用意念就能操纵机械手吗?

时间:2017-02-27 15:49:29
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  关键词:意识、机器人、脑信号

  如果有人不幸失去了四肢,目前只能安装一些固定的假肢,作为装饰或支撑。那么有没有可能,有一天,人类可以用意念操纵机械手或机械脚呢?如果能够做到的话,残疾人就可以像正常人一样生活,说不定还比普通人拥有更大的臂力或速度呢。为了达到这个目标,科学家正在做着不懈的努力。

  用意念控制机械手,在理论上是完全可行的。既然我们肌肉的运动要受到脑信号的指挥,那么如果能把这些信号取出来去控制机器,不就能做到这一点了吗?可问题是,我们需要知道,控制某个动作的脑信号究竟只来自某个特定的神经细胞呢,还是来自许多神经细胞的协同活动?如果是前者的话,那么要找到这样的细胞可就像大海捞针一样难办了。美国杜克大学的尼科莱利斯教授发现答案是后者。但是这些组合起来的神经细胞可能参与各种各样的动作,究竟会做出哪个动作,就必须通过分析搜集到的神经信号来确定。

  猴子通过意念操纵机械臂。(1a) 在猴子所戴的电极帽上安装了5 ~ 10 个电极,每个电极又含有16 ~ 128 根微丝。(1b)微丝插入脑内2 毫米深。(1c) 每根微丝就像一根天线那样可以接收1 ~ 4 个神经细胞的信号。(2) 当猴子想要移动屏幕上的光标时电极上记录到的信号。(3) 把这些信号和以前猴臂实际运动时记录下来的数据联系起来,进一步控制机械手的运动

  尼科莱利斯在猴子脑运动区的许多部位埋藏了电极微丝,然后训练猴子通过操纵杆去移动计算机屏幕上的光标。猴子在做动作的时候,插在猴脑里的电极记录下运动神经元的活动,并把这些信号输入到计算机里进行处理,以找出这些信号和操纵杆运动之间的关系。当计算机完成了这样的分析后,研究人员就用脑信号,而不是用操纵杆的输出信号去移动光标了。不久以后,猴子也发现它根本不用动手,只要想想就可以移动屏幕上的光标。当然,研究人员还会采取奖励措施,如果光标移动正确,猴子就会得到果汁,这样猴子用思想来移动光标就越来越熟练了。从这个实验中,我们很自然地就会想到,既然猴子的脑信号能够指挥光标,那么它应该也可以操纵机器。

  2008年1月10日,尼科莱利斯实验室的猴子依多亚成功了,它用意念驱动了一台远在日本京都的机器人“计算的脑”稳步行走。

  在正式做实验的那一天,记录到的数据通过高速互联网源源不断地输送到半个地球之外的“计算的脑”,而机器人腿的活动情形又送回到依多亚面前的一块屏幕上给它看。如果依多亚能够让机器人的关节活动和自己的相应关节的活动同步,就给它奖励。当依多亚开步走的时候,“计算的脑”真的也迈开了同样的步伐!尼科莱利斯认为:“脑把机器人也当作了自己身体的一部分。它在运动皮层的不同区域建立起机器人的代表区。”也就是说,让机器人运动的命令就是从这些区域发出来的。(顾凡及)

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