《電子技術(shù)應(yīng)用》
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斗不過人工智能?植入大腦的“神經(jīng)織網(wǎng)”或許可以幫助人類

2018-10-06

  北京時間9月30日消息,,據(jù)國外媒體報道,太陽能自動駕駛汽車,、可重復(fù)使用的太空船、超級高鐵運輸系統(tǒng),,以及前往火星的殖民任務(wù)等:伊隆·馬斯克一心想把這些曾經(jīng)遙不可及的幻想變?yōu)楝F(xiàn)實,。但是,這些技術(shù)中還沒有一項能讓他變得像人工智能一樣“狡猾”,。在2016年的Code大會上,,馬斯克公開表示,鑒于目前人工智能的發(fā)展速度,,人類可能最終會被“遠遠地”拋在后面——無論是在認(rèn)知上還是在智力上,。他對這一悲觀命運的解決方案是一個全新的腦機接口,類似于蘇格蘭科幻小說家伊恩·班克斯在《迎風(fēng)舵輪》(Look to Windward)一書中描寫的可植入“神經(jīng)織網(wǎng)”,。除了作為某種通過儀禮,,這種腦機接口還能使人類大腦升級,以便與具有人類水平或更高智能的人工智能競爭,。

  毫無疑問,,許多公司和機構(gòu)都在開發(fā)更聰明的人工智能,但我們距離制造出一個神經(jīng)織網(wǎng)還有多遠,?在Code大會上,,馬斯克表示他并不知道有任何公司在從事這方面的工作。于是,,之后他共同創(chuàng)立了Neuralink公司(“Neuralink公司正在開發(fā)超高帶寬的腦機接口,以連接人和計算機”),。關(guān)于神經(jīng)織網(wǎng)的研究正在順利進行中,。2015年,由哈佛大學(xué)馬克·海曼化學(xué)教授查爾斯·利伯領(lǐng)導(dǎo)的一個團隊在發(fā)表于《自然-納米技術(shù)》的論文中描述稱,,一種類似織網(wǎng)的電子網(wǎng)可以被3D合成并注入到大腦等生物結(jié)構(gòu),。這是非常重要的一步。

  在2016年發(fā)表于《自然-方法》的論文中,,查爾斯·利伯的團隊對初期工作進行了擴展,,顯示網(wǎng)狀大腦植入物可以整合到小鼠大腦中,使其神經(jīng)元記錄能持續(xù)至少8個月,。在今年發(fā)表于《神經(jīng)病學(xué)新觀點》的論文中,,查爾斯·利伯和同事寫道:“我們的工作前提是,通過匹配電子和生物系統(tǒng)——二者傳統(tǒng)上被視為不同實體——的結(jié)構(gòu)和機械特性,,應(yīng)當(dāng)可以實現(xiàn)無縫集成,?!睂τ谙M@得神經(jīng)織網(wǎng)的人來說,這項成果意味著什么呢,?

  Nautilus網(wǎng)站對查爾斯·利伯進行了采訪,,這位杰出的科學(xué)家或許將使科幻作品的場景變?yōu)楝F(xiàn)實。以下便是他們的采訪記錄,。

  你們實驗室的目標(biāo)是打造某種神經(jīng)織網(wǎng)嗎,,就像伊隆·馬斯克所提到的那樣?

  我真的不認(rèn)為這是不現(xiàn)實的,。有些人會說,,“好吧,我們已經(jīng)可以通過腦機接口做很多事了”,,這沒錯,。但我認(rèn)為今天實際的腦機接口太粗糙了,而且非常依賴大腦以外的計算能力或信號分析能力,。我們要做的是制造一個可以進行神經(jīng)通訊的電子回路,,或者就像伊隆·馬斯克說的,一種神經(jīng)織網(wǎng),。而且,,即使這是一個人造結(jié)構(gòu),但在生物系統(tǒng)看來,,它也和自然的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一樣,。

