猴子用“意念”指揮機(jī)器人拿食物給自己吃

據(jù)《紐約時(shí)報(bào)》5月29日?qǐng)?bào)道，美國(guó)《自然》雜志5月28號(hào)在網(wǎng)上發(fā)表了一份研究報(bào)告稱，在猴子的腦中置入微型傳感器，猴子就可以控制機(jī)器人的手臂，指示機(jī)器人幫自己“干活”。這個(gè)研究表明了動(dòng)物神經(jīng)和復(fù)雜機(jī)器的結(jié)合是可能的，這將為因腦部和脊髓受傷、帕金森癥、老年癡呆癥等生活無(wú)法自理的病人帶來(lái)福音。這份報(bào)告將發(fā)表在本期的《自然》雜志上。

猴子的想法，機(jī)器人的行動(dòng)

機(jī)器人的手臂模仿人類建造，連著肩膀，有肘，但是只有兩只手指。猴子的手臂被綁起來(lái)，不能自由獲取食物，它們要想得到食物，必須借助外力。

在猴子的頭骨下方的運(yùn)動(dòng)皮層，科學(xué)家植入一個(gè)雀斑大小的傳感器。運(yùn)動(dòng)皮層是神經(jīng)中樞向胳膊和手指下達(dá)運(yùn)動(dòng)命令的細(xì)胞區(qū)。傳感器由100個(gè)微型電極構(gòu)成，每個(gè)電極都與一個(gè)神經(jīng)元連接，電極另一端的導(dǎo)線通向一臺(tái)電腦。

外置的電腦收集這100個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞發(fā)出的信息，然后將這些信息轉(zhuǎn)化為電子指令，同時(shí)傳達(dá)給機(jī)器人的手臂。最初是科學(xué)家利用電腦幫助猴子發(fā)出命令，移動(dòng)機(jī)器人的手臂，讓它們學(xué)會(huì)生物反饋。

幾天后，猴子就不需要人們的幫助了。它們穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)囟俗谝巫由希瑒?dòng)用自己的思想，通過(guò)外置電腦的傳達(dá)，熟練地指揮機(jī)器人伸出手臂，幫它們拿葡萄、藥屬葵等食物，和科學(xué)家放在它們眼前搖擺不定的東西。這一過(guò)程的困難在于每個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞都有自己想要選擇的移動(dòng)方向，“你需要弄清楚猴子究竟想往哪個(gè)方向移動(dòng)”，試驗(yàn)人員說(shuō)。

最后，猴子只用花費(fèi)原來(lái)三分之二的時(shí)間就可以把食物吃進(jìn)嘴里。猴子學(xué)會(huì)在靠近食物的時(shí)候，要把機(jī)器人的兩只手指張開(kāi)，拿食物的時(shí)候要適當(dāng)?shù)啬缶o手指，把食物放進(jìn)嘴的時(shí)候又要松開(kāi)手指。它們可以自由控制機(jī)器人的行動(dòng)，順暢、自然地把吃東西。

行動(dòng)障礙病人的福音

這項(xiàng)研究由美國(guó)匹茲堡大學(xué)和卡內(nèi)基.梅隆大學(xué)不同專業(yè)的專家完成，在美國(guó)生物醫(yī)學(xué)和工程研究中心進(jìn)行。試驗(yàn)選取猴子是因?yàn)樗鼈兊哪X部結(jié)構(gòu)與人類最為相似，而且猴子學(xué)習(xí)能力強(qiáng)。雖然對(duì)腦部受損的人來(lái)講，人腦控制行動(dòng)的彌補(bǔ)方法在實(shí)踐上還沒(méi)有取得成果，但是這個(gè)試驗(yàn)表明這在技術(shù)上是完全可行的。

在以前的一個(gè)試驗(yàn)中，一個(gè)癱瘓多年的病人，通過(guò)腦波就可以控制電腦屏幕上一個(gè)指針。另外一個(gè)試驗(yàn)中，靈長(zhǎng)類動(dòng)物可以用自己的思想就可以移動(dòng)機(jī)器人的手臂、手指，控制機(jī)器人在踏車和其他小型機(jī)器上活動(dòng)。

