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腦機結(jié)合新成果！研究人員能提前預(yù)測一只鳥要唱什么歌

腦機結(jié)合一直是科學(xué)界一個非常超前的概念。盡管前段時間南非金山大學(xué)的研究人員宣布他們首次實現(xiàn)了人腦與互聯(lián)網(wǎng)的實時連接，但是由于用來解碼大腦神經(jīng)元信息的技術(shù)目前還很有限，我們對于自己的大腦活動依舊知之甚少。

斯坦福工程學(xué)教授Krishna Shenoy將我們對大腦的認(rèn)識與十五世紀(jì)初的世界地圖做比較。世界著名神經(jīng)生物學(xué)家Jeff Lichtman則認(rèn)為，假設(shè)人類需要知道的關(guān)于大腦的一切是一英里路的話，我們現(xiàn)在只走了約三英寸。

盡管人類對于大腦活動的認(rèn)知才剛剛開始，但也有不少收獲。最近，來自加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）的研究人員就拿“會唱歌”的斑馬雀試了試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)他們創(chuàng)建的“大腦—鳥鳴”腦機接口通過檢測斑馬雀的腦部活動可以在大約30毫秒之前知道它要“唱什么歌”。

“我們直接從斑馬雀的神經(jīng)活動中解碼出了它的叫聲，研究鳥鳴聲的阿根廷專家Ezequiel Arneodo將我們的系統(tǒng)稱為‘從復(fù)雜的神經(jīng)活動中解碼自然界語音通信’的第一個原型。類似的方法未來同樣可以應(yīng)用到人類思想的傳遞上。” 研究人員在他們的論文中寫道。

這里有兩段音頻，一個是研究人員捕捉到的斑馬雀真實的叫聲（音頻1），一個是通過分析斑馬雀大腦里神經(jīng)活動的記錄預(yù)測出來的聲音（音頻2）。

音頻1、2

研究人員使用硅電極來測量斑馬雀大腦內(nèi)的感覺運動神經(jīng)元的電活動（感覺運動神經(jīng)元就是發(fā)出鳴叫指令的部位）。他們把神經(jīng)元放電模式和斑馬雀實際的鳴叫聲輸入一款神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，該軟件會記錄鳥鳴聲的開始、結(jié)束以及頻率的變化等信息，之后進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，并完成 “神經(jīng)—鳥鳴聲的頻譜映射”。

簡單一點來理解就是研究人員可以通過他們的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測斑馬雀的鳴叫聲，這也就意味著他們已經(jīng)可以解碼斑馬雀發(fā)聲時的大腦活動信息了。而可以捕獲大腦的輸出——記錄神經(jīng)元所說的話，就能預(yù)測生物體的行為；能夠預(yù)測行為，我們就能恢復(fù)生物體受損的運動功能，比如利用人腦控制感應(yīng)器來支配ALS患者的假肢活動。

斑雀的腦部不大，但是它的鳴叫與人類的很像，不僅叫聲復(fù)雜，而且就像人類的語言一樣，它們也是通過后天訓(xùn)練掌握鳴叫技巧的。這使得斑雀成為研究驅(qū)動發(fā)聲學(xué)習(xí)的行為、神經(jīng)及遺傳機制模型的科學(xué)家們的最愛。

之前做過基于猴子叫聲的腦機結(jié)合實驗的美國國立衛(wèi)生研究院研究員Makoto Fukushima表示，鳥類的鳴叫聲范圍更廣，了解“基本神經(jīng)單元如何組合創(chuàng)造復(fù)雜的歌曲”這件事對人類言語行為的研究來說意義重大。

就目前的研究現(xiàn)狀來看，在人體中嘗試的腦機結(jié)合實驗比較局限，主要是跟蹤手臂運動的神經(jīng)信號。而那些通過戴個頭盔或者在腦部植入微型芯片就能毫不費力地明白大腦想說的話的設(shè)想，到現(xiàn)在為止還只是個遙遠(yuǎn)的夢。

不過加州大學(xué)的新研究顯示，這些設(shè)想也并非不可能實現(xiàn)。研究人員已經(jīng)可以直接解碼鳥類發(fā)聲這種極為復(fù)雜的神經(jīng)活動信息了，下一步利用解碼的神經(jīng)信號來推斷生物體的運動甚至言語行為也就變得容易了。

Gentner和他的團(tuán)隊希望他們的研究能夠幫助實現(xiàn)這些設(shè)想�！拔覀円呀�(jīng)通過動物模型為復(fù)雜的人類語言解碼設(shè)計出了一個可參考的腦機接口模型，希望未來可以應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究�！�

而對人類社會來說，腦機結(jié)合的確是一個雄心勃勃的追求，除了大學(xué)的實驗室，不少硅谷的大公司也加入了開發(fā)腦機結(jié)合技術(shù)的行列。

硅谷的CEO中，想法最大膽的就是那個想上火星的男人——伊隆·馬斯克（他同時是美國太空探索技術(shù)公司SpaceX和電動車及能源公司特斯拉的CEO）。今年4月，馬斯克宣布成立一家名為Neuralink的腦機接口公司，并稱超級人工智能必將實現(xiàn)，屆時為了不受威脅，人類只有一種選擇，那就是成為AI（大腦與計算機融合，我們成為半機器人）。

Facebook的首席執(zhí)行官馬克·扎克伯格隨后也在公開場合表示，“腦機接口”最終將讓人們直接通過大腦傳送自己的想法。Facebook目前大約有60名工程師正在做這個方向的研究。

Lain Banks 在其科幻小說《文明》系列中提出了“神經(jīng)織網(wǎng)”（neural lace）的概念，即一個無縫、穩(wěn)定、可以直接與大腦通信的全腦接口，或許有一天它將會變成現(xiàn)實。

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