科学家展示人与人之间直接脑对脑通信

“大脑互联网”的研究又向前迈进了一步

我们人类进化出了丰富的沟通方式,从手势到复杂的语言。所有这些沟通形式都以某种方式将原本独立的个体联系起来,使他们能够分享和表达自己独特的经验,并协同工作。在一项新研究中,技术取代了语言,成为直接连接人脑活动的一种沟通手段。来自一对人类受试者大脑的电活动以磁信号的形式传输到第三个人的大脑中,这些磁信号传递了一个以特定方式执行任务的指令。这项研究为人类协作开辟了非凡的新途径,同时也以令人不安的方式模糊了关于个体身份和自主性的基本概念。

直接的脑对脑通信多年来一直是人们非常感兴趣的主题,其动机多种多样,既有未来主义的热情,也有军事上的迫切需求。米格尔·尼科莱利斯是该领域的领导者之一,在他的著作超越边界中,他将人类大脑活动的融合描述为人类的未来,是我们物种进化的下一个阶段。(尼科莱利斯在大众科学的顾问委员会任职。)他已经进行了一项研究,其中他使用被称为脑对脑接口的复杂植入电极将几只老鼠的大脑连接在一起。尼科莱利斯和他的合著者将这一成就描述为第一个“有机计算机”,其中活体大脑像许多微处理器一样连接在一起。这个网络中的动物学会了同步其神经细胞的电活动,程度与单个大脑中的神经细胞相同。对联网大脑进行了测试,例如它们区分两种不同电刺激模式的能力,结果它们通常优于单个动物。

如果联网的老鼠大脑比单个动物“更聪明”,那么想象一下人类联网大脑生物超级计算机的能力。这样的网络可以使人们跨越语言障碍进行工作。它可以为那些沟通能力受损的人提供一种新的沟通手段。此外,如果老鼠的研究是正确的,那么人类大脑联网可能会提高性能。这样的网络是否可能成为一种更快、更有效、更智能的协同工作方式?


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这篇新论文通过将一个小型人类网络的大脑活动连接在一起,解决了其中一些问题。三个人在不同的房间里坐着,协作正确地定向一个方块,使其能够填补视频游戏中其他方块之间的空隙。充当“发送者”的两个人可以看到空隙,并知道是否需要旋转方块才能使其 फिट。第三个人充当“接收者”,对正确的答案视而不见,需要依赖发送者发送的指令。

两位发送者都配备了脑电图仪(EEG),用于记录他们大脑的电活动。发送者能够看到方块的方向,并决定是否向接收者发出旋转方块的信号。他们专注于以高频率闪烁的光来传达旋转的指令,或者专注于以低频率闪烁的光来发出不旋转的信号。闪烁频率的差异导致发送者的大脑产生不同的反应,这些反应被脑电图仪捕获,并通过计算机接口发送给接收者。如果发送者发出旋转信号,则使用经颅磁刺激(TMS)设备向接收者传递磁脉冲。该磁脉冲在接收者的视野中引起闪光(光幻视),作为转动方块的提示。在离散的时间段内没有信号是表示不转动方块的指令。

在收集到来自两位发送者的指令后,接收者决定是否旋转方块。与发送者一样,接收者也配备了脑电图仪,在这种情况下,用于向计算机发出选择信号。 一旦接收者决定了方块的方向,游戏就结束了,结果会告知所有三位参与者。这为发送者提供了评估接收者行为的机会,也为接收者提供了评估每位发送者准确性的机会。

然后,团队获得了第二次机会来提高其表现。总共使用这个名为“脑网络”的网络测试了五组人,平均而言,他们在完成任务时达到了超过 80% 的准确率。

为了加大挑战,研究人员有时会在其中一位发送者发送的信号中添加噪声。面对冲突或模棱两可的指示,接收者很快学会识别并遵循更准确的发送者的指示。该报告称,这个过程模拟了“传统”社交网络的一些特征。

