展示創(chuàng)新力量 改變?nèi)祟惿睿ㄉ希?/h1>

2016-05-14 09:02:47聶雙

中國(guó)對(duì)外貿(mào)易訂閱 2016年8期 收藏

關(guān)鍵詞：神經(jīng)元聯(lián)網(wǎng)大腦

聶雙

據(jù)《科學(xué)美國(guó)人》網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道，世界經(jīng)濟(jì)論壇近日在夏季達(dá)沃斯年會(huì)上發(fā)布了2016年度十大新興技術(shù)，這份榜單由該論壇的新興技術(shù)跨界理事會(huì)編纂，與《科學(xué)美國(guó)人》雜志合作發(fā)表。他們相信這十大技術(shù)展示了創(chuàng)新的力量，能夠改變?nèi)祟惖纳?，以及變革工業(yè)的面貌并保護(hù)我們的星球。

自動(dòng)駕駛汽車漸入佳境

汽車的出現(xiàn)改變了現(xiàn)代生活的面貌：改變了我們的生活所在地、購(gòu)買習(xí)慣、工作方式等。隨著汽車越來(lái)越普遍，它們已經(jīng)成為社會(huì)文化和生態(tài)不可分割的一部分。

我們正處在一個(gè)變革性的交通技術(shù)改變之巔：從有人駕駛的汽車到能夠自動(dòng)駕駛的汽車轉(zhuǎn)變，每個(gè)人都被裹挾其中。盡管目前自動(dòng)汽車對(duì)于社會(huì)的長(zhǎng)期影響很難預(yù)測(cè)，但有一點(diǎn)毋庸置疑：它將給我們的生活帶來(lái)深刻的影響。

谷歌等企業(yè)多年來(lái)一直在測(cè)試自動(dòng)駕駛汽車，并取得了不少成績(jī)。這些智能車會(huì)對(duì)來(lái)自車載雷達(dá)、攝像頭、超聲測(cè)距儀、全球定位系統(tǒng)（GPS）以及存儲(chǔ)地圖的大量傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在沒有人力干預(yù)的情況下，暢行于日益復(fù)雜且快速變化的交通環(huán)境中。

不過，消費(fèi)者才剛剛開始使用具備自動(dòng)駕駛能力的車輛。自動(dòng)駕駛的推廣將通過穩(wěn)步實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)車輛沒有的日益智能化、安全和便利功能來(lái)逐步進(jìn)行。例如，某些車型已經(jīng)提供自動(dòng)平行泊車、車道自動(dòng)保持、緊急制動(dòng)甚至半自動(dòng)巡航控制等功能。

隨著技術(shù)不斷成熟，法律和監(jiān)管逐漸放開，無(wú)人駕駛這一趨勢(shì)可能會(huì)持續(xù)進(jìn)行下去。目前，美國(guó)已有6個(gè)州準(zhǔn)許無(wú)人駕駛汽車上路，更多州可能會(huì)緊隨其后。而且汽車保險(xiǎn)商和立法機(jī)構(gòu)正在就相關(guān)事宜進(jìn)行討論，比如，當(dāng)自動(dòng)駕駛汽車撞車時(shí)，責(zé)任和成本如何承擔(dān)等。盡管自動(dòng)駕駛汽車被寄予厚望，人們認(rèn)為它比現(xiàn)在汽車更安全，但難免也會(huì)發(fā)生事故。

當(dāng)然，這方面還有很多改善空間。在美國(guó)，撞車等事故每年會(huì)導(dǎo)致3萬(wàn)人喪命、230萬(wàn)人受傷。自動(dòng)駕駛汽車可能也有諸多不足之處，比如軟件非常復(fù)雜，但它們不會(huì)出現(xiàn)分神或冒險(xiǎn)等行為，而這兩者是目前交通事故的“罪魁禍?zhǔn)住薄?/p>

