只用意念不动手 就能操纵机器吗?

科普中国-科学原理一点通 2017-06-21 作者:刘贵芳

  不用动,只要想一下,就能把想做的事情完成。人类的意念真有这么强大的力量吗?

  众所周知,人类的肌肉运动是由于身体接收到大脑发出的信号,才开始一系列动作的。人们设想,如果能把这些信号单独取出来,拿去控制机器设备,不就能达到意念控制事物的目的了吗?

  不过,难题一个接一个。控制人类某个动作的信号究竟是来自大脑的某一个特殊神经细胞,还是来自众多神经细胞的共同协作呢?如果人类的某个动作是来自某个特定神经细胞的控制,那么,在人体数以万计的神经细胞中要找到真正的指挥者,那真是如大海捞针。

  美国杜克大学一位叫尼柯莱利斯的教授通过一系列研究,发现人类的某个动作信号其实来自于许多神经细胞的团结协作。这些紧紧团结在一起的神经细胞可能会产生各种各样的动作,如果想知道其中某一个动作是怎样产生的,就需要不断地搜集神经信号,然后分析研究它们。

  为了找出问题的答案,尼柯莱利斯教授选取机灵调皮的猴子作为研究对象。他为猴子取名为依多亚,并在猴子脑运动的众多部位埋藏了许多电极微丝,然后又不停地对猴子进行训练,教会它通过操纵杆去移动计算机上的光标。

调皮的猴子

  猴子做出一系列动作的时候,埋藏在猴脑里的电极会记录下运动神经元的活动,然后把这些活动传输到计算机中。计算机经过复杂的分析处理,最终找出这些信号和操纵杆运动之间存在的关系。当计算机分析完毕后,研究者就用脑信号取代操纵杆的输出信号去移动光标了。

猴子的大脑

  在反复的实验和训练中,这只聪明的猴子也发现,手根本不用做出移动光标的动作,只要大脑想一下,就可以移动光标了。在这个实验中,猴子的脑信号可以指挥光标。既然如此,它是不是也可以操纵机器呢?为了验证这个猜想,长久的实验从未停歇。

  2008年1月10日,依多亚成功用意念驱动了一台机器人“计算的脑”正常行走。让人不可思议的是,“计算的脑”被驱动时远在日本京都。

  实验当天,依多亚大脑的运动数据被计算机不停地输送到“计算的脑”。“计算的脑”收到这些运动数据,腿部会出现相应的动作。在依多亚面前,尼柯莱利斯教授放置了一块屏幕。“计算的脑”做出的所有动作,依多亚都会看在眼里。

  尼柯莱利斯教授事先制定了良好的奖励政策。如果依多亚可以让机器人的关节活动和自己的相应关节活动同步,就会得到奖励。经过反复的尝试和实验,随着依多亚的步伐,“计算的脑”也迈出了同样的步子。从依多亚大脑发出信号到最后机器人的活动录像反馈到屏幕上,这之间的时间相差特别短。依多亚和“计算的脑”的运动可以说是相当吻合。

训练猴子

  尼柯莱利斯教授分析认为,在多次的实验中,机器人已经被大脑当做了自己的一部分,大脑在运动皮层的不同区域建立了机器人的代表区。

  现在,许多科学家正在致力于研究用脑电记录仪来采集脑电信号,控制外部设备,从而实现无损伤的脑电信号控制。迄今为止,科学家们已经能利用脑电信号拨打手机,指挥轮椅进行简单的运动。

责任编辑:xujinghui

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