編譯 胡德良

在美國巴爾的摩市一座由醫(yī)院病房改造而成的小實(shí)驗(yàn)室里，一位禿頭男子坐在輪椅上，電線從他的頭部連接到計(jì)算機(jī)上，這些計(jì)算機(jī)上連著似乎正在自行移動(dòng)的黑色假肢，而這名男子真正的手臂彎折著放在大腿上。兩名研究人員向他發(fā)出命令：“左，上，再向上，右，下……”并記錄著來自視頻監(jiān)視器的數(shù)據(jù)。

這位男子名叫巴茲·赫梅萊夫斯基（Buz Chmielewski），他面露怪相，試圖將假肢伸展到貼在白板上的一組紅色布球和藍(lán)色布球上。他咕噥道：“抓住抓住，向前伸。來吧，往這邊來！”其中一只仿生碳纖維手臂慢慢地上升并伸展開來……他正在使用大腦的信號(hào)來控制手臂。

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)可以幫助四肢癱瘓的患者執(zhí)行他們目前無法完成的任務(wù)，并且可以幫助開發(fā)未來的機(jī)器人員工。這是約翰霍普金斯醫(yī)院的醫(yī)生與約翰霍普金斯應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室（APL）的工程師進(jìn)行的合作項(xiàng)目，APL是一家非營利研究中心，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的資助來自美國國防部。美國國防部希望了解：有朝一日，士兵是否能夠僅使用思維的方式來控制無人機(jī)或其他運(yùn)載工具。

赫梅萊夫斯基是一名志愿者，他不會(huì)直接從這項(xiàng)研究中受益，也不會(huì)因此而獲得一套新裝備，但他希望收集到的數(shù)據(jù)能對(duì)其他人有所幫助。16歲時(shí)，在馬里蘭海岸發(fā)生的一次沖浪事故致使赫梅萊夫斯基的肩膀以下癱瘓，僅能使用肩膀和手腕的部分功能。2019年1月，在受傷33年之后，約翰霍普金斯醫(yī)院的醫(yī)生通過手術(shù)將六個(gè)被稱為多電極陣列的設(shè)備植入了他的大腦表面。三個(gè)陣列連接到赫梅萊夫斯基控制左右臂的大腦區(qū)域，其余陣列連接的大腦區(qū)域負(fù)責(zé)傳遞來自假肢手指的感覺反饋。

經(jīng)過10個(gè)小時(shí)的手術(shù)，赫梅萊夫斯基的頭上留下了三個(gè)扁平的金屬旋鈕，這些旋鈕是電極陣列的連接端口。有時(shí)，赫梅萊夫斯基喜歡用微小的紅色角質(zhì)物來裝飾端口，營造出滑稽可笑、猶如魔鬼的外觀。在商務(wù)會(huì)議上，盡管他通常戴著棒球帽，但他偶爾也會(huì)摘下帽子使客戶感到一種友善的吃驚。

在過去的30年中，赫梅萊夫斯基一直獨(dú)立生活著。他說：“談及我頭上的機(jī)關(guān)，我沒有任何難堪，這是一種很好的談資。如果我正在與遭受脊髓損傷的人進(jìn)行交談，我就會(huì)告訴他們，這就是即將出現(xiàn)的可能會(huì)使其受益的技術(shù)?！?/p>

赫梅萊夫斯基住在巴爾的摩北部，每周去約翰霍普金斯醫(yī)院三次，每次進(jìn)行三至四個(gè)小時(shí)的訓(xùn)練。隨著時(shí)間的推移，如果專心的話，他已經(jīng)能夠掌握移動(dòng)假肢的技能。赫梅萊夫斯基說：“我必須放松整個(gè)身體。”

赫梅萊夫斯基一想到移動(dòng)手臂時(shí)，神經(jīng)信號(hào)就會(huì)從他的大腦傳播到計(jì)算機(jī)，然后再傳播到假肢。當(dāng)假肢手觸摸某物時(shí)，微小的傳感器會(huì)將信息發(fā)回到他的大腦。對(duì)赫梅萊夫斯基來說，即使信號(hào)通過計(jì)算機(jī)和假肢變換了傳播路徑，他的感覺仍像自己的真手正在觸摸某物。

