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《流浪地球2》的现实倒影(三):从脑机接口到数字永生

2023-02-12 10:29
脑极体
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是人,就会死。

这个事实听起来或许很悲哀,但电影《流浪地球2》在一开始,就给出了另一种可能性——疯狂科学家进行数字生命实验,通过连接大脑的电极片,将思维意识上传到计算机,从而让人永生。

电影开头的这位印度裔科学家,看起来精神不太稳定的样子,但他这个想法,以数字化的形式把人留在世界上,还真挺务实的。

一来,数字化破除了肉身的天然限制——细胞会衰老,脏器要衰竭。数字永生无疑是更靠谱的永生方式。

二来,思维上传,也被称为全脑仿真(WBE,Whole Brain Emulation),将一个人的思想、个性、情绪、记忆都映射到其他载体上,比如计算机、机器人甚至克隆体上,是科幻作品中反复出现的题材,而且是一个令人信服的概念。

数字永生,听起来很玄幻,是连电信诈骗老头老太太都不屑于使用的招数,但技术可能比我们想象的更近。

《流浪地球2》的现实倒影(三):从脑机接口到数字永生

对于数字永生,原著作者刘慈欣在近期的一场访谈中提到:数字永生需要信息技术和脑科学的共同进步,其中信息技术进展很快而脑科学进展较慢,如果脑子里的信息取不出来,就不可能实现永生。

这样看来,数字永生是否能成真,关键证据是脑科学的进展。

进一步拆分这个问题,数字永生有两种形式:单向和双向,进程也各不相同。

双向永生,指的是数字化身还可以和人进行互动和回应,就像《流浪地球2》中,图丫丫的思维片段被转移到数字生命卡上,在强大的量子计算机加持下,可以与外界正在发生的人和事进行互动。

单向永生,指的是思维上传到非生物媒介上,比如芯片、计算机,以被动的“只读”形式存在。

不难看出,双向永生需要完成思维复制、思维上传、思维保存、思维转移等一整个大脑模拟过程,任一环节掉链子,都可能打断数字化身的读档条,导致永生失败。所以,图丫丫那样的双向交互式数字生命,距离现实确实有些遥远。

而如果我们将目光放到单向永生,会发现脑机接口这一技术的最新趋势,正在让思维上传走进现实世界,成为揭开永生奥秘的阶梯。

攀登永生天梯的第一步:给大脑放一个“信号塔”

爱好科幻或关注科技新闻的读者,可能早就听过“脑机接口”这个名字。埃隆·马斯克的脑机接口公司Neuralink,可能是这个领域最火的公司。就在刚刚过去的2022年底,马斯克在发布会上展示了猴子用脑机接口控制光标打字的场景。

而神经科学研究也已经证明,电极和纳米传感器可以记录神经元,并创建大脑的完整地图。

总而言之,通过BCI芯片获取大脑信号,正是思维上传的第一步,这在理论上是可行的。

《流浪地球2》的现实倒影(三):从脑机接口到数字永生

(脑机接口(BCI)的实现方式)

BCI脑机接口芯片,就相当于在大脑里放入一个“信号塔”,如同手机基站一样,只不过接收的信号是大脑神经元发送的电信号。

也可以通过非侵入式进行,比如将传感器和电极片直接放置在头部,可以轻松地放置和移除。但就像手机信号一样,基站离手机越近,信号就越强,非侵入式BCI会被头骨阻挡,获得的电信号是模糊且不精确的。大脑发出的信号,光标、机械手臂等捕捉不到,自然无法控制自如。

当然,马斯克Neuralink的理念“在人脑和人工智能之间实现共生(symbiosis)”,还太过超前。脑机接口的下一步,可能是让一部分人先“脑控”起来。

攀登永生天梯的第二步:让一部分人先学会“脑控”

其实脑机接口最早的研究角度是军事。加州大学洛杉矶分校(UCLA)在1970年就开始研究BCI,由美国国家科学基金会资助,随后拿到了国防高级研究计划局(DARPA)的合同。靠脑控来遥控直升机、解析密码之类的操作,属于大气层的高端局,离普通人的生活很遥远,这些“科技军事鬼故事”,咱们就不过多展开了。

目前来看,普通人能够从脑机接口中很快受益的,主要是两类:

