機(jī)器人接種生物腦

往人身上植入芯片，換機(jī)器手臂，意念控制機(jī)器，這些想法早就不是什么新鮮事了。今年8 月，英國(guó)雷丁大學(xué)（University of Reading）的工程系統(tǒng)學(xué)院宣布，他們制造了世界上第一臺(tái)生物腦控制的機(jī)器人：一只鼠腦機(jī)器人！

人工智能這個(gè)“人工”要如何實(shí)現(xiàn)？以前只想著怎么讓電路像人一樣思考。在人腦的運(yùn)行機(jī)制還沒(méi)搞懂的時(shí)候，這簡(jiǎn)直就是做夢(mèng)?；剡^(guò)頭來(lái)想一想，能不能直接把人腦接到電路上呢？這樣就能直接看到它們是如何協(xié)作的。但是不必真找一個(gè)活人的腦子，老鼠的就可以，效果都一樣，只需要6 位數(shù)的神經(jīng)元，先看看它們會(huì)做什么再說(shuō)。

鼠腦機(jī)器人vs 無(wú)頭蒼蠅

聽(tīng)到鼠腦機(jī)器人的名字，立即就有人吸一口涼氣：如果鼠腦擁有了機(jī)器人的強(qiáng)大力量，會(huì)不會(huì)向人類討還血債，憑著它在實(shí)驗(yàn)室里犧牲的千萬(wàn)同胞的名義？但如果走進(jìn)凱文· 沃維克（Kevin Warwick）教授的實(shí)驗(yàn)室看一眼，就不會(huì)再有這樣的擔(dān)心。所謂的鼠腦機(jī)器人，不過(guò)是個(gè)紅綠色的小方盒子，在一張餐桌大小的場(chǎng)地上時(shí)而前進(jìn)，時(shí)而折返，看起來(lái)比街頭賣的電動(dòng)玩具汽車還要粗糙得多，走起路來(lái)像只無(wú)頭蒼蠅——它跟蒼蠅也就一個(gè)水平。蒼蠅的“ 腦” 中有10 萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，在這位鼠腦機(jī)器人“米特· 格登”(Meet Gordon) 的“ 腦”里面，大概也只有5 至10 萬(wàn)個(gè)從老鼠胚胎中提取出的神經(jīng)元，而一只真正的老鼠有500 萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，人類有1000 億個(gè)?？瓷先ィ懊滋亍?格登”似乎不能完成任何有用的任務(wù)，事實(shí)上它的確不能。那么為什么要把它制造出來(lái)呢？這要從它的設(shè)計(jì)者沃維克教授說(shuō)起。

如果世界上真的有科幻電影中那些科學(xué)怪人或者瘋狂教授，那么一定就是這位沃維克教授。他最大的一個(gè)研究興趣，就是將人和機(jī)器連起來(lái)，而且用自己的身體做實(shí)驗(yàn)品。2002 年他寫(xiě)了那本著名的《我，半機(jī)械人》（I， Cyborg ）。Cyborg 這個(gè)名字至今還有許多不同的翻譯，有的譯為改造人、生化人、自動(dòng)控制人，有的就直接譯成“賽伯格”。它指的是這樣一種人類，他們身體里的某些部分，已經(jīng)換成了機(jī)器零件。沃維克教授自己就是如此。按照他的說(shuō)法，從1998 年起，他已經(jīng)成為了世界上第一個(gè)“賽伯格”，因?yàn)樗谧约旱氖直壑兄踩肓艘粔K芯片，從此以后可以用意念直接控制機(jī)械手臂，甚至能通過(guò)因特網(wǎng)遙控千里之外的機(jī)械手抓握一顆葡萄。這個(gè)研究領(lǐng)域被叫做“腦機(jī)接口”，沃維克教授認(rèn)為，這是人類未來(lái)必然的發(fā)展趨勢(shì)。