  從一開始,包括第一篇論文的許多評論者在內(nèi),,沒有人相信我們可以通過針頭注入電子設(shè)備,,然后又不破壞電子設(shè)備。這其中有很多其實與生物無關(guān),。這其實涉及的是材料科學(xué),,并且表明你可以將其注入到其他類型的結(jié)構(gòu)中。此外,,其他可植入大腦的電子設(shè)備總是會引起某種類型的免疫反應(yīng)和損傷,,很可能是由于將堅硬的東西放入軟組織時引起的并發(fā)癥:當(dāng)你四處走動時你的大腦也在運動,而大腦與植入物的運動并不同步,。植入物會殺死細胞,;而且,由于體積更大,,細胞和生物系統(tǒng)顯然更容易將其視為外來物體并嘗試攻擊它,。

  然而,我們的理念看起來將是非常有利的,,因為解決了免疫反應(yīng)問題,,然后使我們可以進行測量和調(diào)節(jié)神經(jīng)回路,。對于我們實驗中所用的嚙齒動物而言,這基本上可以維持一生,,這是前所未有的,。

  能否這么說,正如伊恩·班克斯在他的小說中描述的那樣,,神經(jīng)織網(wǎng)會在大腦中形成,,然后圍繞著大腦生長并與之融為一體?

  實際上,,大腦是在神經(jīng)織網(wǎng)中生長,。當(dāng)神經(jīng)織網(wǎng)被注入時,這個二維的織網(wǎng)最終就像個圓筒,,但仍然是織網(wǎng),,其中填滿了組織。在某些我們還不了解所有細節(jié)的過程中,,顯然會出現(xiàn)一些組織再生,,而且一些重塑組織會重新填滿最初針頭把組織移走后留下的空間。然后,,一些東西會保留下來,,并滲透到大致圓筒狀的織網(wǎng)結(jié)構(gòu)中。你可以想象在這個網(wǎng)絡(luò)或織網(wǎng)中同時注入干細胞,,使受損組織重新生長起來,。利用一些刺激和填充物,你可以用你想要的方式使其重新連接——有點科幻小說的感覺,,但并不瘋狂,。在科學(xué)上,我有時會感到很失望,,但這是一個令我們驚喜不已的例子,。這肯定是在物理上可能的范圍內(nèi)。

  您如何看待伊隆·馬斯克的觀點,,即我們需要神經(jīng)織網(wǎng)與超級人工智能競爭?

  是的,。我認(rèn)為這是件好事,,但也包括兩個方面。一是這可以幫助那些有某種不便或疾病的人,,另一方面則更顯而易見,,這可以使人類的能力增強。很顯然,,關(guān)于這一點總是存在倫理問題,,但歸根結(jié)底,,這種可能性是存在的。我們的目的是為了人類的利益,,也許聽起來我有點像理想主義者,。我認(rèn)為我們的目標(biāo)是做一些可能的事情,首先是糾正缺陷,。而且我不介意(大腦)增加1TB的內(nèi)存,。

  神經(jīng)織網(wǎng)如何起步?

  在個體神經(jīng)元水平上,,神經(jīng)織網(wǎng)可以追蹤與神經(jīng)回路衰老有關(guān)的變化,。我們已經(jīng)有能力向那些變慢的回路輸入刺激。事實上,,你可以反復(fù)刺激,,并嘗試將行為恢復(fù)到你30歲或50歲時的狀態(tài)。

  我認(rèn)為,,這將在生物學(xué)水平上為衰老和神經(jīng)退行性疾病提供非常詳細的線索,。這可能是我的實驗室更感興趣的地方,因為我認(rèn)為這是一個更易處理的問題,。大多數(shù)關(guān)于某種動物或某個人隨時間變化的研究都是通過磁共振成像(MRI),,或者類似技術(shù)完成的。但是,,MRI的分辨率非常低,,就我們所謂的縱向研究而言,情況會發(fā)生很大的變化,。它告訴你,,“嗯,大致上,,這一區(qū)域有什么事情在發(fā)生”,,但如果你真正想要開始區(qū)分,或者以更精確的方式處理某些情況時,,就需要更加接近細胞水平的視角,,在原理上,只有這些電子測量手段才具有這樣的能力,。

  從2000年初開始,,這項工作一直在進行,而且我們的早期工作——在基于芯片的平臺上開發(fā)基于納米級電線的新型納米電子器件——確實起到了推動作用,。但是,,歸根結(jié)底,生物學(xué)是非常三維立體的,。盡管可以將某些或多或少為二維的東西粘貼到三維的組織中,,但這并不是生物學(xué)運作的方式——三維中大量的連接非常重要,。

