解放大腦的超能力,Miguel的神經學夢想

2013⋅04⋅03
解放大腦的超能力,Miguel的神經學夢想
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2013⋅04⋅03
解放大腦的超能力,Miguel的神經學夢想

你是否也對「獵殺代理人」這部電影留下深刻的印象呢?在該劇中,未來的人類已能夠利用科技,在真實世界中操控代表自己的機器「代理人」遊走天下,就像現實版的線上遊戲般,使用者在家就可透過意念控制專屬的仿生人上班、購物或參加社交活動,但你可能不知道,神經學家Miguel Nicolelis其實早在十年前,就已主導過不少類似的相關實驗,讓「念力」這項超能力不再僅限於小說和電影世界,而未來,人類或許還能夠藉由這項技術,造福因脊神經損傷而癱瘓的數百萬名患者,讓他們重拾行動能力!


講者Miguel Nicolelis是美國杜克大學一位赫赫有名的神經學專家,他在學校教書時總會提醒學生:「一個神經學家就像是天文學家,因為他們要面臨的腦細胞數量就好比宇宙數不盡的星系」,而就如Miguel所描述的,我們的腦中約有著數十億組神經元,幾世紀來,科學家們費盡心思想透過這些細胞,了解人類最初的面貌,因為,我們對世上所有的事物的看法,曾有過的歷史及往後未來將有的作為其實都來自於這些由無數神經元組成、一團團波濤洶湧的暴風圈,它們最終翻山越嶺,爆發形塑成各種諸如記憶、信仰、知覺、感受甚至是對未來的規劃和憧憬。


大腦的翻譯機─腦機介面

這些腦內風暴所譜出的樂曲就如Miguel兒子所述「聽起來就像是邊爆爆米花邊收聽訊號不佳的廣播電台」,這就是我們把音響接上腦袋後的情況,數百個腦細胞就像被烹煮料理般在鍋上滋滋作響,演出一曲即神秘又獨特的大腦樂章,而科學家們要做的,便是極盡所能地分析、解釋這些來自人類深層腦海,不平靜的音符。

「神經學家就好比是勇往暴風眼處挺進氣象學家,不同的地方在於,我們暴風圈生成的位置恰巧就在你我腦中。」-Miguel

12年前Miguel的實驗團隊就已經打造出一個所謂的「腦機介面」(brain-machine interface),他們設計了幾個感應器,好用來監聽記錄這些腦內的暴風交響曲,再想辦法擷取這些音符訊息,將之轉譯成數位語言,讓人造機械能在同一時間接收、理解這些訊息並順利運作,科學家們希望藉此評估機械和人體接收大腦訊息的差異性,若他們成功打造出能夠接收甚至回應大腦訊息的人工電腦,他們便能再次將這些訊息丟回人腦。

Miguel早在10年前就著手研究相關的實驗,他們找來一隻猴子明星Aurora擔任實驗對象,以柳橙汁作為利誘手段,誘使Aurora操縱搖桿玩簡單的電動遊戲,當游標移到螢幕上頭的目標時,猴子便能嚐到一小滴果汁做為獎賞,而身為聰明靈長類一員的Aurora甚至還會耍些小手段,在任務目標出現前就先亂槍打鳥地用搖桿滑動螢幕上的游標,Miguel還打趣地說:「你只需一小滴柳橙汁便能征服所有猴子,甚至所有靈長類都難以拒絕它致命的吸引力!」

就在Aurora沉迷於電玩和美味果汁的當下,實驗團隊可也沒閒著,他們全程紀錄了猴子腦中的活動過程,並將這些訊息傳送到一隻特製的機械手臂上,接收Aurora腦中的訊息,讓機器重現猴子腦中的行為。這起實驗的主要目的是要讓猴子在不需動用肢體的情況下,純粹使用腦中的意念來指揮螢幕上的游標,而驚人的是Aurora也確實學會了念力!這是人類有史以來,第一次將一個靈長類生物的意念從腦中解放,透過人工機器解讀大腦語言,最終順利和真實世界產生互動。

之後,Aurora更意識到自己在透過意念操縱機械手臂的同時,也保有自由操縱她本身肢體的能力,牠依舊能用手搔背、伸手抓人,做任何牠想做的事,這場實驗實現了猴腦和體外人造機器共生的想像,Aurora已能透過「腦機介面」釋放這些原本受限於猴腦中的欲望,並利用額外的人造機械手臂解讀訊息進而產生動作。


