 鼠脑机器人 往人身上植入芯片，换机器手臂，意念控制机器，这些想法早就不是什么新鲜事了。今年8月，英国里丁大学的工程系统学院宣布，制造了世界上第一台生物脑控制的机器人：一只鼠脑机器人！ 人工智能这个“人工”要如何实现，以前只想着怎么让电路像人一样思考，这在人脑的运行机制还没搞懂的时候，简直就是做梦。回过头来想一想，能不能直接把人脑接到电路上呢？这样就能直接看到它们是如何协作的。但是不必真找一个活人的脑子，老鼠的就可以，效果都一样，只需要6位数的神经元，第一步先看看它们会做什么再说。 鼠脑机器人vs无头苍蝇 听到鼠脑机器人的名字，立即就有人吸一口凉气：如果鼠脑拥有了机器人的强大力量，会不会向人类讨还血债，凭着它在实验室里牺牲的千万同胞的名义？如果他走进凯文?沃维克(Kevin Warwick)教授的实验室看一眼，就不会在有这样的担心了。所谓的鼠脑机器人，不过是个红绿色的小方盒子，在一张餐桌大小的场地上时而前进，时而折返，看起来比街头卖的电动玩具汽车还要粗糙得多，走起路来像只没头苍蝇——它跟苍蝇也就一个水平。苍蝇的"脑"中有10万个神经元，在这一位鼠脑机器人“米特?格登”(Meet Gordon)的“脑”里面，大概也只有5-10万个老鼠胚胎中提取出的神经元，而一只真正的老鼠有500万个神经元，人类有1000亿个。看上去，“米特?格登”似乎不能完成任何有用的任务，事实上它的确不能。那么为什么要把它制造出来呢？这要从它的设计者沃维克教授说起。 如果世界上真的有科幻电影中那些科学怪人或者疯狂教授，那么一定就是这位沃维克教授。他最大的一个研究兴趣，就是将人和机器连起来，而且用自己的身体做实验品。2002年他写了那本著名的《我，半机械人》(I, Cyborg)。Cyborg这个名字至今还有许多不同的翻译，有的译为改造人、生化人、自动控制人，有的就直接译成“赛伯格”。它指的是这样一种人类，他们身体上不可缺少的某些部分，已经换成了机器零件，沃维克教授自己就是如此。按照他的说法，从1998年起，他已经成为了世界上第一个"赛伯格"，因为他往自己手臂中植入了一块芯片，从此以后可以用意念直接控制机械手臂，甚至能通过互联网遥控千里之外的机械手抓握一颗葡萄。这个研究领域被叫做"人-计算机界面"，沃维克教授认为，这是人类未来必然的发展趋势。 沃维克教授的另一个研究兴趣，是制造一种能自己适应环境的机器人，它会自己从挫折中学习。这种机器人的头脑中没有多少预设的程序，就像休谟所说的是“一张白纸”。它用计算机模拟神经网络的运作，像真正的生物一样，为自己的“生存”而奋斗。他的实验团队观察到了很多有趣的学习和适应行为，据说还有过一个机器人，因为无法适应纷繁复杂的环境，“绝望”以至“自杀身亡”。 老鼠的蓝牙躯体 鼠脑机器人就是这两个想法的交汇点。之所以要制作“格登”，就是为了研究动物生存的奥秘：生物脑怎样学习适应环境。活的小白鼠能够学习走迷宫，沃维克教授的机器人也会学习，但是这是不是真的是一回事呢？不如把鼠脑放到机器人上面试一试。 准确地说，这一片鼠脑并不是真的放在机器人头顶上到处乱转：没有必要这样麻烦，遥控就可以了。鼠脑的切片安放在一个巴掌大的培养皿中央，它叫做“多电极矩阵(MEA)”，有60×60=3600根电极和脑切片相连，像是一块特别大的CPU。这是鼠脑和机器相交流的关键部件，每个电极都可以捕捉神经元的电信号，也能向神经元放出电刺激。神经元和机器的差别就在这里弥合了。但是在神经生物学实验用的MEA中，神经元只能存活几个小时，然后因为缺乏营养而凋亡。但是“格登”的学习历程需要数十天的时间。在沃维克教授的实验室里，MEA得到不断输入的营养液，就像脑血管一样不断的输送氧气和养料，能够让切片中的脑细胞存活好几个月。MEA被放置在恒温箱中保存，电极信号则通过蓝牙无线电与机器躯体沟通。 格登的躯体虽然简陋，却是实实在在的身体，既有运动器官——一对轮子，也有感觉器官——安装在四个侧面上的感应器，一旦格登撞到了场地四周的墙壁，感应器就产生电信号。哇呀！疼！如果它会说话的话，也许就是这样的惊呼。
一颗鼠脑的充实生活
这可是实实在在的痛觉，不像之前的研究，例如2003年美国亚特兰大和澳大利亚珀斯的一群研究人员，让MEA中的脑细胞控制三支彩色铅笔，模仿艺术家作画，或者是2004年弗罗里达大学的研究者，用MEA中的鼠脑来进行F-22战斗机的模拟飞行。它们都是虚拟世界中的虚空，需要人施加额外的刺激让神经元保持活跃。 如果没有电信号输入，即使养料供应充分，神经元也会很快凋亡。这个道理很简单，就是“思而不学则惘”，没有环境的信号刺激，脑无法长期运作。就如同阻断了一个人的触觉、视觉、听觉和其他所有感觉，就会让他迅速的精神崩溃。 但是格登活得很好很充实，根本用不着额外的电刺激。沃维克教授说：“大约24小时内，神经元彼此伸出突触，建立连接。一周之内，我们便可以看到一些自发放电，以及与普通老鼠或人类的大脑类似的活动。”这说明感应器真的就像是格登的感官，而它正在分析来自感官的信息，对这个奇怪的环境进行学习研究：怎样走路才能不碰到墙壁呢？对格登的行走路径进行分析的结果，也证实格登在慢慢学习一些东西。沃维克教授接下来给自己的任务，就是弄清楚，生物学习行为的基本原理。MEA的电极信号摆在面前，研究起来要比天然的动物容易多了。 人脑还不如鼠脑 沃维克教授并不是邪恶的疯狂科学家，接下来的实验也不会使用人脑，即使有志愿者愿意为科研献出脑。这不仅是考虑到伦理的原因，事实上是根本用不着。在格登的研究中，就算用上人脑也不会有任何区别。因为神经元的工作原理都是一样的，都是通过突触传递的电信号。电刺激让神经元突触之间形成连接，于是格登学会了各种动作。 虽然格登的“感官”和“肢体”都简单到了极点，但是并没有什么本质的区别。一切感觉和运动，在脑里都是同样的神经元冲动，既没有一种带颜色的电信号专门来表示视觉，也没有什么带声音的电信号来传递听觉。许多实验早就证实了这一点，威斯康星大学的保罗?巴切?利塔(paul bachy rita)研制的装置，就能让盲人通过舌头感知图像；而普利茅斯大学的亚当?蒙塔顿的Eyeborg还能让色盲者通过耳朵感知颜色。格登和我们的区别，除了神经元的数量差了6个数量级，就是它们的感觉器官非常简单。谁叫它不幸生在了这个狭窄的小盒子里，一辈子也不可能像普通老鼠一样见到太阳照常升起。但是神经元能学习适应这样的感官，掌握生物最本质的能力，就是自己适应环境。（新知客杂志 作者：唐郑亮）
新浪科技2008年10月31日 | 
发表于 2008-10-31 12:59
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