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没有细胞天线 “嫁接”脑怎么互连?!

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发表于 2017-4-2 19:34:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
没有细胞天线 “嫁接”脑怎么互连?!
No cell antenna
Interconnection "grafting" brain?!
------三评库兹韦尔“嫁接”脑的可行性
都世民
引言

20多年前,英国生物学家、DNA双螺旋结构的发现者之一弗朗西斯·克里克(Francis Crick)抱怨说:“我们无法忍受人类仍旧对大脑如何工作知之甚少”。
目前,神经科学面临的第一个大问题是我们还没有关于脑如何工作的真正的理论假设。我们并不清楚信息在脑内是怎样被处理的、存储的、提取的,运动指令是如何产生并执行的,如何思考、产生情感和同情心。因此,必须整合分子细胞、突触、系统和心理等水平的研究,而目前无论知识还是技术,均还未足够成熟到整合所有这些功能层次的程度。[1]
在分子细胞水平上脑工作机理的研究做得不错,但是分子细胞水平解释不了大脑是如何工作的。要真正解释脑产生各种复杂功能的关键机理,还有赖于我们对脑在网络水平上的工作机理的理解[2]
不难看出,当今大脑的研究还很粗浅,特别是人的认知、思维和创新的机理研究更是知之甚少,也就是说人的智能的研究急需多学科交叉融合研究。而“人工智能”的含义是人类智能吗?显然不是。它只是人工智能领域的研究者集体智慧的结晶。从这个角度看,“人工智能”实际上是基于人已有的认知,转化的大数据,通过机器的学习,和大的数据库存储,呈现出自适应环境和模仿人的行为的功能。阿尔法狗战胜围棋冠军就是基于此。如果构建一种新的棋术,没有参与人的大数据存储,让阿尔法狗与高智商的人比赛,阿尔法狗能战胜高智商的人吗?显然是不可能的。
近些年来,人工智能的快速发展和广泛应用,一些研究人員采用逆向思维,试图用人工智能技术来破解人脑运行机理的奥秘,人工智能权威专家·库兹韦尔就提出人脑与人工智能脑远程“嫁接”的构想。在某种意义上,有积极意义的一面,这就是他提出人脑内信息应有无线传输的通路。这一想法与现在生物学科研究方式是不同的。[3
 让机器具有人类思维,似乎是件很久远的事情;但事实上,很多科学家都认为,未来10年可以看到这项技术的重大突破。 百度高级副总裁王劲说。百度创始人兼首席执行官李彦宏也认为,技术正在改变互联网,大数据就是这样的技术。 大数据使人的智力越来越被电脑所模仿。通过大数据,电脑智力超越人脑并不会遥远。

2016-9-18
,科学网刊文:“机器人大脑与“永生人””。该文由科学出版社王芳摘编自肖南峰等编写的《机器人大脑》一书第10章。这类看法突显雷.库兹韦尔专著在我国学术界影响颇大,他们也认为30年后人类可以永生![5]

科学家们将机器变得超级聪明的时刻叫做技术奇点。 库兹韦尔在《奇点临近》一书中预测说21世纪30年代,人类大脑信息上传成为可能;40年代,技术使人体进化成非肉体的、可以随意变形的形态,人们大多数时间沉浸于虚拟现实 (如《黑客帝国》);2045年,奇点来临,人工智能完全超越人类智能。[6]

特拉斯汽车创始人、SpaceX科技公司行政总裁伊隆.马斯克试图通过研发“神经织网”(neural lace)技术,将人类大脑和电脑连接、加快人类认知功能,防止人类被人工智能(AI)超越。马斯克为了不让人类变成人工智能的“家猫”,需要开发人脑和机器存在共生关系的技术加以抗衡。解决方案是开发一个“脑机接口”,名为“神经织网”(neural lace),通过颈静脉传输在大脑皮层中植入一层人工智能内壳,拓展人类认知能力的极限。马斯克称这种人机共生的模式为“赛博格”(cyborg)计划。他认为,利用高频宽界面与大脑相接,将有助于实现人与机器智慧的共生,并帮助人类不被人工智能打败。[7]


