科學家展示人與人之間直接腦對腦通訊

“大腦網際網路”的研究又向前邁進了一步

我們人類進化出了豐富的溝通方式,從手勢到複雜的語言。所有這些溝通形式都以某種方式將原本獨立的個體聯絡起來,使他們能夠分享和表達自己獨特的經驗,並協同工作。在一項新研究中,技術取代了語言,成為直接連線人腦活動的一種溝通手段。來自一對人類受試者大腦的電活動以磁訊號的形式傳輸到第三個人的大腦中,這些磁訊號傳遞了一個以特定方式執行任務的指令。這項研究為人類協作開闢了非凡的新途徑,同時也以令人不安的方式模糊了關於個體身份和自主性的基本概念。

直接的腦對腦通訊多年來一直是人們非常感興趣的主題,其動機多種多樣,既有未來主義的熱情,也有軍事上的迫切需求。米格爾·尼科萊利斯是該領域的領導者之一,在他的著作超越邊界中,他將人類大腦活動的融合描述為人類的未來,是我們物種進化的下一個階段。(尼科萊利斯在大眾科學的顧問委員會任職。)他已經進行了一項研究,其中他使用被稱為腦對腦介面的複雜植入電極將幾隻老鼠的大腦連線在一起。尼科萊利斯和他的合著者將這一成就描述為第一個“有機計算機”,其中活體大腦像許多微處理器一樣連線在一起。這個網路中的動物學會了同步其神經細胞的電活動,程度與單個大腦中的神經細胞相同。對聯網大腦進行了測試,例如它們區分兩種不同電刺激模式的能力,結果它們通常優於單個動物。

如果聯網的老鼠大腦比單個動物“更聰明”,那麼想象一下人類聯網大腦生物超級計算機的能力。這樣的網路可以使人們跨越語言障礙進行工作。它可以為那些溝通能力受損的人提供一種新的溝通手段。此外,如果老鼠的研究是正確的,那麼人類大腦聯網可能會提高效能。這樣的網路是否可能成為一種更快、更有效、更智慧的協同工作方式?


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這篇新論文透過將一個小型人類網路的大腦活動連線在一起,解決了其中一些問題。三個人在不同的房間裡坐著,協作正確地定向一個方塊,使其能夠填補影片遊戲中其他方塊之間的空隙。充當“傳送者”的兩個人可以看到空隙,並知道是否需要旋轉方塊才能使其 फिट。第三個人充當“接收者”,對正確的答案視而不見,需要依賴傳送者傳送的指令。

兩位傳送者都配備了腦電圖儀(EEG),用於記錄他們大腦的電活動。傳送者能夠看到方塊的方向,並決定是否向接收者發出旋轉方塊的訊號。他們專注於以高頻率閃爍的光來傳達旋轉的指令,或者專注於以低頻率閃爍的光來發出不旋轉的訊號。閃爍頻率的差異導致傳送者的大腦產生不同的反應,這些反應被腦電圖儀捕獲,並透過計算機介面傳送給接收者。如果傳送者發出旋轉訊號,則使用經顱磁刺激(TMS)裝置向接收者傳遞磁脈衝。該磁脈衝在接收者的視野中引起閃光(光幻視),作為轉動方塊的提示。在離散的時間段內沒有訊號是表示不轉動方塊的指令。

在收集到來自兩位傳送者的指令後,接收者決定是否旋轉方塊。與傳送者一樣,接收者也配備了腦電圖儀,在這種情況下,用於向計算機發出選擇訊號。 一旦接收者決定了方塊的方向,遊戲就結束了,結果會告知所有三位參與者。這為傳送者提供了評估接收者行為的機會,也為接收者提供了評估每位傳送者準確性的機會。

然後,團隊獲得了第二次機會來提高其表現。總共使用這個名為“腦網路”的網路測試了五組人,平均而言,他們在完成任務時達到了超過 80% 的準確率。

為了加大挑戰,研究人員有時會在其中一位傳送者傳送的訊號中新增噪聲。面對衝突或模稜兩可的指示,接收者很快學會識別並遵循更準確的傳送者的指示。該報告稱,這個過程模擬了“傳統”社交網路的一些特徵。

