鋼鐵俠極限韌體更新 3.0

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本文發表在《大眾科學》的前部落格網路中,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


“進行絕境改造程式後,我的身體從內到外煥然一新。長話短說,我的身體變成了一種計算機,旨在與鋼鐵俠進行互動。我和戰甲之間不再有隔閡。我的大腦……進化了,我想。變成了一種硬碟。”

 

沃倫·埃利斯稱鋼鐵俠為我們的“未來試飛員”。正如我在《發明鋼鐵俠——人機結合的可能性》一文中所寫,鋼鐵俠的起源故事現在有一些非常可信的部分。一個核心問題是:如果鋼鐵俠盔甲真的存在,你如何將其與人體連線並控制它?


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這意味著將鋼鐵俠視為一種神經假體——有史以來最先進、最複雜的大腦-機器介面,無縫集成了神經系統中的資訊傳輸。當涉及到您的大腦、脊髓和周圍神經系統時,感覺和運動訊號的移動速度高達每小時 180 到 220 英里!

您的神經系統正忙於在毫秒級的時間尺度上整合所有這些訊號,並在 10 毫秒和 100 毫秒的時間尺度上產生變化,這些變化是逐秒感知的。要有效地駕駛和使用鋼鐵俠盔甲,您必須讓您的神經系統直接與盔甲本身齧合。

人和機器需要真正合二為一。目前,保真度最高的大腦-機器介面通常基於將電極陣列植入大腦本身。鋼鐵俠的基本概念是將電極陣列外科手術植入大腦和脊髓,然後用於控制鋼鐵俠戰甲。但這需要在大腦、脊髓和周圍神經系統中植入相當多的植入物。

感覺是生命的基礎,獲取儘可能多的資訊來訓練和使用鋼鐵俠戰甲至關重要。從您還在子宮裡的時候開始,您的神經系統就開始校準您大腦內的感覺和運動輸入。這種校準在大腦的感覺和運動部分中建立了身體的鬆散“地圖”,這有助於我們的自我意識、身體“形象”和身體“圖式”。

我們生物身體的感覺地圖可以被重塑,以融入我們在一個稱為“具身化”的過程中使用工具的功能方式。這個過程反映了您神經系統為了保持您的功能而經歷的可塑性。這就是為什麼,如果您的名字是安東尼·愛德華·史塔克,您需要從鋼鐵俠戰甲獲得大量的感覺反饋,才能無縫地使用它。

我對鋼鐵俠的看法與“絕境”盔甲非常相似,沃倫·埃利斯和阿迪·格拉諾夫創造了它。絕境代表了神經系統和高度模組化盔甲之間的嵌入式介面。從大方向來看,這真的是它唯一可以運作的方式。但是,如果存在這樣一種終極的大腦-機器介面,那麼這種“工具”可以被納入真實人類大腦中的身體表徵嗎?

將假肢或外骨骼整合到使用者的大腦中需要感測器和反饋。因此,鋼鐵俠的盔甲應該在手指、手、腳趾等通常在託尼·史塔克身上啟用的部位安裝感測器。這些會啟用通常從真實手指獲得感覺的大腦區域!透過這種方法,託尼會像他在鋼鐵俠2中宣稱的那樣,“鋼鐵俠的盔甲和我是一體的”。

在現實生活中,科學感覺反饋增加了大腦-機器介面的學習。2010 年,芝加哥大學的Aaron Suminski、Nicholas Hatsopoulos 及其同事使用放置在猴子手臂上的“袖子”,幫助提高猴子學習如何移動由運動皮層中的記錄活動驅動的計算機螢幕上的游標。透過同時使用視覺和軀體感覺反饋,猴子學會了如何更快、更準確地控制游標,而沒有這些感覺則不行。

2011 年,由大腦-機器介面領域的先驅和領導者 Miguel Nicolelis 領導的杜克大學神經工程中心的研究團隊,訓練了兩隻猴子使用大腦活動來控制和移動虛擬手。

該實驗的關鍵部分——以及使用虛構的鋼鐵俠外骨骼進行功能訓練的要求——是使用了大腦感覺和運動部分中的電啟用。運動訊號用於驅動控制器,然後在猴子做出準確的動作時,透過刺激感覺皮層直接向大腦提供反饋。這項進展實際上為大腦提供了模仿運動中感覺輸入的電刺激模式。

這實際上是在詢問,當您將工具的使用(其中鋼鐵俠戰甲是工具)推向極致時會發生什麼。這個研究領域繼續以驚人的速度擴充套件。在您享用鋼鐵俠 3 的同時,可以一邊啃著爆米花一邊思考這個問題。

我們未來的試飛員已經到來。

 

E. Paul Zehr is professor of neuroscience and kinesiology at the University of Victoria in British Columbia. His research focuses on the neural control of arm and leg movement during gait and recovery of walking after neurotrauma. His recent pop-sci books include "Becoming Batman: The Possibility of a Superhero (2008)", "Inventing Iron Man: The Possibility of a Human Machine (2011)", "Project Superhero (2014)", and "Chasing Captain America: How Advances in Science, Engineering and Biotechnology Will Produce a Superhuman (2018)". In 2012 he won the University of Victoria Craigdarroch Research Communications Award for Knowledge Mobilization and in 2015 the Science Educator Award from the Society for Neuroscience. Project Superhero won the 2015 Silver Medal for teen fiction from the Independent Book Sellers of North America. Paul is also a regular speaker at San Diego International Comic-Con, New York Comic-Con, and Wonder Con. He has a popular neuroscience blog "Black Belt Brain" at Psychology Today.

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