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  • 1 # 創意風向標

    腦機介面結合新演算法可以幫助行動不便的人更好的控制計算機以及與人交流。

    “To be or not to be. That is the question”。透過大腦植入體操控計算機游標,代號為“J”的猴子打出了這句話。

    當然,J不知道這句話來源於莎士比亞的名著,自然也不會深究哈姆雷特這句著名的獨白所謂何意。J和它的同伴L(代號為“L”的另一隻猴子),都在學習利用大腦內的神經植入體移動游標, 當螢幕上的圓變為綠色時就進行點選。美國斯坦福大學的研究人員會在這些靶點處放置一些字母以此來模擬打字行為。所以為了打出哈姆雷特的這句話,第一個標有“T”的圓就會變成綠色,然後是字母“O”,以此類推。

    那麼做這些訓練有什麼實際意義呢?難道僅僅是給記者們創造一個在標題裡用上“無限猴子定理”(infinite monkey theorem)的理由?該定理的內容是:如果給猴子足夠的時間讓它隨意敲鍵盤,那麼它幾乎可以打出莎士比亞所有的戲劇著作。(儘管這段時間可能比整個宇宙的壽命都要長,但從數學原理上來講,這件事情發生的機率並不是0。)

    答案顯然是否定的,生物工程師們有著更加實際的目標。透過模擬打字行為,他們發現這個由大腦控制的鍵盤介面能夠使那些不能和別人交流的人們從中獲益。其中包括處於肌萎縮脊髓側索硬化症(ALS)晚期的病人。該病也被稱為盧伽雷病,是一種不影響智力和感覺,但是隨著機體的運動神經元進行性退化導致全身肌肉癱瘓的罕見病。由於疾病累及口唇、面部肌肉,造成言語困難,患者無法和他人交流。

    這次測試創造了新的大腦控制打字的記錄,即一隻猴子1分鐘打出12個單詞。斯坦福大學神經修復植入體實驗室的研究員Paul Nuyujukian表示:“據我們所知,這是迄今為止能達到的最高的交流水平了”。闡明該項研究的論發表於《電氣與電子工程師協會會報》(《Proceedings of the IEEE》),Nuyujukian是文章的共同作者。

    實驗方法如下:首先在猴子大腦中植入多電極陣列,位置主要在皮層中那些控制手臂運動的特定區域。當猴子在進行操控游標的訓練時,一旦它們開始移動自己的手臂,這些電極就會記錄其腦內相應神經元的電活動,同時攝像機也會跟隨捕捉它們動作的每一個細節。透過這種方法獲得海量資料後利用機器學習演算法建立行為-神經元電活動模型,即將神經元電活動與猴子移動游標向左、向右、向上、向下的行為聯絡起來。

    然後,再讓這些猴子獨立地使用自己的大腦去完成移動游標的任務。(當然它們同樣可以透過在空中晃動手臂來移動游標,但是攝像機不會記錄這些動作)伴隨著游標從一個目標移動到下一個目標,計算機會獲取大腦在這個過程中產生的模式化的資訊。(相當於系統的測試實驗。)

    此前透過大腦控制進行打字的記錄是一年前由一位ALS患者所創造,即每分鐘打出6個單詞。該實驗由另一個更龐大的研究組完成,其中包括Nuyujukian,他是腦門計劃(BrainGate,一個研究大腦植入系統的專案,旨在幫助那些肢體癱瘓的患者利用大腦思維控制機械臂實現自主活動)團隊的一員。與此前的研究相比最大的進步在於軟體系統,此次實驗動物所使用的系統是兩個串聯的、更加智慧的演算法。其中一個演算法解碼游標移動的動作,另一個解碼猴子點選某一字母的意向。

    這項技術的人體試驗正在進行。去年的會議中研究人員現場展示了一次試驗:一位患有ALS的女士,透過安卓介面利用游標控制系統進行了瀏覽網頁和寫郵件的活動。這樣的人體試驗目的是明確告訴人們,研究人員不是要掀起一場調侃莎士比亞猴子的笑話,而是竭力給那些癱瘓的人們帶來治療的希望,重新賦予他們表達內心想法的能力。

    當然,研究人員也能從中獲取一些樂趣。據Nuyujukian透露,在早期的一些實驗中,他們會讓猴子們打出一些類似於:“A banana, a banana, my kingdom for a banana!(”這樣(有趣)的句子來測試輸入系統,還有 “A banana by any other name would smell as sweet.“

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