這項研究是對先前在實驗動物身上所做工作的自然延伸。除了將老鼠大腦連線在一起的工作之外,尼科萊利斯的實驗室還負責將多個靈長類動物的大腦連線成一個“腦網”(不要與上面討論的腦網路混淆),其中靈長類動物學會了透過腦機介面(BCI)在執行共同任務中進行合作。這一次,三隻靈長類動物透過植入式腦機介面連線到同一臺計算機,並同時嘗試將游標移動到目標。在這種情況下,動物們沒有直接相互連線,挑戰在於它們要完成並行處理的壯舉,每隻動物都將其活動 направлять 向目標,同時不斷補償其他動物的活動。

腦對腦介面也跨越物種,人類使用與腦網路研究中類似的非侵入性方法來控制蟑螂或植入了外科手術植入腦介面的老鼠。在一份報告中,一位人類使用非侵入性腦介面,透過計算機連線到一隻麻醉老鼠的腦機介面,能夠移動這隻動物的尾巴。而在另一項研究中,一位人類控制著一隻老鼠,使其成為一個自由移動的電子人

這篇新論文的研究人員指出,這是第一份報告,其中多個人類的大腦以完全非侵入性的方式連線在一起。他們聲稱,可以聯網的大腦數量基本上是無限的。然而,目前傳輸的資訊非常簡單:是或否的二進位制指令。除了成為一種非常複雜的方式來玩類似俄羅斯方塊的影片遊戲之外,這些努力會走向何方?

作者提出,可以使用功能性磁共振成像(fMRI)同時對大腦活動進行成像,以提高使用非侵入性方法的資訊傳輸,從而增加發送者可以傳輸的資訊量。但是,fMRI 不是一個簡單的程式,它會增加已經非常複雜的共享資訊方法的複雜性。研究人員還提出,可以以集中的方式將 TMS 傳遞到特定的大腦區域,以便在接收者的大腦中引發對特定語義內容的意識。

與此同時,用於更具侵入性——或許也更有效——的大腦介面的工具正在快速發展。埃隆·馬斯克最近宣佈開發了一種機器人可植入的腦機介面,其中包含 3,000 個電極,可在計算機和大腦中的神經細胞之間提供廣泛的互動。儘管這些努力在範圍和複雜性方面令人印象深刻,但與政府計劃相比,它們相形見絀。國防高階研究計劃局(DARPA)一直在領導工程工作,以開發一種可植入的神經介面,該介面能夠同時與一百萬個神經細胞進行互動。雖然這些腦機介面並非專門為腦對腦介面而開發,但不難想象它們可以被徵用 для 這種目的。

即使這裡使用的方法是非侵入性的,因此看起來遠不如使用 DARPA 神經介面那樣不祥,但該技術仍然引發了倫理問題,特別是由於相關技術發展如此迅速。例如,腦對腦網路的未來某種形式是否會使傳送者對接收者產生強制性影響,從而改變後者的能動性意識?來自發送者的大腦記錄是否可能包含未來可能被提取並侵犯該人隱私的資訊?這些努力是否會在某個時候損害個人的自我意識?

這項工作使我們離尼科萊利斯想象的未來更近了一步,正如已故諾貝爾獎得主物理學家默裡·蓋爾曼所說,“思想和情感將被完全共享,而語言允許的選擇性或欺騙性將不復存在。”除了在追求完全開放方面有點偷窺癖之外,尼科萊利斯還忽略了重點。人類語言的細微之處之一是,通常不說的內容與所說的內容一樣重要。隱藏在個人思想隱私中的內容是個體自主性的核心。我們透過直接連線大腦可能在協作或計算能力方面獲得的一切,可能會以犧牲更重要的事物為代價。

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羅伯特·馬託內 是一位在神經退行性疾病方面具有專長的研究科學家。他空閒時間會去劃皮划艇和翻譯義大利文藝復興時期的文學作品。

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SA Mind Vol 31 Issue 1本文最初以“科學家展示人與人之間直接腦對腦通訊”為標題發表於SA Mind 第 31 卷第 1 期 (),第 7 頁
doi:10.1038/scientificamericanmind0120-7
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