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猴子用“意念”指揮機器人拿食物給自己吃

據(jù)《紐約時報》5月29日報道，美國《自然》雜志5月28號在網(wǎng)上發(fā)表了一份研究報告稱，在猴子的腦中置入微型傳感器，猴子就可以控制機器人的手臂，指示機器人幫自己“干活”。這個研究表明了動物神經(jīng)和復(fù)雜機器的結(jié)合是可能的，這將為因腦部和脊髓受傷、帕金森癥、老年癡呆癥等生活無法自理的病人帶來福音。這份報告將發(fā)表在本期的《自然》雜志上。

猴子的想法，機器人的行動

機器人的手臂模仿人類建造，連著肩膀，有肘，但是只有兩只手指。猴子的手臂被綁起來，不能自由獲取食物，它們要想得到食物，必須借助外力。

在猴子的頭骨下方的運動皮層，科學(xué)家植入一個雀斑大小的傳感器。運動皮層是神經(jīng)中樞向胳膊和手指下達運動命令的細(xì)胞區(qū)。傳感器由100個微型電極構(gòu)成，每個電極都與一個神經(jīng)元連接，電極另一端的導(dǎo)線通向一臺電腦。

外置的電腦收集這100個神經(jīng)元細(xì)胞發(fā)出的信息，然后將這些信息轉(zhuǎn)化為電子指令，同時傳達給機器人的手臂。最初是科學(xué)家利用電腦幫助猴子發(fā)出命令，移動機器人的手臂，讓它們學(xué)會生物反饋。

幾天后，猴子就不需要人們的幫助了。它們穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)囟俗谝巫由希瑒佑米约旱乃枷?，通過外置電腦的傳達，熟練地指揮機器人伸出手臂，幫它們拿葡萄、藥屬葵等食物，和科學(xué)家放在它們眼前搖擺不定的東西。這一過程的困難在于每個神經(jīng)元細(xì)胞都有自己想要選擇的移動方向，“你需要弄清楚猴子究竟想往哪個方向移動”，試驗人員說。

最后，猴子只用花費原來三分之二的時間就可以把食物吃進嘴里。猴子學(xué)會在靠近食物的時候，要把機器人的兩只手指張開，拿食物的時候要適當(dāng)?shù)啬缶o手指，把食物放進嘴的時候又要松開手指。它們可以自由控制機器人的行動，順暢、自然地把吃東西。

行動障礙病人的福音

這項研究由美國匹茲堡大學(xué)和卡內(nèi)基.梅隆大學(xué)不同專業(yè)的專家完成，在美國生物醫(yī)學(xué)和工程研究中心進行。試驗選取猴子是因為它們的腦部結(jié)構(gòu)與人類最為相似，而且猴子學(xué)習(xí)能力強。雖然對腦部受損的人來講，人腦控制行動的彌補方法在實踐上還沒有取得成果，但是這個試驗表明這在技術(shù)上是完全可行的。

在以前的一個試驗中，一個癱瘓多年的病人，通過腦波就可以控制電腦屏幕上一個指針。另外一個試驗中，靈長類動物可以用自己的思想就可以移動機器人的手臂、手指，控制機器人在踏車和其他小型機器上活動。

新的實驗無疑又向前進了一大步，在這個實驗中，猴子已經(jīng)習(xí)慣將機器人的手臂當(dāng)成自己身體的一部分利用，而且與神經(jīng)活動同時同步。

科學(xué)家評價說，這個發(fā)現(xiàn)對那些腦部、脊髓受傷的人和截肢患者，特別是從伊拉克和阿富汗戰(zhàn)場歸來的受傷老兵，甚至是癱瘓病人、帕金森癥、老年癡呆癥患者的治療，都有很大的意義。威廉姆. 希德克斯是研究小組的主任，他說，“這項試驗總結(jié)了以前的試驗成果，將會為某些病癥提供新的補救方法?！?/P>

布朗大學(xué)人腦科學(xué)研究中心的主任約翰.多諾霍說，“這份報告很重要，它全面解釋了僅僅通過腦部活動，動物與復(fù)雜的機器結(jié)合在了一起?！笨茖W(xué)家說，實驗的短期目標(biāo)是為全癱患者制造這樣的機器，最終目標(biāo)是了解人腦的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

“給機器人安上關(guān)節(jié)和靈活的手指”

報告的合作者、主要的研究人之一、匹茲堡大學(xué)的神經(jīng)生物學(xué)教授安德魯.施瓦茨說：“在現(xiàn)實的世界，事情不會像我們想象的那樣發(fā)展。有很多情況我們無法預(yù)料，比如說食物粘在手上，或者食物滑落，這些我們都無法編寫進電腦程序中。但是猴子可以適應(yīng)這些情況，它們會舔站在機器人手指上的食物，會把食物硬塞進嘴里，好像是在使用自己的手臂一樣?！?/P>

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這項方法要進入實踐領(lǐng)域，還有幾個障礙：移植入人腦的感應(yīng)器的作用時間不會超過一個月，科學(xué)家也無法解釋其中的原因；用于讀取、轉(zhuǎn)換神經(jīng)信息的設(shè)備需要全天候的監(jiān)視和校正，而且至今沒有發(fā)現(xiàn)不植入人腦皮層、也能夠成功運行的無線設(shè)備。此外，機器人手臂的精確度也需要改進。施瓦茨說，“真正的病人需要機器人做的事情是扣扣子，拉拉鏈，所以我們必須給機器人手臂安裝上關(guān)節(jié)和更靈活的手指?！?/P>

很多科學(xué)家都在致力于解決這些問題，而猴子在試驗中表現(xiàn)出來的快速的學(xué)習(xí)能力讓科學(xué)家相信，大腦要控制身體某部位的運動，只需要對應(yīng)的神經(jīng)中樞發(fā)出指令就可以了，神經(jīng)中樞沒有必要精確地控制每一塊肌肉，而且，只要100個神經(jīng)元細(xì)胞就可以控制機器人手臂和手指的活動。這讓科學(xué)家對這個方法進入實踐充滿了信心。

蒙特利爾大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家約翰.卡拉斯卡，將在本期《自然》雜志上發(fā)表文章稱：如果這些惱人的問題都解決了，科學(xué)家可能會發(fā)現(xiàn)在比人腦頭骨下的運動皮層可以更準(zhǔn)確、更敏感地控制外部機器的區(qū)域。這樣，病人不僅可以通過“同步指令”的機器活動，還可以以一種更自然、更真實的方式表達完整的思想，更順暢地用機器代替他們的生活。