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當(dāng)腦科學(xué)“遭遇”未來機(jī)器人

點擊：  作者：趙地    來源：機(jī)器人圈、機(jī)器人產(chǎn)業(yè)雜志  發(fā)布時間:2016-05-26 11:22:52

 

近年來，發(fā)達(dá)國家紛紛發(fā)布各自的“腦計劃”，而我國也早已對該研究進(jìn)行布局，并發(fā)布了中國版“腦計劃”。到底各國對于人腦的研究進(jìn)展幾何？腦科學(xué)研究又對于機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展起到了何種關(guān)鍵作用？本文帶你篤學(xué)一番。

 

現(xiàn)在，信息通信技術(shù)與生物學(xué)的融合已經(jīng)到達(dá)了一定高度，所以讓研究者們夢寐以求的、能夠掌握人類大腦的愿景，有望成為現(xiàn)實。

 

方興未艾的“腦計劃”

 

2013年6月，美國白宮公布了“推進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計劃”；而在同年初，歐盟委員會也宣布“人腦工程”為歐盟未來10年的“新興旗艦技術(shù)項目”；緊接著，2014年9月，日本科學(xué)省亦宣布了大腦研究計劃的首席科學(xué)家和組織模式。

 

美國側(cè)重于繪制腦圖并試圖弄清人腦結(jié)構(gòu)，歐洲則側(cè)重于使用計算機(jī)模擬人腦……發(fā)達(dá)國家紛紛投入巨資，并將各自的“腦計劃”提升至戰(zhàn)略高度，可見這項工作的意義非常重大。

 

美國“腦計劃”

 

美國的“腦計劃”名為“推進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計劃”（Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies，簡稱“BRAIN”），其進(jìn)程有可能持續(xù)10年之久，以加速研發(fā)和應(yīng)用新技術(shù)，使研究者看到腦的動態(tài)圖景，顯示各個腦細(xì)胞和復(fù)雜的神經(jīng)回路如何以“思維的速度”相互作用。

 

“BRAIN”的腦模擬包含以下的研究內(nèi)容：統(tǒng)計大腦細(xì)胞類型，建立大腦結(jié)構(gòu)圖，開發(fā)大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)記錄技術(shù)，開發(fā)操作神經(jīng)回路的工具，了解神經(jīng)細(xì)胞與個體行為之間的聯(lián)系，整合神經(jīng)科學(xué)實驗與理論、模型、統(tǒng)計學(xué)等，描述人類大腦成像技術(shù)的機(jī)制，為科學(xué)研究建立收集人類數(shù)據(jù)的機(jī)制，知識傳播與培訓(xùn)等。

 

在歐洲的“人類腦計劃”（Human Brain Project）和美國“腦計劃”（BRAIN）中，大腦模擬是其重要的內(nèi)容之一。

 

美國國家衛(wèi)生研究院宣布，美國腦計劃（BRAIN）將重點資助9個大腦研究領(lǐng)域（見圖1）。這是美國相關(guān)政府科研機(jī)構(gòu)首次公布“腦計劃”的具體研究和實施細(xì)節(jié)。

美國腦計劃9大重點資助領(lǐng)域

 

歐盟人腦計劃

 

歐盟人腦計劃（Human Brain Project，簡稱“HBP”）于2013年入選了歐盟的未來旗艦技術(shù)項目，獲得了10億歐元的資金支持，共有26個國家的135個合作機(jī)構(gòu)，數(shù)百名研究人員參與此計劃，它也成為了全球范圍內(nèi)最重要的人類大腦研究項目之一。HBP主要任務(wù)是對人類大腦進(jìn)行模擬，即是通過超級計算機(jī)的計算來整體模擬人類大腦。

 

