當晶片與大腦結合

前述:

經常,在某個地方,某個特定的環境下,比如晚自習回來的路上,或者,坐在某個小上坡,或者躺下將要睡覺的時候,思想中,就會縈繞著一些事情或話語,內容或許僅僅是今天的那些經歷,或許是要代辦的事項。這個時候,總是想若是有個東西能按照自己的想法,自動的記錄下來,那就好了。因為,我們好多的時候,會比較的懶,自己去做的時候,可能已減弱了那份熱情。於是想到現在最普通也代表著先進技術的電腦了。若是,我們自己想到的內容,能直接被這個電子秘書給記錄和執行,那將會多麼美好。對於那些作家,他們不用一直都帶著紙和筆,來隨時記錄自己的靈感,每當有好的想法和句子的時候,只需用思維把它們記錄在計算機就行了。所以,想到,若是有種機器,能夠實現我們大腦的命令,就好了。它完全聽命於我們所想,我們不必要用手去操作,只需用意識進行控制。它會進行記錄和執行。我們只需用意識進行控制。就像電影《星球大戰》中,原力的擁有者一樣,可以憑意識進行控制。那麼,要想實現這個想法,除了電影講的修煉的方法,從我們的科學角度來分析,大概需要哪些方面呢?

1.大腦晶片資訊採集模組

首先,我們需要的是能夠讀取大腦思維資訊的一種工具,鑑於我們想要小巧性還有精確靈敏性,那麼用一個能讀得大腦資訊的晶片,是再合適不過的了。下面介紹下晶片。

作為學習電子專業的同學,肯定對晶片聽起來最為熟悉了。什麼是晶片?它其實就是泛指所有的電子元器件,是在矽板上集合多種電子元器件實現某種特定功能的電路模組。隨著科技的發展,晶片技術也得到越來越廣泛的應用,而且其功能性也越來越專一化,處理資訊的能力也越來越強。

若是我們想要一種可以讀得我們大腦思維資訊的晶片,那麼還不得不說下生物晶片了。生物晶片技術是90年代初期發展起來的一門新興技術。透過未加工技術製作的生物晶片,可以把成千上萬,乃至幾十萬個生命資訊整合在一個很小的晶片上,達到對基因、抗原和活體細胞等進行分析和檢測的目的。用這些生物晶片製作的各種生化分析儀和傳統儀器相比較具有體積小、重量輕、便於攜帶、無汙染、分析過程自動化、分析速度快、所需樣品和試劑少等諸多優點。這類儀器的出現將給生命科學研究、疾病診斷、新藥開發、生物武器戰爭、司法鑑定、食品衛生監督、航空航天等領域帶來一場革命。因此,生物晶片現已成為各國學術界和工業界所重視的一個研究熱點。

而我們想要的,就是能與人體大腦相相容的一種類似訊號感測器功能的生物晶片。人體各個器官都有電現象的產生,有電就有訊號,電現象的產生是以細胞水平的生物電現象為基礎的,細胞水平的生物電現象主要有兩種變現形式:靜息電位和動作電位。體內各種器官或多細胞結構所表現的各種形式的生物電現象,都可以根據細胞水平的電現象來解釋,大家都有聽過心電,腦電,肌電等等。當我們思考時,會發出所謂的腦電波,其實就是大腦產生的電訊號。而且這種訊號,與我們思考的具體內容是相對應的,想的不同,訊號也會有差別。根據這個事實,我們首先要做的工作就是把這種訊號進行採集。所以,我們想要的晶片,必須要有采集腦部訊號的功能。由於我們大腦的神經突觸數量巨多,而且思維訊號變化複雜,所以,這種晶片也應具有蒐集大量資訊的能力,以後的技術,能夠讓我們在同樣大的晶片上,整合更多的電極,那麼就可以更快、更多、更精確、也更靈活的蒐集腦部訊號了。從理論上來說,若是與我們晶片連線的神經元數目足夠多,那麼我們就真的可以實現蒐集所有訊號的目的。我們的思維資訊也不會被遺漏。

最後,這部分採集的資訊,還需要進行傳送給接收裝置。所以要具有無線發射功能。這個要用到微波類的射頻技術了。

2.訊號檢測接收處理模組

訊號處理模組,這個部分應是最為關鍵的部分了。假如將整個過程比作一個工廠,那麼上個模組就如採集原料。而這個部分就是產品的加工了。這個部分做的質量如何,將決定了最終產品的能否成功。上個模組,收集到的是我們思維資訊,也就是大腦所發出的指令資訊。生物訊號的微弱性決定了其提取過程中不可避免的會引入大量的干擾。所以這些資訊是複雜而且中有一些不是關鍵資訊的噪聲。所以,我們這個模組主要就是解決,去除噪聲,提取有效的資訊,然後,進行資訊識別和轉換。

首先要了解我們所得到的訊號是大腦發出的生物訊號。生物體是一個複雜的控制系統,它受到人體自身及外界眾多因素的影響。所得到的生物訊號也主要有幾個特點:訊號微弱,由於訊號幅值小,這就要求我們的接受分析系統靈敏度高,而靈敏度高,同樣的問題就是增加了干擾噪聲的引入;生物訊號的隨機性也很強,生物資訊時刻是在變化的;生物訊號的頻率範圍低,一般屬於超低頻訊號。鑑於這樣,我們對採集到的訊號的檢測中,要對干擾和噪聲進行有效的一致,也就是,抗干擾和低噪聲是我們進行接收檢測的前提條件。

