现代“读心术”能否拯救霍金

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2021-05-31

《国际先驱导报》记者谢来发自北京科学家将入侵霍金的大脑、霍金有望通过脑电波说话,近日各大科技网站上,关于科学家霍金的消息再度占据了显要位置。

这一次,被病魔束缚在轮椅上的霍金似乎即将变身科幻片男主角,不用再依靠残缺的肢体,只需借助最新设备就能直接通过脑电波表达聪明大脑里的思想。 曾经只在科幻作品中出现的读心术是否已经成真,科技真的能让霍金和像他这样的重度瘫痪人士摆脱肉体的束缚,获得充分表达思想的自由?科幻作品中的读心术成真?这套能读懂霍金想法的设备看上去非常不起眼,它是一套名为iBrain的脑神经设备。

外形像由几条简约黑色松紧带组成的简易头套,上面安装了一个火柴盒大小的传感器。 其重量很轻,几乎不会给佩戴者头部带来任何负担。 原理也非常简单,即随时记录佩戴者的脑电波变化。

脑电波会随着思想行为的改变而随时改变,记录脑电波本身并不困难,但是要读懂脑电波却非易事,因为脑电波会穿过大脑的不同的部位和头盖骨,要解读脑电波需要通过一系列复杂的算法。 iBrain的设计者,年仅32岁的美国斯坦福大学教授菲利普·洛通过其创造的算法,试图将记录下的脑电波用图表中的箭头方式表现出来,并解读其中传达出的信息。 用他的话说:我们正在研发的技术允许我们第一次进入人类的大脑。

生物标记物的出现让将有意识的运动与一系列词汇联系在一起、并将它们转换成句子成为一种可能。 借助于这项技术,运动神经元疾病患者能够在更大程度上依靠大脑而不是身体与他人进行沟通。 运动神经疾病患者霍金同意参与iBrian的试验后,去年夏天,洛和他的团队前往霍金在英国剑桥的家,给他佩戴iBrain后让他非常努力地设想完成各种任务。

如想象自己将右手握成球形。 当然,由于已经瘫痪,霍金无法实际完成这一动作。

但他大脑的运动皮质依然能够发布命令,并形成脑电波,研究人员希望记录脑电波的变化后形成一种信号,希望未来能够将这种信号翻译成字母、词汇和句子。

初步的实验显示,霍金在想象右手作出动作时脑电波确实发生了变化。

研究人员希望对更多运动神经细胞病的患者进行类似的实验,进一步完善iBrain的功能。 霍金残存的表达能力正不断丧失1963年,年仅21岁的霍金被诊断患有肌肉萎缩性侧索硬化症,即运动神经疾病,当时医生诊断他只能活两三年,但他却奇迹地活了下来,不过身体各项机能却在逐步丧失。

由于感染了肺炎,霍金1985年接受了气管切开术,由此失去了说话的能力。 此后霍金开始使用一部声音合成器,帮助他将写好的文字转化成声音。 这部美国制造的机器生成的独特机器人般的声音带着些美国口音,但霍金本人欣然接受,这也成为他的标志之一。 随着运动神经疾病的不断恶化,霍金只剩几根手指能够动。 科学家为他专门设计了一个触碰式鼠标,以及显示着26个英文字母的电脑界面。

当需要字母出现时,霍金只需轻抬手指,便能选中字母。 确定了几个字母后,电脑还会联想,提供更多可能用到的词语供霍金选择。 在几个手指还能动弹的时候,霍金通过辅助设备写出了许多讲义、论文和包括畅销书《时间简史》在内的不少经典著作,而他最快的写作速度也只有每分钟4个英文单词。

再后来,霍金虚弱到一根手指也无法动弹,科学家则将鼠标改成了一个感应脸颊运动的红外线感应器,霍金的手指功能便被一小块脸颊肌肉所替代。 这一小块肌肉成了霍金与外界沟通的唯一工具。

感应器安装在他的眼镜上,能监视面颊的细微运动,轮椅上的电脑负责将这种运动转换成文字信息。

但毕竟用脸颊来打字的速度效率太低,在外出演讲回答提问时,霍金平均每一分钟才能回答一个单词。 即便如此霍金依然保持乐观,他表示,缓慢的表达能让他有足够的时间思考一些重要的发现,这种表达方式也没有阻碍他享受家庭生活。 随着霍金的身体状况日益恶化,霍金仅存的沟通能力也可能会逐渐丧失,他正面临失去唯一沟通工具的危险。

英特尔公司的工程师们正在开发一款新的面部识别软件,它能监控脸部的细微变化,帮助霍金更有效和外界沟通。 而iBrain则是在尝试用另一种全新的方式帮助霍金表达。

和过去所有和外界沟通方式不同的是,iBrain并非利用霍金残存的表达能力,而是绕开他残疾的身体,直接从大脑中获取信息,这种方式堪称革命性的。 即便霍金不幸丧失了所有的表达能力,也能通过脑电波传达意愿。

iBrain有望成为通向大脑的窗户洛教授和他的团队在这个领域做出了杰出的工作。

霍金在一份声明中称:我正在参与这个项目,期望能够给他们提供更多见解和实际的建议,我希望能帮助这项研究,鼓励对此领域的投资,最重要的是,给那些被诊断患有运动神经疾病等其他神经退化的人更多希望。

经过亲身体验,霍金表示,就目前而言,他佩戴的脸颊感应器比iBrain表达信息更快,但如果后者能继续改进,提高效率,他有望换上新的读脑设备。 2010年,iBrain获得了当年度最具创新产品奖。 作为一款便携式脑神经监控设备,iBrain能用以代替复杂而昂贵的脑电波记录仪器。

让患者不必长时间留在医疗机构的睡眠实验室,也不用头戴布满各种探头电线的仪器,在家中或在任何地方就能轻松记录下他们的脑电波变化,再根据脑电波反应让医生开出正确剂量的药物,用于治疗失眠、抑郁症甚至自闭症。

对于这款产品的潜力,科研界给与了积极的评价。 斯坦福大学医学院的露丝·奥哈拉教授称,她计划将iBrain用于自闭症的研究。

这套设备是目前最好的单通道脑波监控仪器。 奥哈拉说:我尚未看到最新的测试数据,但就此前公布的初步数据而言,结果很令人信服,这套设备有望成为通向大脑的窗户。 运动神经疾病专家,神经专科医师特里·帕特森计划将iBrain给自己的运动神经疾病病人使用,并和现有的其他脑波监控仪器做比较。 虽然病人能够通过现有的设备和外界沟通,但方式繁琐和单一,病人多半只能通过眨眼来表达是或不是。 实际上,他们希望表达更多,从开灯关灯这样的生活琐事,到收发电子邮件,与亲人谈心。

洛表示,他的研发团队在与医疗企业和学术机构进行更多合作试验的同时,也正在争取获得美国食品和药品管理局的批准。 目前研发团队尚未公布iBrain上市后的价格。 而同类的脑波测试仪器在市面上已经有售,但它们多半仅用于记录睡眠模式等简单用途。 今年夏天,洛教授和他的团队将继续和霍金合作,通过继续细化对脑波信息的解读来实现更复杂的目的。 他们计划将在今年7月的一场神经科学会议上公布他们的测试数据。 当然接下来,还有很多具体的问题要克服,如将霍金的脑电波和iBrain以及电脑完全匹配,达到更有效的沟通。 不过在洛教授看来,解决这些困难不过是时间问题,能帮助像霍金那样聪明的大脑更好地和世界沟通,这难道不令人兴奋吗?。