新的實(shí)驗(yàn)無(wú)疑又向前進(jìn)了一大步，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，猴子已經(jīng)習(xí)慣將機(jī)器人的手臂當(dāng)成自己身體的一部分利用，而且與神經(jīng)活動(dòng)同時(shí)同步。

科學(xué)家評(píng)價(jià)說(shuō)，這個(gè)發(fā)現(xiàn)對(duì)那些腦部、脊髓受傷的人和截肢患者，特別是從伊拉克和阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)歸來(lái)的受傷老兵，甚至是癱瘓病人、帕金森癥、老年癡呆癥患者的治療，都有很大的意義。威廉姆. 希德克斯是研究小組的主任，他說(shuō)，“這項(xiàng)試驗(yàn)總結(jié)了以前的試驗(yàn)成果，將會(huì)為某些病癥提供新的補(bǔ)救方法。”

布朗大學(xué)人腦科學(xué)研究中心的主任約翰.多諾霍說(shuō)，“這份報(bào)告很重要，它全面解釋了僅僅通過(guò)腦部活動(dòng)，動(dòng)物與復(fù)雜的機(jī)器結(jié)合在了一起。”科學(xué)家說(shuō)，實(shí)驗(yàn)的短期目標(biāo)是為全癱患者制造這樣的機(jī)器，最終目標(biāo)是了解人腦的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

“給機(jī)器人安上關(guān)節(jié)和靈活的手指”

報(bào)告的合作者、主要的研究人之一、匹茲堡大學(xué)的神經(jīng)生物學(xué)教授安德魯.施瓦茨說(shuō)：“在現(xiàn)實(shí)的世界，事情不會(huì)像我們想象的那樣發(fā)展。有很多情況我們無(wú)法預(yù)料，比如說(shuō)食物粘在手上，或者食物滑落，這些我們都無(wú)法編寫進(jìn)電腦程序中。但是猴子可以適應(yīng)這些情況，它們會(huì)舔站在機(jī)器人手指上的食物，會(huì)把食物硬塞進(jìn)嘴里，好像是在使用自己的手臂一樣。”

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這項(xiàng)方法要進(jìn)入實(shí)踐領(lǐng)域，還有幾個(gè)障礙：移植入人腦的感應(yīng)器的作用時(shí)間不會(huì)超過(guò)一個(gè)月，科學(xué)家也無(wú)法解釋其中的原因；用于讀取、轉(zhuǎn)換神經(jīng)信息的設(shè)備需要全天候的監(jiān)視和校正，而且至今沒(méi)有發(fā)現(xiàn)不植入人腦皮層、也能夠成功運(yùn)行的無(wú)線設(shè)備。此外，機(jī)器人手臂的精確度也需要改進(jìn)。施瓦茨說(shuō)，“真正的病人需要機(jī)器人做的事情是扣扣子，拉拉鏈，所以我們必須給機(jī)器人手臂安裝上關(guān)節(jié)和更靈活的手指。”

很多科學(xué)家都在致力于解決這些問(wèn)題，而猴子在試驗(yàn)中表現(xiàn)出來(lái)的快速的學(xué)習(xí)能力讓科學(xué)家相信，大腦要控制身體某部位的運(yùn)動(dòng)，只需要對(duì)應(yīng)的神經(jīng)中樞發(fā)出指令就可以了，神經(jīng)中樞沒(méi)有必要精確地控制每一塊肌肉，而且，只要100個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞就可以控制機(jī)器人手臂和手指的活動(dòng)。這讓科學(xué)家對(duì)這個(gè)方法進(jìn)入實(shí)踐充滿了信心。

蒙特利爾大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家約翰.卡拉斯卡，將在本期《自然》雜志上發(fā)表文章稱：如果這些惱人的問(wèn)題都解決了，科學(xué)家可能會(huì)發(fā)現(xiàn)在比人腦頭骨下的運(yùn)動(dòng)皮層可以更準(zhǔn)確、更敏感地控制外部機(jī)器的區(qū)域。這樣，病人不僅可以通過(guò)“同步指令”的機(jī)器活動(dòng)，還可以以一種更自然、更真實(shí)的方式表達(dá)完整的思想，更順暢地用機(jī)器代替他們的生活。