沃維克教授的另一個(gè)研究興趣，是制造一種能自己從挫折中學(xué)習(xí)的機(jī)器人。它擁有生物最基本的能力：自己學(xué)習(xí)適應(yīng)環(huán)境。普通的機(jī)器人已經(jīng)可以圓滿完成各種復(fù)雜任務(wù)，例如下象棋或者學(xué)習(xí)走迷宮，這時(shí)它表現(xiàn)得很機(jī)智，好像是真正擁有智能的機(jī)器，有時(shí)候比人還要敏捷。但是如果遇到全新的環(huán)境，例如要它去穿過(guò)廣場(chǎng)或者斜坡，它就會(huì)完全不知所措，表現(xiàn)得還不如一個(gè)白癡，因?yàn)樗鼈內(nèi)狈?chuàng)造力。但是沃維克教授開(kāi)發(fā)的機(jī)器人頭腦中，并沒(méi)有多少預(yù)設(shè)的程序，就像休謨所說(shuō)的是“一張白紙”。它用計(jì)算機(jī)模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作，像真正的生物一樣，為自己的“生存”而學(xué)習(xí)每一個(gè)新的環(huán)境。他的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)觀察到了很多有趣的行為。據(jù)說(shuō)在以往的實(shí)驗(yàn)中曾有一個(gè)機(jī)器人，因?yàn)闊o(wú)法適應(yīng)紛繁復(fù)雜的環(huán)境而“絕望”，以至“自殺身亡”。

老鼠的藍(lán)牙軀體

鼠腦機(jī)器人就是這兩個(gè)想法的交匯點(diǎn)。之所以要制作米特· 格登，就是為了研究動(dòng)物生存的奧秘：生物腦怎樣學(xué)習(xí)適應(yīng)環(huán)境?；畹男“资竽軌?qū)W習(xí)走迷宮，沃維克教授的機(jī)器人也會(huì)學(xué)習(xí)，但是這到底是不是一回事呢？不如把老鼠的腦子放到機(jī)器人上面試一試。

準(zhǔn)確地說(shuō)，這一片鼠腦并不是真的放在機(jī)器人頭頂上到處亂轉(zhuǎn)：沒(méi)必要這樣麻煩，遙控就可以了。鼠腦的切片安放在一個(gè)巴掌大的培養(yǎng)皿中央，它叫做“多電極矩陣（MEA）”，有60×60 共3600 根電極和腦切片相連，像是一塊特別大的CPU。這是鼠腦和機(jī)器相交流的關(guān)鍵部件，每個(gè)電極都可以捕捉神經(jīng)元的電信號(hào)，也能向神經(jīng)元放出電刺激。神經(jīng)元和機(jī)器的差別就在這里彌合了。不過(guò)在神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)用的MEA 中，神經(jīng)元只能存活幾個(gè)小時(shí)，然后因?yàn)槿狈I(yíng)養(yǎng)而死亡。米特· 格登的學(xué)習(xí)歷程需要數(shù)十天。在沃維克教授的實(shí)驗(yàn)室里，MEA 得到不斷輸入的營(yíng)養(yǎng)液，就像血管一樣不斷地輸送氧氣和養(yǎng)料，能夠讓切片中的腦細(xì)胞存活好幾個(gè)月。MEA 被放置在恒溫箱中保存，電極信號(hào)則通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線電與機(jī)器軀體溝通。

格登的軀體雖然簡(jiǎn)陋，卻是實(shí)實(shí)在在的身體，既有運(yùn)動(dòng)器官——一對(duì)輪子，也有感覺(jué)器官——安裝在四個(gè)側(cè)面上的感應(yīng)器，一旦它撞到了場(chǎng)地四周的墻壁，感應(yīng)器就產(chǎn)生電信號(hào)。哇呀！疼！如果它會(huì)說(shuō)話的話，也許會(huì)有這樣的驚呼。

