶插入,没入皮毛,而电极另一端连接着它的粉红小包。

研究人员表示,这只兔子被植入了脑机接口柔性电极,它的脑神经信号被读取后,通过粉红小包里的发射装置传到电脑。在这台电脑屏幕上,记者看到了一连串起伏的曲线,仿佛是这只兔子“脑海”里“波浪”的样子。

脑机接口是认知大脑重要功能、诊治重大脑疾病的核心关键技术。它可以被看作是大脑与机器进行信息交换的通道。一旦取得突破,有望大幅推进脑科学研究,提升诊疗能力,并赋能AI。

在陶虎的实验室里,除了兔子,记者还看到了不少小鼠,都被植入了脑机接口。由于老鼠体型太小,找不到适合的“小包”,所以,用来传输神经信号的无线模块直接被它们顶在脑袋上,看上去就像是“天线宝宝”。

世界领先的“植发术”

业内公认,脑机接口研究有三大难点:信号采集的带宽窄,植入手术创伤大,长期记录的稳定性差。国际上各研究团队的比赛,主要就是围绕这几点展开。之所以能得到世界人工智能大会的认可、获得SAIL大奖,正是因为陶虎团队在这三个难点上都作出了有价值的贡献。

借鉴集成电路芯片的制造工艺,团队研发出一种大规模脑机接口微电极阵列的加工方法,而且,能以“摩尔定律”的节奏推动技术升级,将电极越做越小、通道越做越多,采集神经信号的带宽越做越宽。而通道越宽,脑机接口能“听到”的“神经密语”也就越丰富,也越有希望解析大脑奥秘。

虽然集成了2640个微电极,但这根探针细如发丝。因此,它被植入大脑时,能完全避免开颅,有人开玩笑说就像做了个植发手术,几乎是无创的,术后的小动物也很快就恢复如常。

陶虎团队还在长期记录信号方面取得重要突破。此前,由于脑机接口的电极不够柔软,植入后会不断刺激脑组织,没多久就会被疤痕包裹,从而无法采集信号。而陶虎团队的电极采用了特殊材质,在刺入大脑皮层时坚硬如针,随后迅速变软,尽可能避免了对脑组织的刺激和损伤。

比超级计算机更强大

大脑是人体最复杂的器官,吸引着一代又一代人探索其奥秘。但大脑又是异常脆弱的器官,这也让这段探索之旅显得困难重重。目前,微系统所这支研究团队在脑机接口方面取得的进展,为未来进一步研究打开了空间。

陶虎告诉记者,人在阅读时获取信息的极限速度,最快可达每分钟3000字,是口语语速的10倍、打字速度的100倍。如果能通过脑机接口,让大脑绕过身体,直接与其他人或者信息网络进行信息交互,其效率提升的潜力可想而知。更进一步说,大脑有800多亿个神经元,而且彼此互连,构成了一个强大的网络。这样一台超级计算机,功耗却只有20瓦,仅相当于一只白炽灯泡。如果能让机器借鉴大脑或者依靠大脑开展计算,将极大提升全世界的算力,将人工智能推向终极形态——也就是人脑智能与机器智能的融合。

“人类正在进入一个‘人机物’三元融合的万物智能互联时代。”在讲述自己的梦想时,陶虎表示,脑机接口就是“人机物”三元融合的重要渠道,它可以真正发挥大脑优势,使其与万物互联,为万物赋能。

 
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