除了马斯克,Facebook的神秘部门Building 8,也正在开发非侵入性的大脑与电脑连接界面技术,让人类毋须通过额外的硬件装置就能彼此沟通。
   应当指出的是,马斯克明确提出关键诃“脑机接口”,现在是有线、植入式;未来是非植入、无线传输式。
脑机接口(BCI)
马斯克明确提出的“脑机接口”包含了两种方式,即有线传输和无线传输,来沟通人脑与机脑。有线传输式脑机接口存在一些难题,例如植入物的供电及能否利用人脑能量;植入物进入大脑有风险,不同人其风险不同,这与植入专家技术水平、定位装置、植入物芯片及电池、人体对植入物的排异性等有关。如果采用无线式传输就可避开这些问题。
无线式传输必须有天线。这是必须解决的难题
机器人与人交流需要天线
   文[8]指出:机器人“马里奥”只有一个任务:帮助痴呆患者。帮助痴呆患者的心智保持活跃,避免孤独感。但批评家们怀疑,一个机器人是否足以取代真实的人类接触。开发者希望在一个较深层次上同人类接触,“马里奥”装有一个传感器。它可以用这个传感器找到失踪的个人物品,如电视遥控器、钥匙和眼镜。它还能在需要的时候发出紧急呼救。“马里奥”机器人没有办法互连,谈不上“嫁接”![8]
远程脑机接口需要天线
   文[9中指出:新系统利用植入大脑皮层的电极读取人的想法,从而让人通过意念打字。 用脑机接口(BCI)帮助残疾人恢复机能,研究人员攻关几十年,但时至今日,尚未见到有广泛应用的设备面世。不同类型的应用有它们各自的难题。对打字来说,一大难题是如何提高打字速度到足以为人接受的程度,而这往往需要借助手术才能实现。

研究人员在参与者的大脑表面植入一个或两个小电极矩阵(六分之一英寸),这种“皮层内”植入物包含96个微电极,深入到控制手臂运动的皮层运动区1.5毫米。神经信号在被电极记录后,通过导线传递给电脑,由计算机算法解码后读出受试者的意图,用以控制电脑光标的运动。其他利用电极与人脑交互的技术还有:电极放在头皮上的脑电图(EEG)和电极穿过头骨,接触大脑表面的脑皮层电图(ECoG)。

把电极植入皮层内部的优点是它们能够准确抓取单个细胞的活动,其他技术只能大概了解几千个神经细胞的平均活动。“这种技术的效果比EEGECoG要好上十倍,后者没有足够的信息来处理这个水平的任务。”这是匹兹堡大学的神经植物学家Andrew Schwartz的评论。尽管在植入后的两年内,运动和结疤会降低信号质量,但它那时侯的表现仍然毫不逊色。

目前,这项技术最大的缺陷是患者头上外露的导线既累赘又危险。将来要把它做成无线的,”Pandarinath说:“我们目前还做不到,但五年内应该可以。我们希望把病人送回家时不需要担心感染的问题,这是非常重要的。”[9
改用无线互连,这就必须解决“天线”难题!
医用植入物的无线充电(wireless charging
   早在1831年,迈克尔·法拉第就发现了磁与电之间的相互联系和转化关系。只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就会产生感应电流。电磁感应无线输电就是在发送端和接收端各有一个线圈,初级线圈上通交流电,在其周边会形成一个交变的磁场,在次级线圈中会产生一定的感应电流,电能可以隔着很多非金属材料进行传输,从而将能量从传输端转移到接收端。
   以上所述的无线充电是非接触式感应充电,也就是电感耦合,由供电设备(充电器)将能量传送至用电的装置,该装置使用接收到的能量对电池充电,并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以电感耦合传送能量,两者之间不用电线连接,因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。[10
   应当指出的是,目前帕金森微创手术是在丘脑植入电极,其芯片和电池远离电极,安放在胸前。充电方式就是电磁感应式,尽管医学上称充电器上有天钱,笔者不认为这里有天线,用这里所述的“天线”不能解决“嫁接”脑的互连。
   尽管纳米机器人进入人体早有报道,例如血管中的“清道夫”,实际上现在临床未见应用。这类纳米机器人是“吃电”的,电从哪里来,从细胞里解决不了,需要无线充电,至今没有天线,也就不能解决纳米机器人供电难题!如果纳米机器人数量很多,就是个大问题,这能源是很大难题。
生物学家眼中的天线