在該項腦模擬計劃中，研究者們打算繼續(xù)開發(fā)人類大腦如何全面運作計算機(jī)模型。為實現(xiàn)該模型，研究者需要的是近1000PB的計算機(jī)，其能力超過當(dāng)今超級計算機(jī)百倍甚至千倍。另外，它也將極大地加速人類對人腦結(jié)構(gòu)和功能的全面理解，有助于人類更好地研究大腦疾病并發(fā)現(xiàn)更加優(yōu)化的治療方案，也會對現(xiàn)在開發(fā)基于人腦機(jī)理的信息通信技術(shù)起到極大的推動性意義。

 

“歐盟人腦計劃”中對神經(jīng)機(jī)器人的研究便是其中的典型代表，在計劃開展的前30個月，該計劃建設(shè)涉及神經(jīng)信息學(xué)、大腦模擬、高性能計算、醫(yī)學(xué)信息學(xué)、神經(jīng)形態(tài)計算和神經(jīng)機(jī)器人等6座大型試驗與科研基礎(chǔ)設(shè)施。可見，神經(jīng)機(jī)器人研究的重要性。

 

“歐盟人腦計劃”的重點領(lǐng)域如下：

 

第一，人腦計劃的核心是信息和計算技術(shù)。這一計劃將研發(fā)神經(jīng)信息學(xué)、腦仿真和超級計算的ICT平臺；

第二，全新的醫(yī)學(xué)信息學(xué)平臺將把全世界的臨床數(shù)據(jù)都匯集起來，使醫(yī)學(xué)研究人員得以提取有價值的臨床信息，并結(jié)合進(jìn)有關(guān)疾病的計算機(jī)模型中；

第三，仿神經(jīng)計算平臺和神經(jīng)機(jī)器人學(xué)(neurorobotics)平臺根據(jù)腦的構(gòu)筑和回路研發(fā)新型的計算系統(tǒng)和機(jī)器人。

 

在信息和計算技術(shù)方面，通過應(yīng)用云計算和分布數(shù)據(jù)庫技術(shù)，再配合互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代密碼學(xué)，便有可能分析來自世界各處的科學(xué)研究與臨床數(shù)據(jù)；通過各種數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和高性能計算，便有可能對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并在多個尺度上仿真腦模型，找出缺失之處，并設(shè)計新的實驗以填補空白。通過仿神經(jīng)計算技術(shù)則有可能造出更密集、能耗更低的計算裝置，并促進(jìn)神經(jīng)機(jī)器人的研究。

 

日本腦計劃

 

日本也加入了腦模擬的行列。2013年，由日本和德國的研究人員合作，進(jìn)行了一次較大規(guī)模的人腦神經(jīng)模擬計算，在該計算中使用了超級計算機(jī)K Computer（中文名為“京”）。當(dāng)時全球超級計算機(jī)世界排名第四的“京”，得出的結(jié)果是相當(dāng)令人振奮的。當(dāng)時模擬的是1秒內(nèi)17.3億神經(jīng)細(xì)胞的活動情況，共計調(diào)用了K Computer的82944個處理器，并且使用了1PB內(nèi)存進(jìn)行計算，為數(shù)十年后的腦模擬帶來了希望。

 

中國版“腦計劃”

 

“中國腦計劃”的名稱為“腦科學(xué)與類腦科學(xué)研究”（Brain Science and Brain-Like Intelligence Technology），人們簡稱為“中國腦計劃”。該計劃主要有兩個研究方向：以探索大腦秘密、攻克大腦疾病為導(dǎo)向的腦科學(xué)研究，以及以建立和發(fā)展人工智能技術(shù)為導(dǎo)向的類腦研究。該計劃將作為我國六個長期科學(xué)項目工程中的一個重要項目，被國家政府長期資助，資助時間達(dá)到15年之久（2016-2030年）。

 

作為”中國腦計劃“要解決的問題，以下三個層面的認(rèn)知問題是重點：

 