一旦汽車或卡車實(shí)現(xiàn)常規(guī)性自動(dòng)駕駛，整個(gè)社會(huì)將面臨更深遠(yuǎn)的變革。對(duì)很多人來(lái)說(shuō)，擁有專屬于自己的汽車將不再是現(xiàn)代生活的一項(xiàng)必需品。共享汽車和無(wú)人駕駛出租車以及運(yùn)載服務(wù)可能會(huì)成為常態(tài)。這種變化將讓年老體弱者大大受益，要知道，老齡化已成為很多國(guó)家的一種趨勢(shì)。共享能編程的汽車有望降低對(duì)本地停車場(chǎng)的需求；通過預(yù)防事故降低擁堵并使安全高速駕駛成為可能。

與其他技術(shù)一樣，自動(dòng)駕駛汽車也有自己的缺點(diǎn)和不足。未來(lái)，商業(yè)駕駛可能不再是一項(xiàng)穩(wěn)定的職業(yè)。同時(shí)，共享汽車也提出了一些棘手的隱私和安全問題。另外，越來(lái)越多人能買得起汽車，這可能會(huì)加劇而非緩解交通擁堵或污染等問題。但自動(dòng)駕駛汽車帶來(lái)的好處如此不可抗拒，因此，它們的廣泛使用只是時(shí)間問題，而不是能否成真的問題。

物聯(lián)網(wǎng)邁向納米化

利用廉價(jià)的微型傳感器以及微型處理器，加上微型供電裝置以及無(wú)線天線搭建起來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)，正在迅速把網(wǎng)絡(luò)世界從計(jì)算機(jī)和移動(dòng)裝置擴(kuò)展至物質(zhì)世界中的常用物品：恒溫調(diào)節(jié)器汽車、門鎖甚至寵物跟蹤器。人們每天幾乎都會(huì)宣布推出了新的物聯(lián)網(wǎng)裝置。分析師們估計(jì)，到2020年，將有300億臺(tái)這樣的裝置。

互聯(lián)物品，尤其是這些由人工智能系統(tǒng)監(jiān)控和控制的互聯(lián)物品的爆發(fā)式發(fā)展，可能賦予普通物品令人驚嘆的功能：比如在認(rèn)出自己的主人已經(jīng)下班，正在回家的路上時(shí)，房門會(huì)自動(dòng)打開；或者一款植入體內(nèi)的心臟檢測(cè)器能在器官出現(xiàn)異常癥狀時(shí)通知醫(yī)生。

科學(xué)家們已經(jīng)開始把傳感器的尺寸從毫米或微米級(jí)縮小到納米級(jí)，小到能在生物體內(nèi)循環(huán)；小到能直接混合到建筑材料內(nèi)，這是朝納米物聯(lián)網(wǎng)邁出的關(guān)鍵第一步，而納米物聯(lián)網(wǎng)有望引領(lǐng)醫(yī)學(xué)及其他許多行業(yè)邁入一個(gè)全新的天地。

現(xiàn)在看來(lái)，從智能傳感器過渡到納米物聯(lián)網(wǎng)這一趨勢(shì)似乎已經(jīng)定局，但仍然有幾個(gè)問題需要解決。一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)是將所有需要的元件整合成一個(gè)能自我供電的納米設(shè)備，從而探測(cè)到變化并將數(shù)據(jù)上載到互聯(lián)網(wǎng)；另一個(gè)技術(shù)障礙則包括麻煩的隱私和安全問題。任何植入體內(nèi)的納米設(shè)備——不管是有意還是無(wú)意植入，都可能有毒，也可能誘發(fā)身體的免疫反應(yīng)。另外，這一技術(shù)可能也會(huì)使不受歡迎的監(jiān)控成為可能。因此，在使用時(shí)，首先應(yīng)該將納米傳感器嵌入或植入簡(jiǎn)單且風(fēng)險(xiǎn)小的生物體內(nèi)，比如嵌入植物和工業(yè)過程中用到的不會(huì)感染的微生物體內(nèi)，以避免這些惱人的問題，并對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。

當(dāng)納米物聯(lián)網(wǎng)到來(lái)時(shí)，它可能會(huì)為我們提供與城市、房屋、工廠甚至我們身體有關(guān)的更詳細(xì)、更廉價(jià)、更新的圖像。今天，交通燈、可穿戴設(shè)備或監(jiān)控?cái)z像頭幾乎在逐步聯(lián)網(wǎng)。下一步，數(shù)十億納米傳感器可能會(huì)捕獲大量實(shí)時(shí)信息并將其上載到云端。