文[11]报道的是瑞士和德国科学家研究团队对小鼠视觉进行的实验研究。黑视素的“光天线”能抵抗褪色,无论光照射的频率多高,强度多大,嵌合蛋白的反应力度也不会减弱。这段文字的叙述可以理解为:小鼠有黑视素,它具有光天线功能。不是指植入装置的微型探针。

如果生物体内真的有“光天线”,有好多难题会迎刃而解。例如,医学上植入器官的供电可以用无线传输用生物体内“光天线”接收;纳米机器人的供电;激光针灸可以借助“光天线”等。

文[11]报道是生物学家试图用天线概念解读黑视素抵抗褪色。这种解读不能让天线专业的业内人士接受。“无论光照射频率有多高,强度有多大,嵌合蛋白的反应力度不会减弱。”这句话的前半部是推测,后半部是覌测。

笔者一开始否定这一报道的关键说法,后来惊奇地发现“錐形视细胞”是超宽带天线单元,视网膜是超大型阵列天线,玻璃体是变折射率透镜,它们组合而成的视感天线系统。然而要证明这一推断并非易事。要想证明小宇宙内有天线,有无线传输,不比大宇宙中赫兹发明天线容易!也就是说“嫁接”脑的互联,要想实现更非易事,这是避不开的难题!
人类依赖GPS系统 会找不到家吗!
   文[12中指出:有人担心使用GPS卫星导航系统会让方向感变差,有可能导致无法找到回家的路。如今科技专家研究证实这一担心是对的。
路透社与每日邮报Daily Mail报道,科学家研究卫星导航系统对脑部的影响,发现人们在使用GPS导航时,原本大脑存储的多条路经到达目的地,现在脑区关闭。这一研究结果,2017323发表在NatureCommunications刊物上。[11中指出:当志愿者靠自己找寻方向时,海马回与前额叶皮质等脑区会有脑波活动。但当他们只是遵循导航系统指示时,就看不到脑波活动。伦敦大学学院实验心理学系的史皮尔兹(Hugo. Spiers)说:当我们用科技手段指引我们到达目的地时,大脑这些部分就不会对道网络产生反应。如果长期使用GPS导航系统,这些脑区运行机制发生改变,会让我们无法独自学习和探索城市的道网络。[12
人脑内有没有天线?

2015杨先碧在《大自然探索》刊物上发文:“大脑中的GPS-指引我们找到回家的路”,来解读第五对诺奖莫泽夫妇所得的诺奖。众所周知,在大宇宙中有多个GPS导航系统,这个系统必须有无线传输方式,也就是说有收发天线系统。如果在大脑中有GPS导航系统,就应该找到天线。实际上找不到,也就是说大脑中有GPS导航系统说法不能成立。
   如上所述,对人脑的研究有多种方式,有多学科交叉研究。让笔者不解的是,从分子层面研究大脑的专家认为人脑有天线,有GPS导航系统;但从宏观层面研究大脑的专家却认为大脑对已有的外界GPS导航系统产生“消极”反响。如果人有GPS导航系统,又何必开发和利用外界的GPS导航系统呢?[12-16

[1中指出:我国脑与认知科学的优先发展领域与重大交叉研究领域和重要研究方向,在今后的若干年内,可以考虑优先资助以下领域。首先是:神经环路的形成及功能调控。其次是感知觉信息处理与整合。视觉系统可以在复杂环境中快速准确地识别物体.;对动态场景中的物体识别跟踪训练可以提高人类的多种基本视觉能力.[1]p13