穿梭虛實之間的奇幻體驗

上述這些實驗,是神經科學家們早在10年前就已得到的結論和成就,時間快轉回科技發達的現代,科學家們甚至不需再透過機械手臂,僅需利用電腦技術,替猴子量身打造出一個專屬的虛擬角色,再運用猴子腦中的腦細胞活動來控制電腦上虛擬人物的行動,以虛擬猴子的身分探索虛擬世界。

在虛擬世界中所出現的物體在外觀上和現實生活並無明顯差異,但當虛擬猴子接觸到虛擬物件後,物件便會發出電子訊號,傳送回現實世界猴子的腦中,讓真正的猴子感受到觸覺!而在短短4周的時間裡,猴子的大腦就已知道該如何應付這個新感官知覺,就像習得了一項新技能或天賦一樣!猴子們也確實解放了原本受限於腦中無形的意念,在完全未經肢體、物理接觸下,為身在虛擬世界的角色注入靈魂。

在接下來的另一場實驗裡,科學家在電腦中設定了3個目標物,若猴子成功利用電腦中的虛擬手掌挑中正確的目標,便能獲得柳橙汁作為獎勵。這場實驗和10年前的實驗其實沒什麼兩樣,唯一的差別就在於,原本該有的實體機械手臂並未出現在此次的實驗,取而代之的是,一個完全不具物理形體的虛擬手臂,猴子必須完全利用意念操控虛擬手臂,再透過科學家為個別虛擬物件所設的電子訊號,虛擬猴子接觸虛擬物體後產生的訊息隨之傳送到猴腦中轉譯成觸覺,猴子便能透過這樣的程序摸索、挑選出正確的目標。

這張圖片上方的圖示紀錄了猴子在操縱「實體搖桿」時,其125組大腦腦細胞的活動情形,而下方的圖示則是猴子運用意念控制「機械裝置」和「虛擬角色」的情況,猴子的大腦已開始適應、容納接受這新天賦,就好像將這種感知方式視作是與生俱來的能力般。

這項驚人的發現實驗也證實了一點,我們的感官知覺及意識並非受限於形體的軀殼或表皮內,我們對音樂、汽車、運動和服裝的觀感其實都源自於我們大腦內的活動,透過這顆迷你智慧宇宙深處的無盡訊號所形塑而成。


讓癱瘓者重拾行動能力的超能力

在前幾年的另一場實驗中,科學家在位於美國東岸的杜克大學裡,安排了一隻猴子在踏步機上走動,接著,他們透過電腦技術,擷取、傳送了猴子腦中的訊號,並連結至一台位於日本京都ATR腦科學研究處的機器人上,如眾人所料,機器人就像被賦予生命般開始移動,而機器人移動的過程也被全程拍攝記錄傳送回美國,讓猴子意識到自己的超能力。一隻猴子竟能解放原本存於腦中的意念,運用「空想」的方式來控制一個體積大上6倍,遠在地球另一處的機器人,這確實是相當不可思議的一件事!

而科學家們對這個位於我們雙耳間小宇宙所做的任何努力,最終都可能為世上最棘手的神經學謎題帶來一道曙光,目前有數百萬人因脊椎神經受損問題,喪失了原有的行動能力,患者的大腦雖仍不斷發出各種訊號,但這些訊息始終無法跨越因肢體缺陷而形成的斷崖。Miguel最終的目的,便是為這些患者建造另一條取代受損脊神經的「替代道路」跨越斷崖,利用「腦機介面」解讀患者大腦的訊號,將訊號傳送至為患者量身打造的機械裝備上,讓患者重拾行動的能力。

讓魔法變成科技的秘訣

Miguel回想起他一路走來,漫長顛簸的過程「我在10年前發想這項計畫時被潑了不少冷水,大家都說要讓癱瘓者重新站起來簡直是癡人說夢!我回想到當自己還小的時候,親眼在電視上看著幾個瘋子胡言瘋語地吵說要飛上月球,那時我還真搞不懂NASA為何不乾脆直接派星艦爭霸戰的Kirk 和Spock執行這項任務,畢竟他們真的稱得上是箇中翹楚!」

任何新的科技發明在真正問世、達到普及之前,或許就只是天馬行空的想像,而將魔法變為科技,化夢想為實際的秘訣,或許,就如同Miguel外婆所說的:「『不可能』之所以存在,只不過是因為你付出的努力還不夠把它扭轉為『可能』罷了!」


撰稿:Paul

發佈於2013⋅04⋅03
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