钢铁侠极限固件更新 3.0

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本文发表在《大众科学》的前博客网络中,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


“进行绝境改造程序后,我的身体从内到外焕然一新。长话短说,我的身体变成了一种计算机,旨在与钢铁侠进行交互。我和战甲之间不再有隔阂。我的大脑……进化了,我想。变成了一种硬盘。”

 

沃伦·埃利斯称钢铁侠为我们的“未来试飞员”。正如我在《发明钢铁侠——人机结合的可能性》一文中所写,钢铁侠的起源故事现在有一些非常可信的部分。一个核心问题是:如果钢铁侠盔甲真的存在,你如何将其与人体连接并控制它?


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这意味着将钢铁侠视为一种神经假体——有史以来最先进、最复杂的大脑-机器界面,无缝集成了神经系统中的信息传输。当涉及到您的大脑、脊髓和周围神经系统时,感觉和运动信号的移动速度高达每小时 180 到 220 英里!

您的神经系统正忙于在毫秒级的时间尺度上整合所有这些信号,并在 10 毫秒和 100 毫秒的时间尺度上产生变化,这些变化是逐秒感知的。要有效地驾驶和使用钢铁侠盔甲,您必须让您的神经系统直接与盔甲本身啮合。

人和机器需要真正合二为一。目前,保真度最高的大脑-机器界面通常基于将电极阵列植入大脑本身。钢铁侠的基本概念是将电极阵列外科手术植入大脑和脊髓,然后用于控制钢铁侠战甲。但这需要在大脑、脊髓和周围神经系统中植入相当多的植入物。

感觉是生命的基础,获取尽可能多的信息来训练和使用钢铁侠战甲至关重要。从您还在子宫里的时候开始,您的神经系统就开始校准您大脑内的感觉和运动输入。这种校准在大脑的感觉和运动部分中创建了身体的松散“地图”,这有助于我们的自我意识、身体“形象”和身体“图式”。

我们生物身体的感觉地图可以被重塑,以融入我们在一个称为“具身化”的过程中使用工具的功能方式。这个过程反映了您神经系统为了保持您的功能而经历的可塑性。这就是为什么,如果您的名字是安东尼·爱德华·史塔克,您需要从钢铁侠战甲获得大量的感觉反馈,才能无缝地使用它。

我对钢铁侠的看法与“绝境”盔甲非常相似,沃伦·埃利斯和阿迪·格拉诺夫创造了它。绝境代表了神经系统和高度模块化盔甲之间的嵌入式接口。从大方向来看,这真的是它唯一可以运作的方式。但是,如果存在这样一种终极的大脑-机器界面,那么这种“工具”可以被纳入真实人类大脑中的身体表征吗?

将假肢或外骨骼整合到用户的大脑中需要传感器和反馈。因此,钢铁侠的盔甲应该在手指、手、脚趾等通常在托尼·史塔克身上激活的部位安装传感器。这些会激活通常从真实手指获得感觉的大脑区域!通过这种方法,托尼会像他在钢铁侠2中宣称的那样,“钢铁侠的盔甲和我是一体的”。

在现实生活中,科学感觉反馈增加了大脑-机器界面的学习。2010 年,芝加哥大学的Aaron Suminski、Nicholas Hatsopoulos 及其同事使用放置在猴子手臂上的“袖子”,帮助提高猴子学习如何移动由运动皮层中的记录活动驱动的计算机屏幕上的光标。通过同时使用视觉和躯体感觉反馈,猴子学会了如何更快、更准确地控制光标,而没有这些感觉则不行。

2011 年,由大脑-机器界面领域的先驱和领导者 Miguel Nicolelis 领导的杜克大学神经工程中心的研究团队,训练了两只猴子使用大脑活动来控制和移动虚拟手。

该实验的关键部分——以及使用虚构的钢铁侠外骨骼进行功能训练的要求——是使用了大脑感觉和运动部分中的电激活。运动信号用于驱动控制器,然后在猴子做出准确的动作时,通过刺激感觉皮层直接向大脑提供反馈。这项进展实际上为大脑提供了模仿运动中感觉输入的电刺激模式。

这实际上是在询问,当您将工具的使用(其中钢铁侠战甲是工具)推向极致时会发生什么。这个研究领域继续以惊人的速度扩展。在您享用钢铁侠 3 的同时,可以一边啃着爆米花一边思考这个问题。

我们未来的试飞员已经到来。

 

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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