再者莫泽夫妇从内嗅皮层区,研究映射神经元构成的“虚拟神经回路”,又怎么联系上实际的时空运行机制呢?
人脑内有无天线?
回答这个问题不容易。笔者从几个方面来探讨:
1.从生物学研究中,寻找天线的存在及其根据;
2.从微小光学对变折射率透镜的研究中,发现玻璃体实际上就是变折射率透镜;[17、18
3.人眼的实际功能具有扫描、跟踪、识别、定位等,但生物学、光学和医学眼科都用相机原理解读,这之间不匹配;
4.人眼具有成像和高分辨功能,但用相机原理解读时,是倒像!这与人自身感觉不匹配;
5.人眼有色感,但形成色感机理至今不明,用相机原理解读不了;
6.人眼的视感形成具有多层面链接属性,从宏观到微纳观是肉眼可见的,这是因为有光,光是视感之源!光有波动性和粒子双重属性。在宏观层面与微纳层面之间,光的传播是否存在双重属性,还是由波动性转化为粒子属性?
7.在光进入人眼到视网膜成像过程中,不存在映射神经元的神经回路,但在視网膜向里的细胞链接却看不见,如何破解是要借助透明脑技术;[19、20
8.麦克斯韦早年就对鱼眼机理进行研究,为什么长期以来得不到关注?
9.现在近视己成为全球流行病,对病因及机理的分析,用相机原理也解读不清楚![21
10.对视网膜脱落疾病的治疗,采用人工微电极的方法,其效果只有亮光,却无色感和图像,这也标明这种方法需要天线。
医学、生物学家对视觉感官的研究已从多方面展开,已取得很多可喜成果。这包括视觉感官的内部结构及其疾病的机理和治疗方法。在百度网上可搜索大量文献资料。视觉感官切入也有诸多论著。[22-28]这些论著都是生物学家的视角,研究视感官。
应当指出的是:将人眼与“天线”关联在一起,已有报道和学术著作论述。[11、1529
本文以电子学视角,依据生物学给出的内部结构为基础,结合人本身具有的多功能,用天线专业语言阐述其工作机理。并说明相关理由。[31-33
能作下列机理解释的前提条件是:
(1)视觉感官的信息源是光波,即是电磁波;
(2)人的视觉具有色感,对应的光波长能被天线接收;
(3)人眼的两种工作状态,包括明亮和昏暗,用天线概念应能解释;
(4)人眼具有视物、扫描、跟踪、识别功能,用天线和雷达概念可以解释。
(5)可用麦克斯韦方程组(Maxwells equations)来分析和建模。但微覌电磁学的理论尚需研发。
(6)人眼视感是正像,不是倒像,通过天线机理可以解释;
(7)人眼的色感可通过视细胞天线及其间连接的双极细胞的矢量加减机理可以解读;
研发细胞天线的难点
笔者认为人眼的视网膜上视细胞是天线,可以通过微小光学和微观电磁学来研发,目前的困难是:
1)人造活视细胞天线,其中细胞形状及结构和黑视素研制是很困难的;
2)人造变折射率透镜,是实现超级半球阵列天线的前提;
3)人造视网膜小型阵列的模拟及原理性试验;
4)阵列供电电源取自那里?能否取自人体内电源?否则很难实现!
5)阵列单元的控制和成像机理的验证,这包括双极细胞的和差接头研发,控制阵列的扫描、识别、跟踪、定位的神经网络的结构的研究均面临难题。
结论
综上所述,要实现人脑与机脑的互连或称“嫁接”,必須解决相互连接的方式,如果要远距离互连,只能釆用无线传输方式,首先必須研发天线。按常規思维,天线尺寸是纳米量级,可是视细胞长度均远大于纳米,是微米量级,视细胞内黑视素的作用尚需研究,它又是动态的。这个天线的研制也可能比当年赫兹研发天线更有挑战性和颠覆性。
有人也许会认为,用人造超级天线阵列注入,这将面临材料难题,人眼内值入什么材料才会兼容,不产生排异性反应。这也是当今有线传输方式的研究热点和难题。更难的是能量供给。库兹韦尔的“嫁接”脑构想是有新意的,但是问题很不简单,30年能做成什么样,不想评说,只是忠告,切莫把复杂的人脑简单化,以单一学科热性思维,过高估计人工智能的作用,多一点冷思考对人工智能的健康发展是有益的!
参考文献
[1]未来 10 年中国学科发展战略,脑与认知科学/国家自然科学基金委员会,中国科学院编,一北京:科学出版社,2011
[2]崔雪芹,段树民:“构建”人脑连接图谱依然面临挑战, 来源:中国科学报,2016/6/4。
[3]电脑能否超越人脑?, 来源:光明网[微博]段永朝2016-04-05
[4]《人工智能的未来》【美】雷·库兹韦尔著 盛杨燕译 浙江人民出版社
