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到达科幻里的未来

2021-05-17吕默默

科学大众(中学) 2021年4期
关键词:脑机神经元科幻

吕默默

在各种未来科幻作品中,有很多炫酷的科技,有的可以帮我们造出虫洞,飞向更遥远的宇宙;有的可以让我们完全沉浸在虚拟世界,体验不同的人生。2020年底,一款名为《赛博朋克2077》的科幻游戏大火,游戏描绘的是2077年人类世界巨大变革后迥然不同的社会形态,并对未来技术进行了大胆的预测,展示了超梦技术、脑机接口、意识上传、自动驾驶等非常炫目的科技。

无论是科幻影视作品还是科幻游戏作品,其中的未来科技都不是制作者凭空想象而来,都有一定的现实科技理论基础,有的技术甚至已经萌芽并茁壮成长,在不久的将来很有可能会实现。我们来看一看以上技术中,有哪些技術已经被实现了。

从沉浸式虚拟世界说起

在这款《赛博朋克2077》游戏中,“超梦”这个词的出镜率非常高,游戏中甚至有小贩在售卖超梦。

什么是超梦呢?在游戏设定里,它的正式名称为替代现实处理装置。如果你顺着叫卖声走过去购买,插好脑接口后,就能“看和体验”专业人员为顾客制作的记忆。这段记忆犹如一场立体电影,包含影像、声音、气味、空间信息甚至触感等众多元素,可以做到真正的“身临其境”。举个例子,如果你是男孩,购买了一个体验女孩生活的超梦,在接入设备之后,你就能“成为”这个女孩,你可以用她的眼睛来看世界,用她的手去触摸物体,还能用她的鼻子、舌头去感受气味和味道。假如这个女孩在超梦里去了游乐场,你甚至可以经历她乘坐云霄飞车的惊险刺激的过程。制作这个超梦的人甚至可以编辑这段“女孩记忆”,哪怕有些事情没有发生过,这就跟拍摄一部电影一般,让超梦的使用者体验一段不一样的人生。

游戏中的这项技术,其实在我们现实中早就有原型了,甚至已经投入市场,这就是虚拟现实技术,英文为Virtual Reality,简称VR技术。

提到VR,各位可能就会笑了,这并不是一项新技术,早在上一个1 0年就已经比较成熟了。尤其在201 6年,相关产品已被投入市场售卖了,比如索尼公司的PSVR和微软的VR。随后,还有厂商推出了简易装置,只要把手机塞入壳子,配合相应App,就能体验VR。

与科幻游戏不同的是,我们现在的技术需要佩戴厚重的眼镜,还要插一堆线,也只是用眼睛去体验别人看到的世界。下图就是20 1 6年的PSVR产品,看一看有多笨重。

当我们戴着VR设备移动时,其中的微电脑开始收集各种传感器传回来的数据,包括你往前走了多远、是否低头、是否转头、是否蹲下在内的诸多数据。收集到数据只是第一步,之后计算机会立即开始进行复杂的运算,然后制造出最新的画面,投射到眼镜中。我们就如同看到一个徐徐展开的画卷,一边走一边能看到源源不断的景象。虽然听起来这项技术并不难,却集成了电脑图形、电脑仿真、人工智能、感应、显示及网络并行处理等先进技术。把这些都塞进一个VR头盔、眼镜已经非常棒了,但这对超梦来说还不够。

超梦带来的是完全沉浸式的体验。在超梦里,你能闻到周围的味道,吃到美味的食品,摸到滚烫的沙子,看到遥远蔚蓝的天空,五感都能身临其境,而VR最多也就能让视觉和听觉实现沉浸。这是因为超梦技术使用了脑机接口技术,用信息和微电流去刺激大脑,在大脑的神经系统里直接产生以上效果,让大脑直接产生“幻觉”。现在的VR显然做不到这一点。

虽然在现实世界中,VR已经存在了,但要想真正实现完全沉浸的超梦,还得需要脑机接口。充满无限可能的脑机接口

在《赛博朋克2077》中,脑机接口已经非常普及,如果朋友要传送一些资料给你,不用微信,不用移动硬盘,更不用电脑网络,直接把记忆芯片插在脑机接口上,就可以顺利读取资料,并且声影并茂,所有的数据都可以直接在你脑中转换,可以实时查看。

脑机接口的重要作用并不仅仅是传输资料,还可以让大脑连接互联网,享受超梦也是基本用途了。其实在我们现实世界中,脑机接口也早已存在,科学家对这项技术的研究已经有几十年的历史,而且有一些技术已经应用在医学中了。

