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神经前沿:“脑联网”研究旨在升级人类智能 纳米机器人入脑

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发表于 2019-5-22 21:30:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 邓文龙 于 2019-5-22 21:31 编辑

作者:Nuno Martins 来源:《神经科学前沿》

发布时间:2019/5/16 13:48:28

“脑联网”研究旨在升级人类智能

用科技刷新大脑——未来这可能不再是一种口号,而是现实。将大脑与互联网直接相连,提升人类智能甚至构建“全球超级大脑”,这种“脑联网”研究当下受到越来越多关注。

硅谷知名企业家埃隆·马斯克日前透露,他创建的脑机交互技术公司“神经连接”即将发布新消息。而近期在国际期刊《神经科学前沿》上发表新论文的研究人员也预测,未来几十年内,“人脑/云接口”将有突破。

脑机接口研究,是“脑联网”的一大基础。半个世纪以来,这一领域已有不少进展,成果主要体现在为残障人士实现视觉、听觉以及肌肉运动等方面的辅助功能。相关研究大多是通过将大脑以某种形式与外部设备连接,实现脑电波信号与相关指令信号间的转换。

这些应用看起来已足够科幻,但让大脑直接“联网”显然比“联机”更加大胆。马斯克曾表示,通过高带宽数字接口将机器与人类大脑相接,以大脑思考的速度传输信息,将有助于升级人类智能。

而根据《神经科学前沿》上述论文作者之一小罗伯特·弗雷塔斯的说法,新试验已经取得一定进展。据介绍,他们的想法是将纳米机器人植入大脑,充当大脑和超级计算机之间的“联络员”,实现信息的“矩阵式”下载。

研究人员在论文中说,这种脑机交互技术除了能够帮助“直接、即刻获取人类积累的几乎所有方面的知识”,还有其他一些潜在应用,包括改善教育、智力、娱乐、旅行和“其他互动体验”的能力。

研究人员也承认,要想将大脑提升到云计算的高级水平,必须先在技术和医学领域取得一定进展。比如,要将大量纳米粒子安全地植入大脑,先要对它们的生物相容性进行进一步研究,才能考虑将其用于人类发展。

“随着这些技术和其他有前景的(脑机接口)技术以越来越快的速度发展,‘思想互联网’可能在世纪之交前成为现实。”论文第一作者努诺·马丁斯表示。

不过,相关研究面临的困难也可想而知:技术方面,这一领域涉及医学、生物学、物理、电气工程、机器学习、信号处理和模式识别等学科,需要在多方面取得突破;伦理方面,植入式脑机接口试验也有阻力。(来源:新华网)

相关论文信息:doi: 10.3389/fnins.2019.00112

https://www.frontiersin.org/arti ... ins.2019.00112/full

http://paper.sciencenet.cn/htmlp ... 71911380450109.shtm



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 楼主| 发表于 2019-5-22 21:44:24 | 显示全部楼层
本帖最后由 邓文龙 于 2019-5-22 21:56 编辑

Google软件译 :

(《神经科学前沿》)

假设与理论文章

面前。Neurosci。,2019年3月29日| https://doi.org/10.3389/fnins.2019.00112

人脑/云界面

Nuno RB Martins 1,2 *,Amara Angelica 3,Krishnan Chakravarthy 4,5,Yuriy Svidinenko 6,Frank J. Boehm 7,Ioan Opris 8,9,Mikhail A. Lebedev 10,11,12,Melanie Swan 13,Steven A Garan 1,2,Jeffrey V. Rosenfeld 14,15,16,17,Tad Hogg 18和Robert A. Freitas Jr. 18
1劳伦斯伯克利国家实验室,美国加利福尼亚州伯克利
2加州大学伯克利分校和加州大学伯克利分校LBNL老龄研究与教育中心(CREA)
3 Kurzweil Technologies,Newton,MA,United States
4加州圣地亚哥健康科学,圣地亚哥,加利福尼亚州,美国
5 VA San Diego Healthcare System,San Diego,CA,United States
6 Nanobot医疗动画工作室,圣地亚哥,CA,美国
7 NanoApps Medical,Inc.,Vancouver,BC,Canada
8美国佛罗里达州迈阿密迈阿密大学迈阿密治疗瘫痪项目
9迈阿密大学生物医学工程系,美国佛罗里达州科勒尔盖布尔斯
10杜克大学神经工程中心,美国北卡罗来纳州达勒姆
11俄罗斯莫斯科国立研究大学高等经济学院认知神经科学研究所生物电接口中心
12数字健康研究所信息与互联网技术系,IM Sechenov俄罗斯首都莫斯科国立医科大学
13普渡大学哲学系,美国印第安纳州西拉法叶
14蒙纳士大学蒙纳士医学工程研究所,澳大利亚维多利亚州克莱顿
15澳大利亚维多利亚州墨尔本阿尔弗雷德医院神经外科
16莫纳什大学外科,澳大利亚维多利亚州克莱顿
17美国马里兰州贝塞斯达健康科学大学医学院F.EdwardHébert医学院外科学系
18美国加利福尼亚州帕洛阿尔托分子制造研究所