一顆鼠腦的充實(shí)生活

這可是實(shí)實(shí)在在的痛覺(jué)，不像之前的研究，例如2003 年美國(guó)亞特蘭大和澳大利亞珀斯的一群研究人員，讓MEA 中的腦細(xì)胞控制三支彩色鉛筆，模仿藝術(shù)家作畫(huà)，或者是2004年佛羅里達(dá)大學(xué)的研究者， 用MEA中的鼠腦來(lái)進(jìn)行F-22 戰(zhàn)斗機(jī)的模擬飛行。它們都是虛擬世界中的虛空，需要人們施加額外的刺激讓神經(jīng)元保持活躍。

如果沒(méi)有電信號(hào)輸入，即使養(yǎng)料供應(yīng)充分，神經(jīng)元也會(huì)很快凋亡。這個(gè)道理很簡(jiǎn)單，就是“思而不學(xué)則惘”，沒(méi)有環(huán)境的信號(hào)刺激，腦無(wú)法長(zhǎng)期運(yùn)作。就如同阻斷了一個(gè)人的觸覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和其他所有感覺(jué)，就會(huì)讓他迅速的精神崩潰。

格登就活得很好很充實(shí)，根本用不著額外的電刺激。沃維克教授這樣描述格登的生活：“大約24小時(shí)內(nèi)，神經(jīng)元彼此伸出突觸，建立連接。一周之內(nèi)，我們便可以看到一些自發(fā)放電，以及與普通老鼠或人類的大腦類似的活動(dòng)?！边@說(shuō)明感應(yīng)器真的就像是格登的感官，而格登每時(shí)每刻都在分析來(lái)自感官的信息，對(duì)這個(gè)奇怪的環(huán)境進(jìn)行學(xué)習(xí)研究：怎樣走路才能不碰到墻壁呢？對(duì)格登的行走路徑進(jìn)行分析的結(jié)果，也證實(shí)它在慢慢學(xué)習(xí)一些東西。沃維克教授接下來(lái)給自己的任務(wù)，就是弄清楚生物學(xué)習(xí)行為的基本原理。MEA 的電極信號(hào)擺在面前，研究起來(lái)要比天然的動(dòng)物容易多了。

人腦還不如鼠腦

沃維克教授并不是邪惡的瘋狂科學(xué)家，接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)也不會(huì)使用人腦，即使有志愿者愿意為科研獻(xiàn)出腦。這不僅是考慮到倫理的問(wèn)題，事實(shí)上在格登的研究中，就算用上人腦也不會(huì)有任何區(qū)別。因?yàn)槿四X和鼠腦的神經(jīng)元的工作原理都是一樣的，都是通過(guò)突觸傳遞的電信號(hào)。電刺激讓神經(jīng)元突觸之間形成連接，于是格登學(xué)會(huì)了各種動(dòng)作。

雖然格登的“感官”和“肢體”都簡(jiǎn)單到了極點(diǎn)，但是這不是什么本質(zhì)的困難。一切感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)，在腦里都是同樣的神經(jīng)元沖動(dòng)，既沒(méi)有一種帶顏色的電信號(hào)專門(mén)來(lái)表示視覺(jué)，也沒(méi)有什么帶聲音的電信號(hào)來(lái)傳遞聽(tīng)覺(jué)。許多實(shí)驗(yàn)早就證實(shí)了這一點(diǎn)：威斯康星大學(xué)的保羅· 巴切· 利塔研制的裝置，就能讓盲人通過(guò)舌頭感知圖像，而普利茅斯大學(xué)的亞當(dāng)· 蒙塔頓的Eyeborg 還能讓色盲者通過(guò)耳朵感知顏色。格登和我們的區(qū)別，除了神經(jīng)元的數(shù)量差了6 個(gè)數(shù)量級(jí)，就是它的感覺(jué)器官非常簡(jiǎn)單。誰(shuí)叫它不幸生在了這個(gè)狹窄的小盒子里，一輩子也不可能像普通老鼠一樣見(jiàn)到太陽(yáng)照常升起，但它的神經(jīng)元也能學(xué)習(xí)適應(yīng)這樣的感官。未來(lái)的機(jī)器人將不再是直腸子的冰冷怪物，它也可以掌握生物最本質(zhì)的能力——學(xué)習(xí)適應(yīng)環(huán)境。