包括大腦對外界環(huán)境的感官認(rèn)知，即探究人類對外界環(huán)境的感知，如人的注意力、學(xué)習(xí)、記憶以及決策制定等；對人類以及非人靈長類自我意識的認(rèn)知，通過動物模型研究人類以及非人靈長類的自我意識、同情心以及意識的形成；對語言的認(rèn)知，探究語法以及廣泛的句式結(jié)構(gòu)，用以研究人工智能技術(shù)。

 

”中國腦計劃“要重點解決三個層面的認(rèn)知問題

 

2015年9月1日，“腦科學(xué)研究”的專項計劃在北京市科委正式啟動。會上饒毅、王擁軍、王曉民等20余位腦科學(xué)研究專家參與。

 

會上發(fā)布了《北京市科學(xué)技術(shù)委員會“腦科學(xué)研究”專項實施方案》。該計劃提出未來兩個五年發(fā)展目標(biāo)：到2020年，北京市科委將推動腦科學(xué)重大共性技術(shù)研究中心建設(shè)，形成跨部門、跨學(xué)科的“腦認(rèn)知與腦醫(yī)學(xué)”研究支撐平臺，建成支撐“腦認(rèn)知與類腦計算”基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)的公共平臺。著力突破腦疾病領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)，盡快實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化惠及于民，提升人民腦健康水平。

 

同時，會上提出了北京腦計劃的重點任務(wù)：

 

建立四大類腦計算研究平臺，營造類腦計算的基礎(chǔ)研究環(huán)境；研制兩類類腦計算核心芯片，掌握類腦計算技術(shù)主動權(quán)；實現(xiàn)三類典型類腦智能應(yīng)用，在大規(guī)模智能應(yīng)用中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

 

為保障腦科學(xué)研究專項的順利實施，北京市科委給予了大力支持，建立以專家團(tuán)隊為核心的組織模式，成立以國內(nèi)外專家組成的專家指導(dǎo)組，包括專項總體組和專家指導(dǎo)組。充分發(fā)揮人才作用，形成一批基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性研究成果，并將建立多方協(xié)同創(chuàng)新的工作機(jī)制，不僅鼓勵北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國科學(xué)院、首都醫(yī)科大學(xué)等核心科研機(jī)構(gòu)內(nèi)部整合力量，更支持在北京地區(qū)用新體制、新機(jī)制整體構(gòu)建跨地區(qū)、跨部門的“腦科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新研究中心”。

 

上海也緊隨其后，開展了相應(yīng)的腦計劃研究。上海腦計劃主要關(guān)注人腦科學(xué)研究領(lǐng)域的以下幾個內(nèi)容：

 

一是以腦神經(jīng)研究、神經(jīng)外科治療等為切入點，配套協(xié)助國家腦科學(xué)卓越創(chuàng)新中心的相關(guān)工作；二是爭取建設(shè)成為亞洲最大的精神疾病治療中心；三是將腦科學(xué)研究與智能機(jī)器人研究有效結(jié)合；四是提升研究機(jī)構(gòu)和人員的數(shù)量和水平。

 

由復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、華東師范大學(xué)、上海紐約大學(xué)四所大學(xué)牽頭，聯(lián)合一批高校和科研院所以及企業(yè)開展。該計劃將對接“中國腦計劃”，并培養(yǎng)一批優(yōu)秀的年輕科學(xué)家。上海市政府已將腦科學(xué)與人工智能列為本市重大科技項目，作為建設(shè)科技創(chuàng)新中心的重要舉措。復(fù)旦大學(xué)牽頭成立了“腦科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心”，推進(jìn)腦科學(xué)研究和轉(zhuǎn)化應(yīng)用，積極推進(jìn)和參與“上海腦計劃”的實施。“上海腦計劃”未來主要目標(biāo)在如下幾個方面：解析復(fù)雜數(shù)據(jù)、模擬腦工作，探究記憶、學(xué)習(xí)、決策等原理，模擬智能交互，進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘，開展智能醫(yī)療診斷等方面。

 

