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2023

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英研制出生物脑机器人 帮人类揭开记忆之谜


随着人工智能技术与微电子、生命科学等其他学科的联系越来越紧密,人类造出的机器人也越来越像人了。据美国“生活科学”杂志网站8月14日报道,英国雷丁大学的研究小组研发出一个由老鼠脑组织控制的机器人“戈登”,这是世上首个由活体脑组织(而不是电脑)控制的机器人。 
 

  研究人员表示,这一发现有助于揭开人脑记忆之谜,会帮助找到治疗老年痴呆症和帕金森氏症等神经退化疾病的方法。

  首次造出能自学机器人

  当今,机器人日渐成为人类的“左膀右臂”:在战场上有临危不惧的战斗机器人,有帮助扑灭森林火灾的灭火机器人,还有不知疲倦的伐木机器人,甚至一些新潮酒店推出机器人服务生。还有人大胆预测,到2050年人类会与机器人结婚。

  在一些科幻小说及电影中,机器人的智能几乎能与人类匹敌。甚至可以产生爱情、亲情、友情。好莱坞巨星威尔•史密斯主演的《机械公敌》里,机器人差点儿要统治整个世界。但目前来说,机器人还只是重复人类预先设定动作的机器而已。这是何故?原因是机器人所掌握的所有知识,都是人类事先输入的,机器人不能自主学习,也就不具有像人类一样的灵活性。

  但英国科学家研制出的“戈登”却做到了:它依靠科学家们植入的“生物大脑”实现了“自学”,掌握了很多研究人员事先没有设计的动作。戈登实际上是一个半生物半机械的混合型机器人,乍一看就像迪斯尼影片《电子墙》中的主人公。它的大脑实际上是一个加入了30万个神经细胞的封闭培养基。研究人员从老鼠胚胎中取出专用神经细胞,并用酶清洗分离后,将其放到富含营养物的培养基中,培养基被置于长宽均为8厘米、由60个电极组成的多电极列阵(MEA)上。

  这种“多电极列阵”可起到连接活体组织和机器之间的作用,大脑发出电脉冲,驱动机器人的车轮运转,并接收对周围环境作出反应的感应器发出的脉冲。除了生物大脑外,机器上没有安装微型电脑等其他控制设备。因为大脑是活体组织,它必须放在一个特制的温控装置内──它经由蓝牙无线电连接与其“身体”沟通。每当机器人靠近目标时,其大脑就会明显受到刺激,从而停止前进,并选择一个与原方向成某一角度的方向继续行进。

  这个研究小组的负责人、戈登的设计者之一、雷丁大学系统工程学院教授凯文•沃里克介绍说,从某种程度上讲,戈登首次实现了机器人的学习能力。它的大脑与普通生物体的大脑区别不大,运动试验开始后不久,神经网络便开始彼此试探,建立起传递信息的网络。撞到墙时,它会从传感器得到电子刺激。再遇到类似情况时,它就会记住,防止“撞南墙不回头”的情况发生。“我们现在关注的是,如何最好地教它某些行为方式。”沃里克说。

  帮人类揭开记忆之谜

  人类生活水平的提高使人类期望寿命也不断增加,但人类的一些神经系统退化疾病如老年痴呆症、帕金森氏症,却像高悬在老年人头顶的一把利剑,威胁着老年人的健康。而一些由车祸、头部撞击等引起的健忘症,则是没有年龄界限的。睡眠不足、超负荷工作引起的记忆力下降也普遍存在。如果能解释人脑的记忆作用机制,记忆之谜将从此解开,会给无数人带来福音。

  尽管有了现代立体成像技术,如正电子断层成像术(PEP)、核磁共振成像术(MRI)的帮助,但因脑部中枢神经系统过于复杂,人类一直未能找出记忆的“路线图”。戈登的出现给了科学家们希望,这也是雷丁大学研究人员研发戈登的初衷。戈登实际上是科学家们打造的微缩版大脑,去除了一些负责视觉、听觉、嗅觉等功能的区域,使得记忆的作用过程能更容易地显现。

  目前科学界对记忆机制的认识还处在假说阶段,如有人提出记忆主要储存在脑组织的海马体中,有人则认为记忆并不局限于脑的某一结构之中,而是分散于整个脑部。但无论如何,记忆信息的处理主要是靠神经信号,而神经信号的传递又依赖于微电流(通过离子交换作用形成电流)在神经纤维、神经细胞间的传播。研究人员期望通过戈登揭开记忆之谜,就是借助这一原理。学习是获取新信息的神经活动过程,而记忆则是对所获取的信息进行保存和读出的神经活动过程。戈登学习过程中脑部的一举一动,都被科学家详细记录下来。在它的记忆机制开始作用时,研究人员通过测量微电流的大小,就能确定哪些区域在发挥记忆功能。

  沃里克认为,虽然还不能对戈登马上帮人类敲开记忆大门有过高期望,但人类可以通过“简化大脑”这种方式研究记忆的奥秘。人类能有选择地培育几个感兴趣的脑部区域的细胞,这对研究一些大脑未知区域的作用非常有效。老鼠大脑由大约100万个神经细胞构成,人脑则包含大约1000亿个神经细胞。沃里克推测,老鼠和人智力上的差异,应归结为数量不同而非性质不同。戈登的大脑只有30万个神经细胞,而“简化版”的人脑至少需要数十亿到上百亿神经细胞,因此目前的技术还不足以制造出人脑机器人。

  未来机器人真能成为人

  戈登的出现代表了机器人的另一种发展趋势——生物机器人。利用生物控制技术研制生物机器人始于上世纪90年代,是电子信息技术、微制造技术和生物科学高度发展与相互融合的产物,也是目前科技发展最活跃的领域之一。

  想一想,如果人类揭开了自身的记忆之谜,在体外培养出十分精密的大脑,并用其控制机器人的运动,机器人的智力完全可以与人类一较高下。人们希望它们做自己的代替者,在危险环境下完成复杂任务,甚至如前文提到的与人类结婚,这些都已不是难事。

  英国人工智能专家戴维•莱维提出人类可在2050年与机器人结婚,依据就是如今机器人在外表、功能和“性格”上越来越像人类,所以将来很多人可能会爱上机器人、甚至跟机器人结婚……莱维认为,人类彼此相爱的原因之一,是两个人在个性和知识方面都比较相似,而这完全可以通过编程来实现。但莱维没有考虑到的一个问题是,当机器人具有记忆能够自学,甚至有喜怒哀乐等情感以后,编程就显得多余了。因为那样的话,机器人除了与人类在生产过程上不同外(人类是分娩,机器人是制造),其他方面与人已经没有明显差别了。

  但如此一来,问题就变得复杂了。由于生命科学技术的介入,目前自然灵性与人工智能的界限已逐渐模糊。生物脑机器人作为生物体与机械装置的混合体,是应该作为生物体对待,还是作为机械体对待?如果未来人脑机器人问世,它是否应该具有人类的权利?这些涉及到伦理的问题让科学家们颇为头痛。