这项研究是对先前在实验动物身上所做工作的自然延伸。除了将老鼠大脑连接在一起的工作之外,尼科莱利斯的实验室还负责将多个灵长类动物的大脑连接成一个“脑网”(不要与上面讨论的脑网络混淆),其中灵长类动物学会了通过脑机接口(BCI)在执行共同任务中进行合作。这一次,三只灵长类动物通过植入式脑机接口连接到同一台计算机,并同时尝试将光标移动到目标。在这种情况下,动物们没有直接相互连接,挑战在于它们要完成并行处理的壮举,每只动物都将其活动 направлять 向目标,同时不断补偿其他动物的活动。

脑对脑接口也跨越物种,人类使用与脑网络研究中类似的非侵入性方法来控制蟑螂或植入了外科手术植入脑接口的老鼠。在一份报告中,一位人类使用非侵入性脑接口,通过计算机连接到一只麻醉老鼠的脑机接口,能够移动这只动物的尾巴。而在另一项研究中,一位人类控制着一只老鼠,使其成为一个自由移动的电子人

这篇新论文的研究人员指出,这是第一份报告,其中多个人类的大脑以完全非侵入性的方式连接在一起。他们声称,可以联网的大脑数量基本上是无限的。然而,目前传输的信息非常简单:是或否的二进制指令。除了成为一种非常复杂的方式来玩类似俄罗斯方块的视频游戏之外,这些努力会走向何方?

作者提出,可以使用功能性磁共振成像(fMRI)同时对大脑活动进行成像,以提高使用非侵入性方法的信息传输,从而增加发送者可以传输的信息量。但是,fMRI 不是一个简单的程序,它会增加已经非常复杂的共享信息方法的复杂性。研究人员还提出,可以以集中的方式将 TMS 传递到特定的大脑区域,以便在接收者的大脑中引发对特定语义内容的意识。

与此同时,用于更具侵入性——或许也更有效——的大脑接口的工具正在快速发展。埃隆·马斯克最近宣布开发了一种机器人可植入的脑机接口,其中包含 3,000 个电极,可在计算机和大脑中的神经细胞之间提供广泛的交互。尽管这些努力在范围和复杂性方面令人印象深刻,但与政府计划相比,它们相形见绌。国防高级研究计划局(DARPA)一直在领导工程工作,以开发一种可植入的神经接口,该接口能够同时与一百万个神经细胞进行交互。虽然这些脑机接口并非专门为脑对脑接口而开发,但不难想象它们可以被征用 для 这种目的。

即使这里使用的方法是非侵入性的,因此看起来远不如使用 DARPA 神经接口那样不祥,但该技术仍然引发了伦理问题,特别是由于相关技术发展如此迅速。例如,脑对脑网络的未来某种形式是否会使发送者对接收者产生强制性影响,从而改变后者的能动性意识?来自发送者的大脑记录是否可能包含未来可能被提取并侵犯该人隐私的信息?这些努力是否会在某个时候损害个人的自我意识?

这项工作使我们离尼科莱利斯想象的未来更近了一步,正如已故诺贝尔奖得主物理学家默里·盖尔曼所说,“思想和情感将被完全共享,而语言允许的选择性或欺骗性将不复存在。”除了在追求完全开放方面有点偷窥癖之外,尼科莱利斯还忽略了重点。人类语言的细微之处之一是,通常不说的内容与所说的内容一样重要。隐藏在个人思想隐私中的内容是个体自主性的核心。我们通过直接连接大脑可能在协作或计算能力方面获得的一切,可能会以牺牲更重要的事物为代价。

您是一位专门研究神经科学、认知科学或心理学的科学家吗?您是否读过最近一篇您想撰写的同行评审论文?请将建议发送给“心灵 Matters”编辑 加雷思·库克。加雷思是一位普利策奖获奖记者,是 最佳美国信息图 系列丛书的编辑,可以通过 garethideas AT gmail.com 或 Twitter 联系他

@garethideas.

罗伯特·马托内 是一位在神经退行性疾病方面具有专长的研究科学家。他空闲时间会去划皮划艇和翻译意大利文艺复兴时期的文学作品。

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SA Mind Vol 31 Issue 1本文最初以“科学家展示人与人之间直接脑对脑通信”为标题发表于SA Mind 第 31 卷第 1 期 (),第 7 页
doi:10.1038/scientificamericanmind0120-7
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