近年來，腦科學(xué)與類腦智慧已經(jīng)成為世界各國研究和角逐的熱點。美國、歐盟相繼啟動相關(guān)研究計劃，中國政府也高度重視。在國家大力推動創(chuàng)新驅(qū)動的背景下，“中國大腦”計劃獲得了政策大力扶持。腦計劃對我國基礎(chǔ)腦科學(xué)技術(shù)研究平臺有很大的提升，這些技術(shù)體現(xiàn)在神經(jīng)標(biāo)記和神經(jīng)環(huán)路示蹤技術(shù)、大腦成像技術(shù)、神經(jīng)調(diào)節(jié)技術(shù)、神經(jīng)信息處理平臺等方面。此外，該項目有望建立一個腦圖像國家平臺，一個有關(guān)大腦功能失調(diào)的血液生物庫和大腦生物庫以及大腦健康訓(xùn)練和教育中心，對于基礎(chǔ)腦科學(xué)研究來說，由此帶來的效應(yīng)非常明顯。

 

中國執(zhí)行腦計劃擁有諸多方面的優(yōu)勢，例如中國靈長類動物種類和數(shù)量十分豐富，在非人靈長類腦疾病模型上也處于世界領(lǐng)先地位等。除了能夠促進(jìn)基礎(chǔ)腦科學(xué)外，“中國腦計劃”還有益于我們對大腦疾病的探索。該計劃一旦落實，未來通過分子、影像以及相關(guān)標(biāo)記物，我們即可在大腦疾病的早期診斷和干預(yù)上發(fā)揮重要作用，通過大腦疾病的遺傳、表觀遺傳以及病理性功能失調(diào)等方面的研究，掌握大腦疾病的發(fā)生機(jī)制。

 

腦科學(xué)研究與未來機(jī)器人緊密關(guān)聯(lián)

 

腦計劃的開展是未來機(jī)器人發(fā)展的動力。腦計劃的開展對機(jī)器人相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也起到了促進(jìn)作用。隨著歐、美、日相繼啟動各種人腦計劃，中國也將全面啟動自己的腦科學(xué)計劃。類腦計算和人工智能研究是“中國腦計劃”的重要組成部分，而機(jī)器人是其一個重要的研究方向。設(shè)計類腦芯片和類腦機(jī)器人，研發(fā)類腦人工智能硬件系統(tǒng)，從各種智能可穿戴設(shè)備到工業(yè)和服務(wù)機(jī)器人。可見腦計劃推動了硬件方面機(jī)器人的發(fā)展。

 

機(jī)器人的視覺系統(tǒng)技術(shù)就是典型案例之一。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指用計算機(jī)來實現(xiàn)人的視覺功能，換句話說就是用計算機(jī)來實現(xiàn)對客觀的三維世界的識別。人類視覺系統(tǒng)的感受部分是視網(wǎng)膜，而視網(wǎng)膜就是一個三維采樣系統(tǒng)。三維物體的可見部分首先是投影到視網(wǎng)膜上，之后人們才按照投影到視網(wǎng)膜上的二維的像來對該物體進(jìn)行三維理解。三維理解包括對被觀察對象的形狀、尺寸、離開觀察點的距離、質(zhì)地和運動特征等的理解。機(jī)器人視覺系統(tǒng)主要是利用顏色、形狀等信息來識別環(huán)境目標(biāo)。

 

以機(jī)器人對顏色的識別為例：當(dāng)攝像頭獲得彩色圖像以后，機(jī)器人上的嵌入計算機(jī)系統(tǒng)將模擬視頻信號數(shù)字化，將像素根據(jù)顏色分成兩部分，即感興趣的像素(搜索的目標(biāo)顏色)和不感興趣的像素(背景顏色)。然后，對這些感興趣的像素進(jìn)行RGB 顏色分量的匹配。為了減少環(huán)境光強度的影響，可把RGB顏色域空間轉(zhuǎn)化到HIS等顏色空間。