[5]“机器人大脑与“永生人””,本文由王芳摘编自肖南峰等编写的《机器人大脑》一书第10章本文来自科学出版社科学网博客。2016-9-18
链接地址:http://blog.sciencenet.cn/blog-528739-1003490.html 
[6走进BAT研究院:人工智能奇点临近来源:解放日报20140707
[7]马斯克研人脑融入电脑 防止人类被AI超越来源:大公网,2017-03-29 。
[8外媒:机器人成痴呆患者好帮手能聊天能紧急呼救”,来源:参考消息网,2017-03-06 。
[9 Simon Makin ,“通过脑机接口意念打字,速度已达实用水平”,来源:《
环球科学》,20170301日。
[10王斌北京日报:无线充电这事很重要来源:北京日报2017-03-15 08:40
[11]“光基因学新工具有望治疗感光受体退化性眼病患者”来源:科技日报 2015年512
[12研究:太依赖导航系统会导致无法自己回家”,来源:联合新闻网2017323
[13]杨先碧,“大脑中的GPS-指引我们找到回家的路”,大自然探索,四川科学技术出版社主办,2015年第一期,52-57
[14]艾莉森.阿博特(A1ison Abbott),“第五对诺奖夫妇”,《环球科学》,201412期,译者汪梅子。
[15]“我们如何辨识方向?解密大脑中的GPS”,光明网.《光明日报》,2016-01-30
[16]“大脑GPS:还有很多待解谜团”------专访2014年诺贝尔生理学或医学奖得主爱德华”《环球科学》20162月号,总第122期。
[17]刘德森等著,微小光学与微透镜阵列,—北京:科学出版社,201320134月第  一
版。
[18] Sinzingers,Jahn,J. Microoptics. 2nd ed,d. Weinheim:Wiley-Vch,2003.
[ 19 ]卡尔,棘瑟罗斯(Karl Deisseroth),打造透明大脑,翻译 霍然 张洪峰, 审校 韩济生,《环球科学》,2016年第11.
[20]港科學家用創新神經影像技術推動大腦研究来源:新華社,2017年0126日。http://www.hkcna.hk/content/2017/0126/539297.shtml.
[21黛安娜.权(Diana Kwon)“多晒太阳,预防近视”,译者 侯悠扬,来源:《环球科学》,2017年第3期,p59-65
[22李奇等著,视听觉信息整合脑机制研究,-北京:国防工业出版社,2074.5.
[23] 陈有国,黄希庭,尹天子,张锋,时间知觉的理论模型与展望,西南大学学报,201137(5):26-33
[24] 高文斌,魏景汉,彭小虎,罗跃嘉等,视觉注意范围的调控机制.航天医学与医学工程,200215(3)210 - 211
[25] 文小辉,刘强等,多感官线索整合的理论模型.心理科学进展,200917(4)659 -666
[26]Dowling.J.E著,《视网膜》,吴淼鑫译,198911月。
[27]陈晓光,陈言,陈谋,《人类色觉导论》,20027月。
[28]王怀洲
洪洁
王宁利黑视素的视网膜
急性高眼压对大鼠包含黑视素的视网膜神经节细胞的影响《眼科研究》2009年 第7期
[29]西班牙版,细胞如伺协作。译/蒋慧桢,《环球科学》20164月号,总第124期。
[30]钟顺时编著,天线理论与技术,一北京:电子工业出版社,2015.1P435.(国防电子信息技术丛书).
[31] 人眼是超宽带超级阵列天线,来源:科学网本文来自都世民科学网博客。
链接地址:http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-976046.html 
[32]多学科揭示眼之谜(1)来源:新华网http://92270058.home.news.cn/blog/a/0101007F78BB0D298BE7EDD4.html.
[33]揭开人眼色感之谜来源:新华网,http://92270058.home.news.cn/blog/a/0101007F78BB0D2CCD2CED94.html






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