赫梅萊夫斯基試圖使假肢伸向一組紅色和藍(lán)色的布球

赫梅萊夫斯基說：“假肢手接觸到不同的地方，我就會(huì)有不同的感覺。有時(shí)感覺到一種壓力，就像有人在握住你的手一樣；有時(shí)感覺就像手指擦蹭到細(xì)砂紙上?！?/p>

研究小組通過多電極陣列讀取赫梅萊夫斯基的大腦信號(hào)，這些信號(hào)有助于開發(fā)一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，而這種算法可以破解用戶的意圖，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N特定的神經(jīng)信號(hào)模式。然后，計(jì)算機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)化這些神經(jīng)信號(hào)模式，用以指導(dǎo)手臂的動(dòng)作。隨著赫梅萊夫斯基在腦機(jī)接口方面進(jìn)行更多的訓(xùn)練，這種算法會(huì)“了解到”他的想法，然后移動(dòng)手臂，頗像多練習(xí)打網(wǎng)球會(huì)使人更加擅長(zhǎng)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)。

科學(xué)家將人的大腦跟兩條仿生手臂連在一起，同時(shí)還可以從其手指獲取感覺反饋，這在世界上尚屬首次。如果能夠取得成功，該實(shí)驗(yàn)將在中風(fēng)患者、其他四肢缺失人員等的治療方面帶來重大進(jìn)展。

帕博羅·塞爾尼克（Pablo Celnik）是約翰霍普金斯醫(yī)院研究理療與康復(fù)的教授，也是這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的主要研究人員。他認(rèn)為，有朝一日，像赫梅萊夫斯基這樣的患者將能夠使用兩個(gè)仿生手臂打開啤酒、打字或打籃球。他說：“經(jīng)過一段時(shí)間之后，受思維控制的手臂可以連接到患者身體周邊的外骨骼上，這將有助于執(zhí)行某些任務(wù)。我們的目標(biāo)是隨著時(shí)間的推移，使大腦和仿生手臂之間的連接運(yùn)行起來更像大腦的運(yùn)作那樣——患者無需做出有意識(shí)的決定就可以移動(dòng)手臂，手臂的移動(dòng)會(huì)自然而然地發(fā)生?！备倪M(jìn)腦機(jī)接口也意味著，最終將兩個(gè)手臂作為一個(gè)整體一起運(yùn)行，而不是將其作為兩個(gè)單獨(dú)的設(shè)備。如一只手拿著釘子，而另一只手拿錘子將釘子釘在墻上。一只手臂成為助手，另一只手臂發(fā)出精細(xì)的動(dòng)作。

約翰霍普金斯醫(yī)院的這個(gè)項(xiàng)目是歐美正在進(jìn)行中的幾個(gè)項(xiàng)目之一，這些項(xiàng)目旨在直接通過大腦控制來恢復(fù)假肢運(yùn)動(dòng)。2018年，美國國立衛(wèi)生研究院向卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、芝加哥大學(xué)和匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員提供了800萬美元的獎(jiǎng)金，鼓勵(lì)他們擴(kuò)大現(xiàn)有試驗(yàn)的規(guī)模，使殘疾患者通過直接將大腦信號(hào)傳遞給假肢來恢復(fù)手臂和手的功能。

由于赫梅萊夫斯基與約翰霍普金斯醫(yī)院的合作涉及兩條假肢和手指的感覺，因此更多的患者可能會(huì)從他參與的實(shí)驗(yàn)中受益。但是，面臨的挑戰(zhàn)也更加嚴(yán)峻——控制兩只手臂比控制一只手臂更為復(fù)雜，計(jì)算機(jī)須處理的數(shù)據(jù)要多得多。未來，雙仿生手臂系統(tǒng)也有可能安裝到機(jī)器人上，執(zhí)行人類不愿意執(zhí)行的骯臟、危險(xiǎn)或無聊的任務(wù)。