 

機(jī)器人視覺系統(tǒng)主要由三部分組成

 

機(jī)器人視覺系統(tǒng)主要由三部分組成：圖像的獲取、圖像的處理和分析、輸出或顯示。圖像的獲取實際上是將被測物體的可視化圖像和內(nèi)在特征轉(zhuǎn)換成能被計算機(jī)處理的一系列數(shù)據(jù)，它主要由三部分組成：照明、圖像聚焦形成、圖像確定和形成攝像機(jī)輸出信號。視覺信息的處理技術(shù)主要依賴于圖像處理方法，它包括圖像增強、數(shù)據(jù)編碼和傳輸、平滑、邊緣銳化、分割、特征抽取、圖像識別與理解等內(nèi)容。經(jīng)過這些處理后，輸出圖像的質(zhì)量得到相當(dāng)程度的改善，既改善了圖像的視覺效果，又便于計算機(jī)對圖像進(jìn)行分析、處理和識別。

 

除了視覺，聽覺也是人類大腦的重要組成之一，而聽覺傳感器便是機(jī)器人的“耳朵”。若僅要求其對聲音作出反應(yīng)，那么我們只需一個開關(guān)量輸出形式的聽覺傳感器，利用一個“聲—電”轉(zhuǎn)換器就能辦到。但是，如果讓家用機(jī)器人能夠聽懂主人的語言指令，根據(jù)指令去打掃房間，開關(guān)房門，倒垃圾等，就已經(jīng)很困難了；而若進(jìn)一步要求機(jī)器人能與主人對話，區(qū)別主人和其他人的聲音，從而只執(zhí)行主人的命令，那就是“困難重重”了。

 

目前，現(xiàn)在的研究水平只是通過語音處理及辨識技術(shù)識別講話人，還可以正確理解一些極簡單的語句。由于人類的語言非常復(fù)雜、詞匯量相當(dāng)豐富，即使是同一個人，其發(fā)音也會隨環(huán)境及身體狀況變化而變化。因此，要使機(jī)器人的聽覺系統(tǒng)具有接近人耳的功能，除了擴(kuò)大計算機(jī)容量和提高其運算速度外，還需人們在其他方面做大量、艱苦的研究、探索工作。

 

當(dāng)然，我們也可以通過軟件來輔助實現(xiàn)機(jī)器人的語音識別。ROAR（機(jī)器人操作系統(tǒng)的開源音頻識別器）軟件工具就能夠?qū)崿F(xiàn)該功能。該軟件能幫助機(jī)器人專家訓(xùn)練機(jī)器對更寬泛意義的聲音作出反應(yīng)。這個工具主要需要一個麥克風(fēng)；訓(xùn)練開始時，機(jī)器人的麥克風(fēng)首先捕捉周圍的聲音，ROAR對這些聲音進(jìn)行打磨；接下來，操作者通過反復(fù)重復(fù)某個動作教ROAR識別主要聲音，在機(jī)器人聽這些聲音的同時標(biāo)記這些獨特的語音信號；最后，根據(jù)那套訓(xùn)練片斷，程序會生成一套通用模式，包含各個動作對應(yīng)的不同的聲音。雖然這些技術(shù)還處在研發(fā)階段，但是未來發(fā)展前景是巨大的。

 

近年來,具有自學(xué)習(xí)能力的機(jī)器人成為了一個新的研究熱點。這個研究方向的一個關(guān)鍵問題是用學(xué)習(xí)技術(shù)增強機(jī)器人的智能。在機(jī)器人研究領(lǐng)域的多種學(xué)習(xí)方法中，最為廣泛使用的方法就是“強化學(xué)習(xí)方法”。強化學(xué)習(xí)(reinforcement learning，又稱再勵學(xué)習(xí)、評價學(xué)習(xí))是一種重要的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，在智能控制機(jī)器人及分析預(yù)測等領(lǐng)域有許多應(yīng)用。常見的算法包括“Q-Learning”及“時間差學(xué)習(xí)”。