  我們做的第一件事是創(chuàng)建第一個三維晶體管:在某種意義上,三維意味著納米級器件完全從基質(zhì)取出,,然后放置到細胞內(nèi)部,。我們的想法是將物體從基質(zhì)移開并放入三維自由空間,使它們可以整合到組織中,。這表明我們實際上可以將計算機行業(yè)的基礎(chǔ)構(gòu)件取出來,,然后放入細胞內(nèi)部并與其實現(xiàn)第一次通訊。

  接下來,,一切都是組織工程方面的工作,。人們制造出用于再生醫(yī)學(xué)的支架,用來培養(yǎng)用于移植的細胞,。我們能否也制造出類似的三維開放支架,?這種支架必須是真正開放的,這樣細胞才能進入并開始發(fā)育,,使電子設(shè)備交織在其中,。我們稱之為電子網(wǎng)或電子支架。在2011年初到2012年,,我們用這種方法制造了第一個包含神經(jīng)和心臟組織的“賽博格”(機械化有機體)組織,。在這個組織中,我們可以制造一個三維互連的電子陣列,,并在其中培養(yǎng)細胞,,然后實際監(jiān)控組織的行為。它看起來真的非常像真實的組織,。

  應(yīng)該如何制造這種類似組織的織網(wǎng),?

  我們說,“嗯,,你知道,,治療劑是通過注射器遞送的?!庇泻芏嗑酆衔镏委焺┛梢杂脕砣〈w內(nèi)的受損組織,,或者只是用于增強(人體機能)等目的?!叭绻覀儚臎]聽說過呢,?”人們可能會說,“這是不可能的,。”我們能否用針頭將電子回路注入大腦,,或其他組織,,然后將其連接起來,,再進行監(jiān)控?是的,,我們可以,,我們現(xiàn)在就做到了。

  這其實一個非常簡單的過程,。它不像伸入大腦中進行深層腦刺激的普通電子探針,。它是在普通的硅晶片上做出來的,但我們只需要取下這個晶片,,接著放上一層最終會溶解掉的聚合物層,,然后在聚合物層上進行三層光刻。接下來,,我們在織網(wǎng)聚合物層內(nèi)放入一些金屬線,,在上面再放上第二層聚合物,封住金屬線——除了記錄設(shè)備的位置沒有覆蓋——然后用釋放層溶解掉(聚合物層),。這樣你就得到了所需的材料,。你可以將其吸入注射器。一切就是這么簡單,。

  事實證明,,這種織網(wǎng)的效果要比我們原先估計的好太多了,某些原因我們在一年前的論文中已經(jīng)有所概述,,最近的論文中介紹的更多:這種類似織網(wǎng)的結(jié)構(gòu)之所以能被注入(到大腦中),,是因為它具有與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或神經(jīng)組織非常相似的大小、尺度和機械特性,。結(jié)果發(fā)現(xiàn),,它完全沒有出現(xiàn)免疫反應(yīng),這是聞所未聞的,。

  除了植入大腦,,還想到其他什么應(yīng)用?

  這是一項還在進行的工作,,而我們的研究已經(jīng)表明,,你可以將這種織網(wǎng)通過眼角注入到晶狀體下方,然后使其擴展到視網(wǎng)膜細胞層上,,并從中進行記錄,。如此處理的小鼠已經(jīng)正常生活了好幾個月,并沒有影響它們的視力,,因為織網(wǎng)主要是開放空間,。它有超過90%是開放的。

  另一件我們?nèi)〉貌诲e結(jié)果的事情是,你可以將這種織網(wǎng)直接注入到椎骨之間的脊髓中,,而不損傷脊髓,。顯而易見的一點是,你可以將其作為創(chuàng)傷病例中的界面,。一旦被注入預(yù)定位置,,這種極其柔軟的材料完全不會影響其他功能,因為它比所有東西——除了其包裹的神經(jīng)元之外——都更柔軟,。你的整個脊椎可以彎曲自如,,做它想做的一切。

  對于這一技術(shù)能走得多遠,,就機器接口或假肢接口而言,,你可以連接到正確的回路,并在神經(jīng)元水平上不斷來回進行交互,。你不是在進行長時間,、重負(fù)擔(dān)的計算機處理。我認(rèn)為,,那些癱瘓的人也將獲得很多的醫(yī)療機會,。


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