在硬體方面上,我們可以進行最大程度的提高這些能力。如對干擾,一般來說,干擾的構成如同資訊的傳遞一樣,要有干擾源,傳播途徑與敏感電路。生物訊號時低頻微弱訊號,頻率幾乎全部在1KHz一下,高頻干擾對其影響較小。對於我們腦電波這種生物電訊號,一般會包含50Hz的工作頻率成分,而它的強度又遠遠小於50Hz的干擾,所以,提取過程中的主要干擾,就是近場50Hz干擾源。對於傳播途徑,典型的干擾傳播路徑是透過導線的傳導和空間的輻射。分析干擾之後,我們就要想法採取一定的抑制手段,消除或者儘可能的減弱干擾。抗干擾設計的基本原則是:抑制干擾源,切斷干擾傳播路徑。可以透過接地,隔離,去耦,濾波等方法,消除或減小干擾源、傳播途徑所產生的干擾。

然後,是資訊記錄,將接收到的資訊進行上述的硬體上進行去幹擾後,基本上就都是有用資訊了。可進行記錄。然後,進行識別和處理。這部分是最複雜的了。我們可以知道一個人腦的活動訊號波形,可是要將這個波形,轉換成我們能夠明白直接看懂的資訊,那將會是一件超級複雜的事情。我覺得我們前期的目標可以僅僅是一些簡單的資訊歸類。比如僅僅是一個確認和否認的判斷。把指令人為的劃分為幾個類似選擇題一樣的選項中。那麼我們收集到的資訊,經過判斷後,也只能朝這幾種指令中歸類。這樣將會大大的簡化整個專案的實現難度。可是,假如我們一定要實現思維意識的更大的功能控制,資訊的更大體現。那麼,我們可以建立一個庫。用來記錄一些我們常用的指令的資訊。就像一個詞典一樣。當我們接收到一個訊號時,就將此與預先準備好的庫中的已有的資訊進行逐條對比,檢測是哪個,然後進行呼叫。可是,這個庫的建立,將會遠遠的複雜於建立那元素週期表的工作量。也絲毫不會比人類基因工程中基因解密工作量少。當判斷後,就可以選擇相應的指令,進行輸出了。那就是第三大模組了。

3.輸出顯示模組

這個部分,就如工廠的銷售部門,是最終產品展示出廠為大家知道的一個部門。有了上一個模組的指令部分。那麼這塊,就需僅僅將上個分析的結果,進行顯示和輸出就行了。直接將資訊,轉換成文字形式或者具體的指令,進行儲存和執行。所以這部分主要只需個計算機與上一模組相連線誒即可。

相關進展和綜述

實現用計算機實時顯示我們正在想的內容,用思維來進行施號發令,實際上所需做的工作遠遠複雜於上述分析的三個模組的事情。但是,科學技術日新月異的現代社會,面對於便捷式的發展趨勢,用思維來進行控制,將不會是個科幻故事。早在2004年的時候,就有這種訊息,《自然》雜誌披露在進行的一次“突破性實驗”中,當科學家將一枚名為“大腦之門”的晶片,植入一名24歲四肢完全癱瘓病人的大腦之後,這名患者竟可以用其“思維”

自如地控制電視機或者電腦---甚至上網收發電子郵件。該次試驗中,植入大腦的晶片,大概如一個藥丸大小,其中包含了100多個電極,而每個電極都精確地插入患者大腦的每一個神經元中,用於蒐集神經元所發出的微弱電訊號。安裝該晶片後,這個四肢癱瘓的患者可以用其“思維”自如地控制電視機或者電腦。而患者無需做任何動作,只要腦袋裡動一下念頭,他就可以上網聊天、收發電子郵件或者玩電腦遊戲。除這種晶片外,一些高科技公司還在研製無需植入大腦就可以讀取思維的裝置。比如亞特蘭大的“神經訊號”公司發明的技術,是在大腦外層、顱骨內壁上安置一個可以導電的“顱骨螺釘”,透過它來向外部裝置傳遞大腦的思維。更有一些開發者研究了完全在頭部之外、類似腦電圖電極的裝置,來讀取大腦產生的電訊號。雖然目前的已有的這些方法,只是粗略的記錄腦部的活動,所提供的資訊也是極為有限。無法達到用思維控制電腦的目的。但是,以後的技術發展,肯定會讓我們很輕鬆的實現用思維來去“按下”電腦上的那些鍵盤。

以後的先進技術,不光可以用腦電波控制電腦,甚至還可以控制機器人的喉嚨,舌頭和嘴部肌肉作更多複雜運動,從而將人的思維轉換成可以被聽懂的語言。用思維來控制和傳遞資訊,肯定會有令人驚喜的發展。或許那時候,還會研究出一種“思維控制電話”,人打電話時,只需在大腦中“想”出要說的話,對方就可以聽到,完全不用張嘴把它們說出來。基本上就相當於意識交流了。對於思維控制的美好前景是可以設想出來的,但是,具體的實現將會需要一定的時間。由於牽涉到大腦,人體最重要的部位,植入晶片會產生什麼影響,都是要考慮的問題。假如我們真的將人腦與電腦相通了。那麼,如今的網路安全問題,屆時會不會提升為“人腦安全問題”呢?這些都是要考慮的問題了。總之,一種嶄新事物的出現,都是需要建立在一定的科技發展基礎上。在出現的過程中會有各種的困難,但是,科學不就是探索和解決一個個問題的情況下逐漸向前發展的嗎?希望在不久的將來,這方面的研究和應用能得到更大的突破和發展。

首先要先更正一個概念，神經晶片不是可以做神經用的晶片，而是模仿神經網狀連結，可以並行運算的晶片，說到底，是模擬生物神經執行體制的晶片，所以，他是不可能代替神經傳遞腦的指令的