 

以日本發(fā)那科公司的一款工業(yè)機(jī)器人為例，給定機(jī)器人某一任務(wù)，比如從某盒子拾取小工具并放入另一個容器，該機(jī)器人能夠用整個晚上想出如何完成該任務(wù)。上圖為日本發(fā)那科公司的這款機(jī)器人。

 

發(fā)那科的機(jī)器人使用了一種名為“深度強化學(xué)習(xí)”的技術(shù)，以完成自我訓(xùn)練，可隨時學(xué)習(xí)新的任務(wù)。它在嘗試拾起物品的同時，還能夠抓取這個過程的錄像。不管每次成功與否，它都會記住物品的樣子，進(jìn)而通過學(xué)習(xí)到的知識，改進(jìn)控制其行動的深度學(xué)習(xí)模型或大型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。短短大約八個小時后，該機(jī)器人便達(dá)到了90%甚至更高的準(zhǔn)確度，仿佛是一位程序?qū)＜乙话恪?span lang="EN-US">

 

腦科學(xué)研究已經(jīng)得到了國家的高度重視，“中國腦計劃”已經(jīng)獲得國務(wù)院批示，并列為“事關(guān)我國未來發(fā)展的重大科技項目”之一，將從認(rèn)識腦、保護(hù)腦和模擬腦三個方向全面啟動。具有中國特色的“中國腦計劃”也在機(jī)器人方面得到了體現(xiàn)，比如復(fù)旦科學(xué)家研究的一種能夠“望、聞、問、切”的中醫(yī)機(jī)器人，機(jī)器人圍棋專業(yè)四、五段水平的“百度大腦”項目在研究中，以及國防科技大學(xué)研發(fā)出腦控機(jī)器人，他們通過將人腦電波轉(zhuǎn)換成指揮機(jī)器人的計算機(jī)指令，實現(xiàn)用人腦直接控制機(jī)器人運動。可見，機(jī)器人的發(fā)展得益于腦科學(xué)的研究以及腦計劃的開展。

 

總而言之，我們不得不承認(rèn)，以計算機(jī)目前的能力仍然沒有人類大腦那么“強悍”。從某種意義上而言，也正由于此，種種技術(shù)難題限制了機(jī)器人的研發(fā)。雖然目前人們還沒有開發(fā)出滿意的算法，使其能夠真實地模擬人腦進(jìn)行運行的機(jī)制，但人類對智能化要求的提高促使機(jī)器人產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)更快的發(fā)展。在這樣的大背景下，機(jī)器人技術(shù)必將飛速發(fā)展。機(jī)器人將越來越像“人腦”一樣去感受這個世界，實現(xiàn)更高級的視覺、聽覺、味覺、嗅覺和觸覺的感知。“由機(jī)器人到有‘人類感官’的機(jī)器人”，這也許就是人腦計劃中人工智能的未來發(fā)展趨勢。經(jīng)過科學(xué)家以及相關(guān)研究者的共同努力，這一天離我們真的并不遙遠(yuǎn)。

 

（趙地 中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心“百人計劃”副研究員、計算機(jī)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)博士學(xué)位）

 

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機(jī)器與大腦的互惠

 

　　純粹依靠邏輯計算的機(jī)器是不可能超越人類智慧的，其所能涉及應(yīng)用領(lǐng)域也會局限于理智計算所勝任的范圍。因此，未來智能機(jī)器如要進(jìn)一步發(fā)展，就必須突破目前單單基于經(jīng)典邏輯機(jī)器的局限性。從這個意義上講，未來的人工智能發(fā)展，一定會朝著超越目前單純依靠機(jī)器的路線，而充分利用腦科學(xué)研究的成就，采用大腦與機(jī)器相結(jié)合的嶄新路線。