下一代增容的電池

近年來(lái)，太陽(yáng)能和風(fēng)能的容量已取得了兩位數(shù)的增長(zhǎng)，但太陽(yáng)能和風(fēng)能比較反復(fù)無(wú)常。盡管每年風(fēng)力發(fā)電廠的規(guī)模越來(lái)越大；太陽(yáng)能電池的效率由于光伏材料的改進(jìn)而不斷提高，但這些可再生能源仍然只能提供全球總電力需求的5%左右。

更好的電池可能可以解決這一問題，使零排放的可再生能源發(fā)展更快，更容易給目前沒有電就無(wú)法生存的12億人提供可靠的電力。

在過去幾年里，具有足夠大的容量，可以為整個(gè)工廠、城鎮(zhèn)甚至連接孤立鄉(xiāng)間社區(qū)的“微型電網(wǎng)”供電的新型蓄電池得到了驗(yàn)證。這些蓄電池是以鈉、鋁或者鋅為基本材料。它們不再含有傳統(tǒng)鉛酸電池使用的笨重金屬以及腐蝕性化學(xué)物質(zhì)；而且，與目前電子設(shè)備和電動(dòng)汽車廣泛使用的鋰電池相比，它們更便宜、更容易擴(kuò)大規(guī)模，也更安全。這些新技術(shù)更適用于主要依靠太陽(yáng)能或風(fēng)能的系統(tǒng)。

對(duì)于目前無(wú)法從電網(wǎng)獲得電力供應(yīng)的人來(lái)說(shuō)，可再生能源發(fā)電和電網(wǎng)級(jí)蓄電池的結(jié)合是極具變革性的；而且，對(duì)于致力于節(jié)能減排的發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)，更好的電池也擁有巨大的潛力。

開放式人工智能生態(tài)系統(tǒng)

蘋果公司的Siri、谷歌公司的OK Google、微軟公司的Cortana以及亞馬遜公司的Echo等能提供極好的服務(wù)，它們能使用自然語(yǔ)言處理程序從人們的言談中提取出問題，接著提供一些有限的幫助，比如，查找餐廳、獲得汽車的行駛線路、為聚會(huì)找一個(gè)空曠的場(chǎng)地或僅僅進(jìn)行一次簡(jiǎn)答的網(wǎng)頁(yè)搜索。但我們經(jīng)常會(huì)遇到的情況是，它們對(duì)某個(gè)幫助請(qǐng)求給出的反饋是“對(duì)不起，我不知道”，或者“這就是我在網(wǎng)上找的”，這與私人助手貼心又溫柔的輔助真是不可同日而語(yǔ)。而且，這些系統(tǒng)都是大公司的專利產(chǎn)品，對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，很難給其添加新功能。

但是，在過去幾年里，多項(xiàng)新興技術(shù)相互“聯(lián)姻”，讓我們能更容易制造出功能更強(qiáng)大、更類似人的數(shù)字助手——也就是說(shuō)，更容易形成一個(gè)開放的人工智能生態(tài)系統(tǒng)。這一生態(tài)系統(tǒng)不僅與我們的移動(dòng)裝置和電腦相連，并且通過這些移動(dòng)裝置和計(jì)算機(jī)訪問我們的信息、通訊錄、財(cái)政狀況、日程安排以及工作文件，而且與臥室中的恒溫調(diào)節(jié)器、浴室中的體重計(jì)、手腕上的手環(huán)甚至馬路上的汽車相連。今后幾年里，互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)以及你自己的個(gè)人數(shù)據(jù)的互相連接——這些連接可以在任何地方通過與人工智能對(duì)話立即實(shí)現(xiàn)——可以在未來(lái)幾年釋放更高的生產(chǎn)率，讓數(shù)百萬(wàn)人更健康和幸福。

這一技術(shù)的核心機(jī)密是情境。直到現(xiàn)在，機(jī)器一直不太注意我們的工作、身體以及生活的細(xì)節(jié)。一名人類私人助理知道你何時(shí)能打擾、何時(shí)感到壓力、何時(shí)煩躁、何時(shí)感到饑餓、何時(shí)覺得累；它也知道什么人、什么事對(duì)你很重要；什么人或事你想避開。人工智能系統(tǒng)也在慢慢學(xué)習(xí)并獲得這些技能。盡管剛一開始，它們可能沒有人類那么多才多藝，但它們將會(huì)變得很有用，至少價(jià)格上占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位。

