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军事科技:读脑设备正向我们走来

发布时间:2017-08-14 11:44  来源:网络整理

军事科技:读脑设备正向我们走来

不妨试想如下场景:回到家后,只要脑子里闪过开灯的念头,家里的灯就亮了;如果你下意识地舔一舔干燥的嘴唇,机器人助手就会把一杯柠檬水送到你身边,因为它知道你渴了。

大脑是人类认知过程中最为神秘的领域,科学家们对于大脑的探索从未停止。近期,美国科学家通过监控大脑活动,成功识别出测试者大脑中思考的单词。该技术被称为“脑机接口”,它在人脑与外部设备间建立通路。随着科技的不断发展,计算机设备可以识别理解人类的思想意识、执行大脑传来的多种指令,并且可以向人脑发送信号。

人类对脑机接口技术的关注可以追溯到几十年前。早在1982年,电影《火狐》就讲述了利用大脑神经控制战斗机的科幻故事。在接下来的几十年里,尽管我们至今还不能单纯依靠思维驾驶飞机,但也取得了可喜的进步。

步入新世纪,多国科学家陆续推出重大研究成果。英国研究人员开发出第一种用于控制飞船模拟器的“脑机接口”装置,美国科研人员创建了计算机模拟程序,戴在头上后通过人脑意念便可控制飞船模拟飞行。

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人脑堪称最复杂的构造,多年来为解读它的运作机理,人们想尽了各种办法。研究者遇到的最大困难是人脑的特殊性——不打开,就无处下手;打开,人脑会受到损害,真是左右为难。这一僵局直到FMRI技术诞生才被打破。FMRI通过捕捉人类大脑发出的微弱电磁波信号,对人脑活动进行探测和监控。

在我国,某认知科学基础研究团队经过20多年的研究,已实现让机器人按照人脑的思维自由行走或执行某项操作;装有“脑机接口”装置的汽车,可以不通过人的肢体操作,而是通过采集脑信号,便可按照人脑的思维意识启动、加减速或转弯。某研究团队凭借脑机接口技术,控制大白鼠灵巧地在复杂的迷宫中左突右进、钻洞过桥,飞奔过“沙漠”,最后顺利到达终点。

读脑设备在生活领域也具有广阔的应用前景。汽车制造商正在研发能够嵌入座位靠背的技术,这种技术能监测到人在开车时是否睡着,并通过震动方向盘来叫醒他们。同时,脑控机械臂、脑控发声仪的研究将会使瘫痪患者、聋哑人的生活得到极大的改善。

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“迷你大脑”

过往医学理论认为,人体只有包括脑和脊髓在内的中枢神经系统才能感知和分析疼痛和冷热等知觉。但一项新研究发现,周围神经系统存在“迷你大脑”,也能感知并调节疼痛信号,这或许能有助研发非成瘾性的新型镇痛药。

周围神经系统是指脑和脊髓以外的所有神经结构,包括神经节、神经干、神经丛及神经末梢。它联络中枢神经和其他各系统器官,主要成分是神经纤维。

英国利兹大学和中国河北医科大学的研究人员经过5年研究发现,啮齿动物周围神经系统中的神经节除了能传导神经信号外,还能控制向中枢神经系统传导的信息量大小。

研究发现,这些神经节细胞相互之间可以通过一种叫GABA的信号传导分子传递信息,而此前认为只有中枢神经系统才有这种信息传导能力。相关论文已发表在美国《临床检查杂志》月刊上。

研究项目主管、利兹大学神经学教授妮基塔·甘珀说,虽然目前还不清楚周围神经系统具体如何改变传导至脑部的信息,但它能够感知并更改诸如疼痛、冷热等触觉信号是事实,而且这一现象在人类身上应该同样存在。

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甘珀认为,这项新研究足以挑战加拿大神经生理学家罗纳德·梅尔扎克在上世纪七、八十年代提出的“门控理论”。这一理论认为周围神经系统和中枢神经系统之间存在着一些“门”,能够控制哪些痛觉信号进入大脑。比如,当人全神贯注奔跑时不小心摔了一下,站起来后又继续跑,可能没有感觉到疼痛,因为脊髓中的一些细胞阻止了疼痛信息进入大脑,大脑无法感知,这就是“门控理论”所解释的现象。

而新研究则揭示,传导至中枢神经系统的信号还得经过另外一些“门”,即周围神经系统中的神经节。这些神经节并非不加选择地将所有信号都传导至中枢神经系统,而是可以像调节音量一样放大或缩小传导至脑部的信号强弱。

研究人员认为,这一发现将深刻改变人类对疼痛医学的理解,因为理论上将来可以研发出针对周围神经系统的新型镇痛药物。新药会较一般镇痛药不易上瘾,而且不会让患者昏昏欲睡,从而大大提高临床安全剂量和药效。

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美国防部研发便携式读脑仪器 瞬间读取伤员大脑信息

读心术是科幻电影中数十年经久不衰的话题,在现实生活中,科学家们也正在努力实现这一科技梦想。目前,美国国防部希望通过资金援助形式来帮助一些科技企业大批量生产廉价且便携的读脑穿戴式设备。

该设备可以检测人的脑电波,并把得到的一个可以测量思想最基本的信号数据显示在智能手机或平板电脑上。美国国防部希望将来能够把这些设备运用到未来的战场上,如野外急救,利用该设备可以读取一个受伤士兵瞬时大脑活动信息数据。

在刚刚过去的这个春天,美国国防部通过小企业创新研究计划(Small Business Innovation Research,SBIR)授予了四家公司一定援助资金,其目的是推动读脑技术的发展及商用。首期的援助资金为10万美元,如果那家公司的发展潜力更佳,还将可能获得超过75万美元的二期援助资金。

军事科技:读脑设备正向我们走来

五角大楼一直在推进小型廉价读脑设备(以30美元为衡量标准)的发展,用以便捷探测人体脑电波并可以通过智能手机或平板电脑上的特制app来获取实时数据。

尽管脑电图常规是用于提供脑部受损或癫痫病患者的医疗数据,不过当前已经有某些产商将这方面技术用于穿戴式读脑设备,可允许人们通过脑电波来移动物体或玩电脑游戏。

虽然阵列技术可以探测大脑活动迹象,不过脑电图相较于前者还是有比较显著的几个优点——便携性佳,成本低廉。当然,脑电图的缺点也是比较明显的,目前常用的脑电图检测技术在读取大脑、骨骼、头皮、头发等部位或器官的细微波动数据时的准确性欠佳。

在短期内,美国国防部希望尽快把廉价读脑设备运用到战场上的野外急救,受伤的士兵只要佩戴这类设备2到5分钟,便可以读取到这位受伤士兵瞬时大脑活动信息数据。

梦想很美好,现实却常常比较骨感。这样的读脑设备究竟可以探测并读取到多少有效数据,也真是有待观察,而脑电图是否真的可以弄清楚人脑所思考的一切,还是个问号。

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