第一类人——患者。

我们知道,一些疾病会导致某些神经遭到破坏彻底失能,从而阻碍了很多正常生活功能,比如神经受损导致的瘫痪,患者手臂或腿不能活动;阿兹海默症、癫痫等疾病,手部神经末梢无法控制,剧烈抖动而生活无法自理。这些情况,给患者及其家属带来了无尽的痛苦与折磨,脑机接口作为一种先进的神经通信形式,可以帮助患者恢复部分功能,比如脑控轮椅、 脑控机械手臂、脑控键盘等。

近年来,脑机接口的医疗应用,也开始出现一些新的变化:从低效到高效。

以往我们认为,患者使用BCI来控制复杂机械是非常消耗体力的,而且效率很慢,不过技术的准确度、精度、计算速度都在提升,脑控已经不再是一件猎奇新闻了。

2017年,彼得·斯科特确诊渐冻症,不得不进行全喉头切除手术,再无法发出自己的声音。所以在手术前,他特地录制了15个小时的音频语料,并用AI进行训练学习,手术之后,通过脑机接口来采集脑电波,AI学习他的表述习惯,通过上下文感知来预测下一个词会输入什么,然后用合成语音讲出来,大大提高输出效率,减轻了患者的体力负担。

从侵入式到非侵入式。脑控在专业医疗的应用,长期以来都是通过侵入式BCI来实现的。不过,近年来,非侵入式BCI也开始在医疗场景下表现出一定的效果,这对于更多患者生活的改善会有很大的帮助,毕竟侵入式手术风险和费用都更高。

2022年发表在《iScience》杂志上的一项新研究显示,几名四肢瘫痪的患者成功操作一种脑控轮椅,通过了一个充满障碍的房间。这是首次通过非侵入式BCI实现脑控轮椅的案例。

《流浪地球2》的现实倒影(三):从脑机接口到数字永生

另一类人——极客。

非侵入式脑机接口采集信号是比较粗糙的,无法进行精确的操作。作为可穿戴设备,进行简单的交互和娱乐,倒是可以胜任的。脑控游戏、脑控元宇宙这些新鲜事物,未来主义者或极客们扮演着率先吃螃蟹的角色。

韩国的Looxid Labs,就在VR眼镜中潜入了脑电波传感器,用来收集用户的情绪数据,以确定用户在观看广告时的情绪状态,从而支持更好的广告投放策略。

Neurable公司则开发了世界上第一款脑控VR游戏,玩家坐在电脑前戴着脑电图耳机,就能遥控驾驶汽车。2021年,这家公司又推出了Enten 耳机,用智能技术检测注意力,帮助用户培养专注的习惯。听起来似乎很适合用在学生教育场景上。

NextMind公司则在CES 2020上推出了一款可以记录大脑电活动的可穿戴设备NextMind Dev Kit,是非侵入性眼动追踪软件的升级版,这家公司也在2022年被Snap收购。

《流浪地球2》的现实倒影(三):从脑机接口到数字永生

中国也有达摩院、天桥研究院、科大讯飞、汉王科技等一批先行者,围绕脑机接口和人工智能等领域就开展研究。

正如霍金生前所说,通信的未来是脑机接口,它可以利用新技术革命的各种工具,来改善人类的生活。

脑机接口的潜力,或许不是遥远的永生,而是充当人脑与智能手机、耳机、VR等外部设备之间的桥梁,让一部分人重新听到风的声音、发一条微博、给自己倒一杯水。

这或许是一个隐喻,唯有重视人们在此时此刻的幸福与舒适,才可能最终推开永生之门。就像刘慈欣曾说的:给岁月以文明,而不是给文明以岁月。

攀登永生天梯的第三步:让脑机接口更好用一点

那么,科技行业能够做些什么,让脑机接口在当下更好地服务于人呢?

目前来看,有三个方向是值得期待的:

1.材料进化。

以前,侵入式脑机接口采用刚性器件,比如金属探针,BCI芯片体积较大,这些都可能给精密的脑组织带来损伤,大部分人敬而远之。

2015年,麻省理工学院的研究小组在用电极测量大脑多巴胺水平时,该电极只维持了一天的工作,并且由于体积太大,大脑产生了瘢痕组织。

不过,现在侵入式BCI开始使用柔性材料、薄膜器件等新技术,制造方法不断进步,生物相容性极大提高,体积缩小,耐用性和可拉伸性也有了显著进展。让侵入式BCI降低创伤,在体内更加稳定,甚至实现非侵入性神经调控。

