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文劉國偉
在2008年12月10日出版的美國《神經元》雜志上,一篇15頁的論文引起了廣泛關注。作者神谷之康博士稱,他的研究團隊已經找到一種方法,能夠通過大腦掃描的方式來復制人們看到的影象。心理學家認為,該技術有可能在未來錄下人們的夢境。但這並不像國內多家媒體報道的那樣,『解夢軟件能讓夢境內容在屏幕上重現』,其實這只是人類邁出『捕夢之路』的第一步。
讓機器人玩『石頭剪子布』神谷之康博士是日本國際電氣通信基礎技術研究院腦情報研究所的學者,也是腦情報與神經系統領域的世界知名專家。從他的個人網站可以了解到,他曾在包括哈佛和普林斯頓在內的世界多所著名大學的實驗室任職,2005年被美國著名科普雜志《科學美國人》評為神經成像領域的首席權威。
神谷之康長期從事計算神經系統的研究工作。2007年6月,他的團隊研發的『腦機接口』術,讓機器在捕獲人腦意念方面取得突出成果。通過核磁共振成像技術,可以給『石頭剪子布』游戲參與者的大腦『解碼』,並將數據輸給機器人,讓它的手做出相應手勢,即借助新型儀器和軟件來『讀懂』人的思想,然後指揮機械手選擇做出石頭、剪刀或者布的形狀——這簡直就是一個受玩家思想控制的機器人。
2008年3月,美國加州大學伯克利分校神經學家傑克•格蘭特,在國際權威期刊英國《自然》上發表論文,宣布用一種解碼器可成功窺探大腦中的影像信息。本報2008年3月14日以《美國發明『讀心儀』》為題進行過報道。
但隨後,神谷之康在利用腦部核磁共振技術方面再次領先。下面,讓我們了解一下他的研究方法和細節。
根據視覺信號重建圖像神谷之康團隊的研究成果,離不開腦部功能核磁共振技術(fMRI)的幫助。所謂fMRI,就是通過一定刺激使大腦皮層各功能區在磁共振設備上成像的方法,它結合了功能、影像和解剖三方面的要素,是一種在活體人腦定位各功能區的有效方法。
研究人員是從人眼視覺信號的形成過程入手開展研究的。人們能看到物體,有賴於在觀察過程中,目標物所反射的光線進入人眼後,在視網膜上形成了一種電子信號。這種電子信號傳入人的大腦經過處理後,就會使人產生視覺。因此只要能成功捕獲目標物所反射的光線在視網膜上形成的電子信號,就能實現視覺影像的還原。
神谷等人准備了400張圖片,每張由縱橫各10小格共100格組成,格子內用黑白兩色描繪出字母、方塊、十字等記號。實驗中,志願者每12秒看一幅圖片,隨後通過fMRI測定視覺皮質腦血流變化,再利用聯系圖像和腦部活動的專用程序讓電腦掌握這一規律。之後,參加者被要求觀看新的圖像,將fMRI的測定結果輸入到電腦後,電腦就能結合之前掌握的規律將圖像基本重現。令人稱奇的是,研究人員向志願者展示了『neuron』(神經元)的6個字母,之後使用這種技術測量了他們的大腦活性,結果在電腦屏幕上再現了neuron這6個字母!
美國神經學家格蘭特在去年3月份曾說:『我們的研究結果暗示,也許很快就能僅僅根據視覺信號所造成的大腦活動,來重建圖片。』僅僅幾個月之後,神谷就做到了這一點。神谷之康顯然比美國的格蘭特走得更遠,因為格蘭特的計算機程序是從有限的圖片庫中猜測和選擇圖片,有著無法推廣的局限性。相比之下,神谷團隊則讓計算機學習了影像重建的一般規律,可識別的圖片不受限制。神谷因此這樣評價自身的研究成果:『他們(格蘭特)成功地從一組候選圖片中選出了一幅,而候選圖片是經過預先分析的。而我們的系統能夠從雜亂無章中創造一幅圖片。』
fMRI技術立奇功人腦堪稱最復雜的構造,多年來為解讀它的運作機理,人們想盡了各種辦法。研究遇到的最大困難無非是人腦的特殊性——不打開,就無處下手;打開呢,人腦會受到損害,真是左右為難。
在上世紀的大部分時間裡,受研究手段的限制,研究人員在腦部思維閱讀領域鮮有進展。起初人們利用腦磁圖(MEG)或腦電圖(EEG),但只能得到頭皮上的磁場或電場的圖像。利用這些技術,可以判斷電流來自哪裡,卻不能定位其准確位置,因此無法直接得到一張反映腦部空間狀況的圖像。腦電圖雖然快捷,但容易受乾擾,還要對使用者進行專門訓練,並且只有特殊的思考過程纔能產生可探測的腦活動。
在1990年,日本科學家小川誠二發現,大腦中血氧含量的相對水平能夠被核磁共振技術探測到,即腦神經在活躍時會把生物能轉化為電能,而電又可以產生磁。科學家們從此發現,核磁共振能用巨大的磁場掩蓋掉地球磁場的乾擾,在相對狹小的無乾擾空間中,捕捉人類大腦發出的微弱磁信號,fMRI技術由此誕生。
與以往的技術手段相比,fMRI優點頗多,這是一種非介入性的技術,不會對腦部造成功能性損害;而且不需要特別訓練,只要讓大腦保持自然狀態就可以。fMRI由此成為對人腦成像機制進行精確研究的最佳工具。
解夢之路仍漫長談起高新技術,人們總關心它在現實中的的應用前景,對fMRI也不例外。
fMRI對顱腦手術病人術前計劃的制定有很大的指導作用,應用前景非常廣闊。
但神谷之康團隊顯然不滿足於一般性的臨床應用,他們希望這一方式能夠為說話障礙者提供幫助,並能有助於醫生對精神病患者的分析治療。他們已經用研究結果表明,既然計算機能實現在事先不知道內容是什麼的情況下,直接讀出一個人正在想什麼,那為什麼不能用來再現人的夢境呢?自從1900年奧地利學者弗洛依德發表《夢的解析》以來,神秘的夢境一直是眾多科學家千方百計想破解的難題。
神谷之康在接受路透社記者采訪時說:『我們希望知道個人的經驗和夢境是如何在腦內顯現的……隨著精確度的提高,有可能通過觀察夢境窺探人們不想為人知的秘密。』他又補充說:『如果研究團隊真正做到了這一點,這一技術就有可能涉及隱私問題,應該予以極大安全保護。』
近期有國內媒體以『我能看見你的夢』等為題,稱『日本專家開發出夢境軟件能讓夢境內容在屏幕上重現』。實際上,這種說法是不准確的,神谷的研究不過是為人們提供了一個新的路徑而已,遠未到解決問題的程度。解讀人類夢境的最大困難還在於技術層面。人類的夢境要比神谷研究所采用的那些黑色背景上的白色十字、方塊和X形要復雜得多,而且場景轉換迅速(絕非神谷實驗所采用的12秒換一幅圖像那麼慢吞吞)。此外,科學家目前還不能確定,在人類做夢時,大腦處理信息的部位和過程是否與清醒時相同。種種困難和限制使得神谷之康的『捕夢』之路是崎嶇而坎坷的。但不管怎麼說,神谷之康借助神奇的fMRI,已經邁出了第一步。(青年參考)
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