2006年，美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）開始了一項(xiàng)研究工作，這次思維控制的雙手臂實(shí)驗(yàn)是DARPA那項(xiàng)研究工作的延續(xù)。美國軍方的想法是，迅速改善上肢假肢技術(shù)，并為用戶提供新的操作方式。在塞爾尼克團(tuán)隊(duì)和赫梅萊夫斯基正在測(cè)試的兩只手臂中，有一只手臂在2018年跟隨一位佛羅里達(dá)的男子回家，他用這只手臂在鋼琴上創(chuàng)作、彈奏、甚至學(xué)習(xí)了一些曲子。此后，他將這只手臂歸還給APL。

除了去抓彩色布球之外，赫梅萊夫斯基還幫助APL開展了一個(gè)通過腦控?zé)o人機(jī)追蹤敵方戰(zhàn)斗機(jī)的項(xiàng)目，這是美國國防部稱之為“眾多自動(dòng)運(yùn)載工具推理和控制系統(tǒng)”程序的一部分。研究人員將赫梅萊夫斯基連接到一個(gè)視頻游戲，該視頻游戲的圖像特點(diǎn)是在一條開闊的船上有形象各異的粗野男人。利用腦控接口，赫梅萊夫斯基可以評(píng)估船上有多少人、多少貨物以及多少武器，他對(duì)每張圖像打一個(gè)“危險(xiǎn)級(jí)別分”，計(jì)算機(jī)記錄下赫梅萊夫斯基做決策時(shí)的大腦信號(hào)。

軍事研究人員正在利用赫梅萊夫斯基的游戲數(shù)據(jù)來開發(fā)用于無人機(jī)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。APL的程序負(fù)責(zé)人馬特·里奇（Matt Rich）稱，軍方將會(huì)利用該程序，允許人類操作員利用腦部信號(hào)而非操縱桿來控制無人機(jī)。該技術(shù)還可用于訓(xùn)練無人機(jī)，使用腦控接口來豐富觀察結(jié)果，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以對(duì)監(jiān)視目標(biāo)做出評(píng)估，并據(jù)此結(jié)果采取行動(dòng)。

APL正在建立起一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將允許赫梅萊夫斯基利用大腦來控制飛行中的無人機(jī)，這很可能意味著需要轉(zhuǎn)移到別處更大的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中。測(cè)試用無人機(jī)可能是百思買或亞馬遜出售的小型四軸飛行器設(shè)備。里奇說：“這些無人機(jī)可以是虛擬的，也可以是真實(shí)的，但我們計(jì)劃對(duì)兩者都進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?！?/p>

大腦控制的無人機(jī)實(shí)驗(yàn)仍處于起步階段。盡管如此，一些人權(quán)評(píng)論家仍然擔(dān)心：有一天，武器化無人機(jī)裝備擁有完全自主的人工智能，它們可能會(huì)做出自己的殺人決定，而不是由人類操作員來指導(dǎo)它們做事。

2016年，美國海軍啟用了一艘重達(dá)135噸的“海上獵人”號(hào)艦艇，這艘艦艇無需任何船員就可以在海洋上巡邏，DARPA官方將該項(xiàng)目描述為“海軍水面作戰(zhàn)的新視野”，旨在探測(cè)和追蹤潛艇。未來，“海上獵人”號(hào)可能會(huì)直接攻擊潛艇，也許會(huì)借助于APL正在研發(fā)的那種監(jiān)視無人機(jī)來實(shí)施攻擊。美國國防部表示：在2020財(cái)年，國防部計(jì)劃在無人武器系統(tǒng)上花費(fèi)37億美元，此外在人工智能系統(tǒng)上要花費(fèi)近10億美元，以應(yīng)對(duì)國外類似項(xiàng)目的威脅。但是，《大西洋月刊》的最新報(bào)道顯示：到目前為止，美國軍方官員尚未將完全控制權(quán)賦予機(jī)器，他們說還沒有做出堅(jiān)定的計(jì)劃。

赫梅萊夫斯基計(jì)劃加入海軍陸戰(zhàn)隊(duì)。他說：“為了服務(wù)于軍事科學(xué)家和地方科學(xué)家，我很高興玩頂級(jí)槍械這款游戲，但這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)真正令人興奮的是在開發(fā)一項(xiàng)新技術(shù)的同時(shí)來體驗(yàn)這種新技術(shù)。”