光遺傳學(xué)“照亮”臨床神經(jīng)科學(xué)

大腦，即使相對(duì)來(lái)說(shuō)像老鼠那樣比較簡(jiǎn)單的大腦，其功能都非常復(fù)雜。神經(jīng)科學(xué)家們和心理學(xué)家們能觀測(cè)大腦對(duì)不同刺激的反應(yīng)，他們甚至標(biāo)識(shí)出了大腦的基因如何被表達(dá)，但無(wú)法控制個(gè)體神經(jīng)元和其他類型的大腦細(xì)胞何時(shí)關(guān)閉和打開。因此，很難解釋大腦的工作原理，并最終治愈帕金森癥和抑郁等疾病。

那么，神經(jīng)科學(xué)家如何通過測(cè)量大腦中的信息流來(lái)了解大腦的功能呢？傳統(tǒng)的方法是用電極記錄和測(cè)量神經(jīng)元的活動(dòng)，但電極會(huì)刺激周圍的每個(gè)神經(jīng)元且無(wú)法區(qū)分不同的大腦細(xì)胞，因此，這是一個(gè)比較粗糙也不精確的方法。

2005年，神經(jīng)科學(xué)家們展示了一項(xiàng)新技術(shù)，借用遺傳工程方法讓神經(jīng)細(xì)胞對(duì)特定顏色的光做出反應(yīng)，這一技術(shù)就是所謂的光遺傳學(xué)技術(shù)，這一技術(shù)基于科學(xué)家們?cè)谏鲜兰o(jì)70年代對(duì)色素蛋白，也就是所謂的視紫紅質(zhì)進(jìn)行的研究。沒有眼睛的微生物在視紫紅質(zhì)（由視蛋白編碼）的幫助下從入射光那兒獲取能量和信息。

通過插入一個(gè)或者多個(gè)視蛋白基因進(jìn)入老鼠特定的神經(jīng)元內(nèi)，生物學(xué)家們現(xiàn)在能夠使用可見光來(lái)隨意地將特定神經(jīng)元打開或者關(guān)閉。過去幾年，科學(xué)家們已經(jīng)定制了不同版本的這些蛋白，能夠?qū)Σ煌念伾龀龇磻?yīng)，從深紅色到綠色再到藍(lán)色。通過將不同的基因放入不同的細(xì)胞內(nèi)，他們使用不同顏色的光脈沖，采用精確地時(shí)間順序，激活一個(gè)神經(jīng)元和其幾位鄰居。

這是一個(gè)至關(guān)重要的進(jìn)展，因?yàn)樵谏矬w的大腦內(nèi)，時(shí)間就意味著一切。

光遺傳技術(shù)的出現(xiàn)顯著加快了腦科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步。但由于將光遞送到腦組織內(nèi)部是一件難事，因此，實(shí)驗(yàn)受限?，F(xiàn)在，科學(xué)家們正在對(duì)超薄的柔性微芯片（“塊頭”還沒有一個(gè)神經(jīng)元大）進(jìn)行測(cè)試，此類設(shè)備作為可注射設(shè)備，將神經(jīng)置于無(wú)線控制之下。它們能夠被插入腦部深處，而對(duì)周圍組織幾乎不造成任何損害。

光遺傳技術(shù)已經(jīng)為帕金森癥震顫、慢性疼痛、視力損傷和抑郁等大腦疾病打開了新大門。大腦神經(jīng)化學(xué)顯然與某些大腦疾病存在重要關(guān)聯(lián)，這便是藥物可在一定程度上幫助改善癥狀的原因。但在大腦的高速電路同時(shí)受到擾亂的區(qū)域，光遺傳學(xué)研究——尤其是在新興無(wú)線微芯片技術(shù)的支持下——可提供新治療途徑。例如，最新研究表明，在某些案例中，關(guān)閉特定神經(jīng)元的非侵入性光療法可以治療慢性疼痛，從而為現(xiàn)有疼痛療法提供了一種替代治療方案。

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