　　實際上，人類進(jìn)入21世紀(jì)，隨著腦科學(xué)研究突飛猛進(jìn)的長足進(jìn)步，腦機(jī)互惠研究也已經(jīng)成為機(jī)器智能研究的全新方向。這里，腦機(jī)互惠是指腦科學(xué)與機(jī)器人學(xué)之間的一個學(xué)科交叉研究領(lǐng)域，涉及通過生物技術(shù)來人造或重塑大腦、通過理解人腦來開發(fā)認(rèn)知型機(jī)器人，以及通過雙向腦機(jī)接口技術(shù)來開發(fā)腦機(jī)混合智能系統(tǒng)等三個方面。

　　首先，隨著人體器官組織的人工培育生物技術(shù)的不斷成熟，最近形成了合成生物學(xué)的分支學(xué)科，完全可以按照各種需要來人工培育人類和動物的大腦皮層組織，并直接與數(shù)字芯片相銜接用于控制機(jī)器行為。目前人工皮層，如人工海馬、人工小腦等，盡管還停留在動物身體實驗階段，但其原理是一樣的，遲早會應(yīng)用到人類之上，人工大腦也會為期不遠(yuǎn)。

　　其次，還可以利用基因工程直接提升大腦的心智能力，比如可以通過基因工程培育更加智慧的老鼠等;或者通過智能藥片(某種合適的蛋白質(zhì)注入)來提升動物的智能;或者通過顱磁刺激大腦適當(dāng)?shù)牟课粊硖嵘J(rèn)知處理的速度和敏捷，從而提升動物潛在的智力。一旦上述培育的大腦能夠成功實現(xiàn)心智能力，就可以通過大腦皮層的自然機(jī)制與機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合來真正提高機(jī)器心智的水平。

　　另外，可以利用“可編程”的微型芯片來隨意組合智能機(jī)器。這里每個微塵芯片都可以無線控制，通過編程改變其表面電荷來隨意聚合重組形成物體，如智能手機(jī)或智能機(jī)器人，并控制其活動。這樣就與合成生物學(xué)原理一樣，說不定也可以通過某種受控自組織途徑，來構(gòu)建具有高級心智能力的物體。

　　最重要的，隨著近年來腦科學(xué)研究的突飛猛進(jìn)發(fā)展，我們探測人腦的手段不斷發(fā)展，腦電圖、腦磁圖、腦成像、近紅外光譜儀、深部腦刺激術(shù)以及光遺傳學(xué)手段等等，使得開展人類大腦逆向工程成為可能。因此通過這樣的人類大腦工程研究，如果能夠模擬人類大腦，就可以利用全部大腦連接信息來備份人腦，從而開展人腦掃描備份研究工程，使得我們的心靈像軟件一樣不再依賴于硬件的軀體而得到永生。

　　盡管真切實現(xiàn)這樣的大腦掃描備份技術(shù)還比較遙遠(yuǎn)，但腦科學(xué)最新研究的進(jìn)展還是為我們結(jié)合動物神經(jīng)機(jī)制的智能機(jī)器研制帶來了全新的可能。比如讀取人腦中流動的思想、植入芯片幫助殘疾人自主生活、建造腦聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行直接心靈交流、開展大腦逆向工程，只要遵循或不違背物理定律，一切都有可能。這就為開展未來人工智能研究帶來了廣闊的天地。

　　最后，最為現(xiàn)實的一種腦機(jī)互惠技術(shù)途徑，就是構(gòu)建新型的腦機(jī)融合計算系統(tǒng)。所謂腦機(jī)融合，就是將生物智能(腦)與機(jī)器智能(機(jī))相互融合一體，來共同完成原本任何一方都不能單獨很好完成的任務(wù)，實現(xiàn)生物智能和機(jī)器智能均望塵莫及的更為強大智能表現(xiàn)——混合智能。