比如加州大学伯克利分校的一个研究小组,就制造出了一粒沙子大小的植入式传感器,称为“神经尘埃”,这项技术也被马斯克的Neuralink吸收。

麻省理工学院新开发出的10微米的探针传感器,在每只实验动物的大脑中进行了393天的可靠性测试,期间一直没有中断工作,也没有发现大脑瘢痕组织的产生。

这些突破,意味着侵入式BCI正在变得越来越安全。

2.AI增强。

很长一段时间来,BCI研究处于“progress today, backlash tomorrow.”(今天进步,明天反弹)的波折之中。2016年以深度学习为核心的AI走红,在脑机接口领域不断渗透,人工智能算法和算力可以帮助BCI系统提高性能,基于AI增强的下一代脑机接口越来越受到关注。

比如,采用深度神经网络(DNN)从大脑信号中提取特征并解码大脑状态,从而精确评估人的心理和认知。人的意识活动信号是高维、复杂的,通过神经网络来构建基于脑电图(EEG)的情绪识别转移模型,对心理活动进行洞察。

《流浪地球2》的现实倒影(三):从脑机接口到数字永生

另外,人的心理活动会反映在多种维度的数据上,比如皮肤反应、面部表情、眼球运动、体温变化等,这些不同维度的庞大数据要进行分类、处理、综合分析,是一件非常庞大的工作,有了AI的加入,处理多模态数据将变得更高效,这也是目前BCI领域的一个重要研究方向。

AI驱动科学研究范式的转换,也将给脑机接口这项高精尖技术带来了颠覆性的变化。

3.商业产品加速创新。

以前,普遍认为侵入式BCI投资回报比不高,受试者承担了脑部植入手术的风险,但科学家对大脑百亿个神经元的复杂运作机制了解十分有限,脑机接口并不能极大地改善受试者的生活质量,大多存在于实验室或临床试验中。

但随着技术的逐步发展,脑机接口展现出了极强的技术实用性,人们对于“脑机接口”这个概念的认知也更加成熟和理性,比如人工耳蜗就是一种帮失聪者找回听觉的脑机接口,目前已经深入人心,应用很广泛了。

麦肯锡《 The BioRevolution Report 》预计,未来10到20年,全球脑机接口产业将产生700亿至2000亿美元的经济价值。可以预计,无论是医疗应用还是日常可穿戴设备,会有更多机构加入到BCI领域中来,加速产品创新优化迭代,脑机接口产品会越来越多、越来越好用、普惠。

或许不远的将来,未来患者用大脑信号控制机械手臂,自己吃饭穿衣,与外界自如交流,也会像人工耳蜗一样普及,不再是少数人的特权。

奇点大学创始人雷·库兹韦尔(Ray Kurzweil)曾经在《梦幻之旅:活得足够长才能永远活下去》中,给出了大多数人能做的通向数字永生的办法——你要生活得好,尽可能限制衰老和疾病的影响。

只要活得够久,或许我们真能等到数字永生成为现实的那一天。

永生天梯之上的未知领域

说了这么多现实中的事情,脑机接口的前景好像十分光明、一片坦途。

不过,科技行业从来都不只是技术本身。关于脑机接口的伦理道德挑战,支撑普遍商用的产业链体系,成熟的商业模式等,还需要漫长的反复、探索、博弈。

不得不说,数字永生这一设想,提出了很多值得认真考虑的问题。植入某些设备之后,人能多大程度地保有自己?

《流浪地球2》的现实倒影(三):从脑机接口到数字永生

技术延缓了衰老甚至死亡,会不会加剧社会、经济和阶级差异?

一个社会既有活生生的人类,又有永生的数字生命,它将如何运作?

刘慈欣曾在《时间移民》中畅想了这样的场景,1000年之后,人类社会进入“无形时代”,有身体的真人生活在有形世界,但很大一部分人选择了数字永生,连机器的身体也不要了,就生活在量子芯片里,活成了一些量子脉冲。

在数字世界里,人们可以真正随心所欲,创造想要的一切,比神更有力量。《流浪地球2》中,图丫丫与图恒宇获得了永恒的生命,永远幸福地生活在一起,这个结局也安慰到了很多观众。

总之,和充满烦恼的现实世界相比,无形世界如同毒品一样有诱惑力。这究竟是全人类的天堂还是末日?这就是哲学家的领域了。

当然,如果我们永远无法解决脑机接口乃至数字永生的一系列技术挑战,所有问题都是没有意义的。至少在技术领域,永生的大幕已经掀开了一角。

       原文标题 : 《流浪地球2》的现实倒影(三):从脑机接口到数字永生

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