神秘仪器“翻译”霍金大脑

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  在过去的30年里,患有运动神经疾病的英国物理学家斯蒂芬·霍金一直用残存的肢体能力,表达这颗世界最聪明大脑里的所思所想。
  但眼下,随着身体机能不断衰退,一切奥妙的思想可能都要永久封存在这颗大脑里了。
  全球的科学家可不允许这样糟糕的情况发生。“现在他正和不同团体合作,研究新的技术。”负责管理霍金沟通设备的助理约瑟夫·伍德说,“这些技术都代表着科学发展的方向,将为人类的通讯带来新希望。”
  最引人注目的莫过于一套名为“iBrain”的脑神经设备。它由美国脑神经科学家飞利浦·娄领头研发,眼下正针对霍金开展实验。
  从外形上看,“iBrain”酷似一条简约的黑色头带,上面安装了火柴盒大小的传感器,“比一盒香烟还轻”。它的重要使命是检测脑电波,了解人们“正在想什么”。
  追踪霍金的具体想法
  当娄带着iBrain设备来到霍金位于剑桥大学的办公室时,这位有“宇宙之王”之称的英国科学家面无表情。他一动不动地躺在轮椅上,头向左歪斜着,全身唯一还能运动的,只剩下右眼下方的脸颊肌肉。
  过去几年来,这一小块肌肉成了霍金与外界沟通的唯一工具。他的眼镜镜框上挂着一个小小的红外线感应器,感应器又连着他的电脑。只要动一动脸颊,霍金就可以操作电脑上为他定制的一份特殊菜单。“他可以独立地回复邮件,与别人聊天,上各种网页。”伍德说。
  娄想到的却是另一种完全不同的沟通方式。他小心翼翼地为霍金佩戴上iBrain头带,让他“想象自己正在将右手握成一个拳头”。
  “当然,他的手已经不能真的运动了,但他大脑的皮质运动区依然会发布命令,在脑中产生电波。”娄解释说,人脑细胞多如繁星,约有1000多亿个,为了完成某项指令,细胞之间互相发布信号进行沟通,而iBrain能够检测出信号的变化。
  这项实验自去年夏天就已启动。娄反复让霍金想象自己正在操作不同的动作,同时一一记录下与霍金“某个想法”相配对的脑电波信号,实验结果将汇聚成一个“超级庞大的脑电波数据库”。
  在英国剑桥,娄让前往采访的《纽约时报》记者一同参与实验,想象某样东西,结果发现“霍金比记者做得好很多”。“霍金的大脑拥有特别厉害的专注能力。”娄说。
  对于脑电波,目前国际上的观测水平还只能读取“粗糙的想法和意图”,比方说人们想移动左手、右手、双脚或者舌头,但还不能检测出例如“我想喝杯茶”这样具体的信息。
  部分原因是由于大部分的检测仪器都置于头皮以外,离大脑的信号发射源很远。但娄早在攻读博士学位时,他已经设计出一套算法,用于“翻译”这些相对微弱的脑电波。利用这套算法,娄可以将霍金的脑电波变成一张形象的“大脑活动地图”,追踪霍金具体的想法。
  没有辅助手段,他活不到今天
  这并不是霍金第一次走到沟通技术发展的尖端了。
  早在1986年,霍金就开始使用一部声音合成器,帮助他将写好的文字转化成声音。此前一年,他感染了肺炎,不得不进行气管切开术,从此失去了说话的能力。
  为了让霍金重新“发声”,剑桥大学研究适应性沟通的学者大卫·马森找来当时的电话答录机研究一番,成功改装出一部当时极其罕见的声音合成器。虽然这部机器生成的声音“有点像机器人”,“还带着些美国口音”,但霍金欣然接受了它。如今,这略显生硬的声音早已成为霍金的标志之一。
  在当时,随着运动神经疾病的不断恶化,霍金身上只有几根手指能够运动了。美国一家计算机公司的科学家专门设计了一个触碰式鼠标,以及一个不断滚动着26个英文字母的电脑界面。当特定字母出现时,霍金只需轻抬手指,便能选中字母。选中头几个字母后,电脑还会进一步联想,为霍金提供一些合适的词语。
  到了后来,霍金甚至连一根手指也动不了了,布莱克本又将鼠标改成了一个感应脸颊运动的红外线感应器,霍金的手指功能便被一小块脸颊肌肉所替代。
  清华大学专攻神经工程学的教授高小榕说,长久以来,帮助残疾人使用计算机的传统理念就是“利用各种各样的残存能力”,这可能是一根能够活动的手指,甚至是“呼吸吹气的能力”和“舌头活动的能力”,后来人们才开始“异想天开”,“想象直接从脑子里提取信号”。
  “如果没有这些辅助手段来帮助霍金,他大概活不到今天。”高小榕说,残疾人一旦不能正常表达自己的想法,告诉别人自己哪里不舒服,生命便会受到影响。
  21岁时,这个刚刚崭露头角的英国科学家被确诊患有运动神经疾病,医生断言他将在随后2~5年内离开人世。然而,今年1月8日,霍金已经度过了人生中第70个生日,全世界顶尖的宇宙学家齐集剑桥大学,为他举办了为期4天的庆祝活动。
  设备成了他的一部分
  “霍金‘说话’越来越慢了,在糟糕的日子里,他一分钟只能说出一个单词。”霍金的私人助理朱迪丝·凯萝丝戴尔说,“这可能是由于脸颊肌肉的退化,我们正在寻找办法改善情况。”
  除了iBrain外,英特尔公司也正在紧锣密鼓地为霍金研发新技术。“我们可以看看‘表情识别’技术是否可行,熟悉霍金的人说,他们还是可以分辨出他的一些表情。”英特尔首席技术官贾斯丁·阿特纳说。对霍金来说,用“表情”来替代脸颊肌肉的沟通手段或许更容易接受。“对新技术,斯蒂芬总是满怀热情的,不过说到要替代他当前所用的设备,他的态度就有些不一样了。”伍德说,“这是可以理解的,一套设备用久了,就变成了他的一部分。”
  每一回有新的通讯专家给霍金展示新技术时,他操作当前系统的速度还会突然变得快起来。“他一定要去证明,自己还有能力使用目前的系统。”布莱克本说。据伍德透露,今年下半年,霍金希望尝试英特尔研发的新技术。“但如果情况有变,我会试试飞利浦·娄的系统。”霍金说。
  高小榕想象,在很久以后的未来,“脑机接口”技术可能会为人类创造一个类似电影《阿凡达》所描述的奇幻世界。“一个人躺在那里,他只要去想,我们就可以将他的想法翻译出来,去控制另一个实体。”高小榕说。
  对这种大胆的沟通手段,许多人目前还持保守态度。高小榕不时会收到市民的来信,表达对这种类似“读心术”的技术的担忧,害怕有一天“自己的大脑被控制”。
  但在娄看来,“脑机接口”的主要目标还是帮助人们更好地沟通,恐惧大可不必。“与我们不一样,世界上有很多人失去了与别人沟通的肢体能力,但他们同样有强烈的渴望,去表达自己。”娄说,“我认为,这个世界不应该害怕沟通。”
  (摘自:中青在线;《中国青年报》作者陈倩儿)
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