　　腦機(jī)融合計算系統(tǒng)的構(gòu)建，主要是基于腦機(jī)接口技術(shù)，來形成一種綜合利用生物智能和機(jī)器智能的新型智能系統(tǒng)。但不同于從腦到機(jī)或從機(jī)到腦單向性信息利用，腦機(jī)融合則是要建立腦機(jī)之間的雙向信息交流，從而實現(xiàn)腦機(jī)之間的相互協(xié)作，共同完成復(fù)雜的任務(wù)。

　　目前，建立腦機(jī)融合這樣的雙向信息交流技術(shù)，主要是雙向腦機(jī)接口技術(shù)。雙向腦機(jī)接口技術(shù)包括兩種不同類型的研究工作：一是實時采集大規(guī)模的腦活動信息，通過解讀腦活動信息來控制機(jī)器行為;二是用人工產(chǎn)生的電信號刺激腦組織，將特定的感知信息直接傳入腦組織，以便控制協(xié)調(diào)腦活動。

　　從目前的初步研究結(jié)果來看，通過腦機(jī)融合技術(shù)開發(fā)的新型智能系統(tǒng)，在醫(yī)療康復(fù)、生活娛樂和軍事偵察等方面具有廣泛的應(yīng)用潛力。因為通過腦機(jī)接口人們可以直接用腦而無須通過語言或操作動作來控制機(jī)器或設(shè)備，所以腦機(jī)接口一個重要應(yīng)用領(lǐng)域就是幫助病人康復(fù)訓(xùn)練的機(jī)器人方面或者幫助有肢體殘缺的人們完成正常人一樣的工作。

　　另外，腦機(jī)接口對于某些肢體動作受限的職業(yè)，如飛行員、宇航員、潛水員等，利用意念來操控設(shè)備有著重要的應(yīng)用前景，也為動漫游戲、智能機(jī)器人控制等提供了一種全新的用戶交互界面。

　　特別是在軍事偵察方面，通過將腦機(jī)融合技術(shù)運用到某些特殊動物，如蒼蠅、壁虎、老鼠等腦中，利用這些動物行為靈巧性，比如蒼蠅飛行中穩(wěn)定停頓、壁虎善于爬行光滑墻體，以及老鼠的無孔不入，在這些小型動物身上安裝必要的裝備，并與腦機(jī)融合系統(tǒng)相銜接，就可以通過空投和無線控制，去完成各種敵方不易察覺的偵察或破壞任務(wù)。

　　更進(jìn)一步，如果采用雙向接口方式的腦機(jī)融合，還可以形成“腦-機(jī)-腦”接口技術(shù)，從而使得腦腦相聯(lián)成為可能。這樣，腦機(jī)融合也就變成腦腦相聯(lián)的“心靈融合”，將兩個人腦間的思維融合起來，甚至可以讓腦聯(lián)網(wǎng)成為可能，實現(xiàn)人腦到人腦的直接互動。

　　目前“互聯(lián)網(wǎng)+”已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)社會發(fā)展的全新模式，如果“+”的是雙向腦機(jī)接口技術(shù)，那就是腦聯(lián)網(wǎng)。到那時，人們就可以在腦聯(lián)網(wǎng)上通過“心靈感應(yīng)”來直接實時地進(jìn)行情感、思想和體驗的交流，甚至群腦共同進(jìn)行感知、規(guī)劃、創(chuàng)造等心智活動。應(yīng)該看到，從腦機(jī)接口到腦腦接口，從腦機(jī)融合到心靈融合，未來的腦機(jī)融合研究未可限量。

　　總之，展望智能科學(xué)這一當(dāng)代科學(xué)新領(lǐng)域，前景十分誘人。我們相信，未來智能科學(xué)技術(shù)，或者確切地說是基于人腦與機(jī)器互惠的智能科學(xué)技術(shù)研究，一定會有比以往做出更加豐富的成就。

（來源：學(xué)習(xí)時報，作者：周昌樂 ）