互联网包括一个分散的全球系统,为人类生成,处理和存储数据的集体努力提供服务,其中大部分由快速扩展的云处理。稳定,安全,实时的系统可以允许云与人脑连接。实现这种系统的一种有希望的策略,在此称为“人脑/云接口”(“B / CI”),将基于此处称为“神经元机器人”的技术。预计未来的神经元机器人技术将促进准确的诊断最终治疗影响人类大脑的~400条件。通过直接监测大脑的~86×10 9个神经元和〜2 ×10 14个突触,神经元机器人还可以使B / CI在神经活动与外部数据存储和处理之间具有受控连接。在导航人体血管系统后,三种神经机器人(endoneurobots,gliabots和synaptobots)可以穿过血脑屏障(BBB),进入脑实质,进入个体人脑细胞,并在轴突初始段自我定位神经元(endoneurobots),神经胶质细胞(gliabots)内,与突触(synaptobots)紧密接近。然后,他们将通过辅助纳米机制光纤(30 cm 3)无线传输高达每秒~6×10 16位的突触处理和编码的人脑电信息,能够处理高达10 18位/秒的速度并快速提供数据传输到基于云的超级计算机,用于实时大脑状态监测和数据提取。神经元机器人启用的人类B / CI可以作为个性化的管道,允许人们直接,即时地访问累积的人类知识的任何方面。其他预期的应用包括改善教育,智能,娱乐,旅行和其他互动体验的无数机会。专门的应用程序可能是参与完全身临其境的体验/感官体验的能力,包括这里所称的“透明阴影”(TS)。通过TS,个人可能会经历其他愿意参与者(本地或偏远)的生活中的片段,希望鼓励和激发人类家庭所有成员之间的理解和容忍。

介绍

“我们将拥有纳米机器人......将我们的新皮层连接到云中的合成新皮层......我们的想法将是...... 生物和非生物杂交。“

- Ray Kurzweil,TED 2014

医学领域不断推动开发更小,更强大,更有效,更具成本效益的设备和系统。这项任务的主要驱动因素涉及人类疾病的细胞和亚细胞起源,在这种情况下,纳米装置可以直接相互作用并可能对疾病结果产生积极影响或完全阻止它们,特别是在脑部疾病方面(Kandel等, 2000,Kandel,2001 ; Zigmond等,2014 ; Chaudhury等,2015 ; Fornito等,2015 ; Falk等,2016)。随着先进的纳米医学 - 特别是医学纳米机器人 - 被用作解决大多数人类大脑疾病的动态工具,追求用于治疗患者的更小工具正在接近医学史上的关键时刻。我们的目标是最终授权的专业医务人员治疗的个体细胞和亚细胞分辨率(疾病塔斯,1998,1999年b,2003年,2005年a,c ^,2007,2016 ; 莫里斯,2001 ; 阿斯捷等人,2005 ; Patel等。,2006 ; Park等人,2007 ; Popov等人,2007 ; Mallouk和Sen,2009 ; Martel等人,2009 ; Kostarelos,2010 ; Mavroides和Ferreira,2011 ; Boehm,2013)。

纳米机器人在人脑中的应用在这里被称为“神经纳米机器人”。这项技术可以在细胞和细胞器水平上监测,记录甚至操纵许多类型的大脑相关信息(Martins等,2012,2015年,2016年)。预计医学神经元机器人具有实现单神经元和单突触神经电活动,局部神经肽流量和其他相关功能数据的实时,非破坏性监测的能力,同时还允许从神经元表面获取基本结构信息。 ,增强活人脑的连接图谱(Sporns等,2005 ; Lu等,2009 ; Anderson等,2011 ; Kleinfeld等,2011 ; Seung,2011 ; Martins等,2012),2015年,2016年)。非破坏性神经元机器人介导的全脑监测结合单细胞修复功能(Freitas,2007)预计将提供强大的医疗能力,以有效治疗大多数或所有~400种已知的脑部疾病,包括最显着的:帕金森病和阿尔茨海默氏症(Freitas,2016),成瘾,痴呆,癫痫和脊髓疾病(NINDS,2017)。

通过提供直接访问超级计算存储和处理能力以及与人工智能系统接口的平台,预计Neuralnanorobots还将赋予许多非医学范例转换应用,包括重要的人类认知增强。由于基于信息的技术一直在以指数速率提高其性价比和功能设计,因此一旦他们进入临床实践或非医学应用,神经纳米动机技术可能与强大的人工智能系统,超级计算,和先进的分子制造业。

此外,自主nanomedical设备预期是生物相容的,主要是由于它们的结构材料,这将人体(内启用扩展居留塔斯,1999年,2002年,2003)。使用类金刚石材料,医疗神经机器人也可以以足够的治疗量制造以治疗个体患者,因为这些材料可以在体内提供最大的强度,弹性和可靠性(Freitas,2010)。由Robert Freitas和Ralph Merkle领导的正在进行的国际“Nanofactory Collaboration”的主要目标是建造世界上第一个纳米工厂,这将允许大规模生产用于医疗和非医疗应用的先进自主性金刚石神经机器人(Freitas和Merkle,2004,2006年 ; 弗雷塔斯,2009年,2010)。

可以想象,在未来20 - 30年内,可以开发神经元机器人,以实现人脑与生物和非生物计算系统之间的安全,安全,即时,实时的接口,从而增强脑 - 脑接口的能力( BTBI),脑 - 计算机接口(BCI),特别是复杂的大脑/云接口(B / CI)。这样的人类B / CI系统可以显着改变人/机器通信,带来显着的人类认知增强的希望(Kurzweil,2014 ; Swan,2016)。

从历史上看,B / CI可能性的根本性突破是1924年通过脑电图对大脑电活动的初始测量和记录(Stone and Hughes,2013)。当时,EEG标志着神经和精神诊断工具的历史进步,因为这项技术可以测量各种脑疾病,量化不同心理状态引起的偏差,并检测振荡α波(8-13) Hz),即所谓的“伯杰波”。第一次脑电图测量需要将银线插入患者的头皮中,然后进化为粘附在头部的银箔。这些基本传感器最初与Lippmann毛细管静电计相连。然而,通过使用西门子双线圈记录电流计获得了显着改善的结果,其电子分辨率为0.1mv(Jung和Berger,1979)。

第一个报告的科学实例“脑 - 计算机接口”可以追溯到1973年,也就是第一次脑电图记录后约50年,当时人们设想EEG报告的脑电信号可能被用作人机通信中的数据载体。这个建议假设心理决定和反应可能是通过人体头皮测量的脑电图波动来探测的,有意义的脑电图现象应该被视为反映个别皮质事件的基本小波的复杂结构(Vidal,1973)。

目前,入侵1和非侵入性脑 - 计算机接口和非侵入性脑 - 脑通信系统已经通过实验证明,并且是全世界认真研究的主题。一旦这些现有技术成熟,它们可能为完全瘫痪的患者提供治疗,最终通过将大脑信号传递到肌肉或外部假体装置,允许恢复瘫痪肢体的运动( Birbaumer,2006)。第一次报告在两个人脑之间直接传递信息而没有运动或外周感觉系统的干预,发生在2014年,使用被称为“超相互作用”的脑 - 脑通信技术( Grau等,2014)。

用于非破坏性,实时人脑计算机接口和脑 - 脑通信的最有希望的长期未来技术可能是神经元机器人(Martins等,2016)。神经纳米机器人是医学纳米机器人在人脑中的应用,最初由弗雷塔斯设想,他提出使用纳米机器人直接实时监测体内神经元的神经交通,以及将信息转化为神经元(Freitas,1999b,2003)。其他作者也设想了B / CI,并预测未来人类可以获得合成的非生物新皮质,这可能允许直接B / CI。在接下来的几十年中,神经元机器人可以在人脑和外部计算平台(如“云”)之间实现非破坏性,实时,超高分辨率的接口。

术语“云”是指云计算,信息技术(IT)范例以及用于实现对可配置资源(例如计算机网络,服务器,存储,应用程序和服务)的共享池的无处不在访问的模型,其可以快速通常通过互联网提供最少的管理工作。对于个人或商业应用程序,云可促进快速数据访问,提供冗余,并优化处理和存储资源的全球使用,同时支持从地球上几乎任何位置进行访问。但是,全球基于云的全球信息处理技术面临的主要挑战是访问系统的速度或延迟。例如,纽约和伦敦之间跨大西洋环路的当前往返延迟率约为90毫秒(Verizon,2014)。由于全球互联网用户现已超过40亿,其对全球经济的经济影响日益显着。麦肯锡全球研究所估计物联网(物联网)应用的经济影响到2025年每年从3.9美元到11.1万亿美元不等。未来几十年基于云的信息处理的全球经济影响可能是一旦云服务以先前无法想象的方式组合,就会破坏整个行业,从而至少高出一个数量级(Miraz et al。,2015)。神经纳米机器人介导的人类B / CI,可能在20 - 30年内提供,与现在的速率相比,将需要具有极高上传和下载速度的宽带互联网接入。

人类的核心是一个有力和不断的驱动力来探索和挑战自己,通过不断探索和推动边界来改善其集体状况,同时不断试图突破那些将可能与不可能分开的障碍。人类增强和认知增强的概念由这些原则承担。

这一动力包括对探索的不断追求以及对社会互动和沟通的持续渴望 - 这两者都是快速增长的全球化的催化剂。因此,开发一种非破坏性的实时人类B / CI技术可以作为一种亲密的,个性化的渠道,通过这种渠道,个人可以即时访问累积的人类知识的任何方面,也可以选择参与的专业能力。无数的实时完全身临其境的体验和感官世界。

详细:

https://www.frontiersin.org/arti ... ins.2019.00112/full

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