众所周知,人类全身的神经最终都会汇聚在大脑,大脑也是神经的中枢,几乎所有重要的高级神经活动都在脑部完成,比如记忆、思考、控制呼吸和走路等。大脑会通过各种“计算”来控制身体的各个部分。如果把人体比作一台电脑,那么,大脑就是核心的CPU和存储硬盘。电脑如果运行得过慢,可以外接硬盘、内存,甚至替换CPU来提升性能。科学家认为,也可以给大脑外接“设备”来提升性能。所以,科学家很早就开始研究如何给人脑添置外接设备,但跟电脑相同,外接设备就需要一些“插口”,脑机接口应运而生了。

脑机接口就是人类或者动物的大脑与外部连接的通路,主要用于大脑与外部设备之间互相传输信号。如果这一技术研发成功,接上外部设备的大脑能力将无可限量,前文提到的传输资料只是小儿科。

这项技术听起来很科幻,但相关研究早在20世纪60年代就开始了。研究人员在猕猴身上进行了探索,找到了猕猴胳膊的运动方向与大脑运动皮层之间的联系。到了2008年,研究者已经可以让安装了脑机接口的猴子操作机械臂喂自己吃东西,这是一个不小的变革。

让脑部与外部连接,医学上已经实现了一部分,比如去医院体检做的脑电图。脑电图是通过仪器感受人类脑部活动产生的生物电流做出的图像,已成为医生诊断疾病的依据。当然,这只是被动地接受大脑的信号,还远未达到大脑与外界交流的程度。

现如今,科学家已经将“线路”连进脑袋里,直接与大脑连接。随着技术的发展,如今的脑机接口已经可以让残障人士控制机械臂打开可乐喝几口,可以让全身瘫痪的病人控制轮椅移动,甚至制造出了人工耳蜗,让一些听障人士重新听到了声音。人工耳蜗并非一般的助听器,而是直接植入耳内,让线路与听神经相互接驳,当耳蜗里的微型麦克风听到外界的声音时,就能转换成电信号传递给听神经,听障人士就能听到声音了。通过类似的技术,一些盲人装上电子眼后也能看到一些光点。

虽然前阵子有研究声称把电极通过脑机接口放进了猪的脑部,可以读取猪下一步的动作和意图,但这距离真正的脑机接口还很遥远。比如,科幻作品中的脑机接口能够把数据写入大脑的记忆区,控制大脑的情绪,甚至可以删除某些记忆。如今科学家都不能做到,还需要解决很多难题。

义体能实现吗

在一些关于未来的科幻作品中,一些残障人士安装了义体,包括机械手、机械腿和电子眼。这些,我们已经实现了吗?

为因为各种事故失去部分肢体的人士安装义体,已经不是一件难事,但这些义体只能起到支撑作用,不能像原来的身体那样有感觉、能控制自如。如果给义体安上电子控制系统,再通过脑接机口与大脑相连,由大脑发出控制运动的生物微电流,传递给义体的控制系统,不就可以控制自如了吗?然后再给义体装上各种传感器,通过数据收集,让义体感知冷热、恢复触觉,将不再是科幻小说里的设想了。

随着电脑和微电路技术的高速发展,做一个能实现上述功能的义体并不再难如登天,或许未来1 0年内就会有所突破。但如何与控制神经完美连接以及如何传递神经信号,则一时半会儿难以解决,只有期待脑机接口有所突破了。

意识上传那些事

提到意识上传,可能很多人立刻想到了《黑客帝国》《超验骇客》中的情节。实现了意识上传,则从另一个角度实现了人类的永生——只要把一个人的记忆、意识上传到互联网和电脑中,只要数据在,这个人就不会死。但是这可以实现吗?

根据最新的脑科学研究,人类的大脑中有超过1 000亿个神经元。这些神经元相互影响、连接和传递信号,承载着自我意识,记录着记忆,传递着信号,控制着全身的系统。如果想要把意识上传,就得把这些神经元的结构、组成方式弄明白,以便复制其中的信号。

弄清楚大脑和神经元的结构就足够了?非也,神经元与神经元连接的地方叫突触,这个家伙可以让神经元把信号传递给另一个神经元。对这些突触,科学家做了初步计算,可能超过1 000万亿个,数量十分巨大,想要弄清楚其中的构造是一个非常艰巨的任务。

举个例子,美国爱因斯坦医学院的科学家在神经元研究方面取得了一些进展,弄明白了一只蛔虫所有神经元的完整结构。虽然蛔虫只有300个神经元,但科学家用了足足10年时间。所以,按照目前的研究方法,要弄明白人脑神经元的结构,可真的要等到地老天荒了。

另外,想把人类的自我意识和记忆都上传到电脑和互联网,脑机接口是不可或缺的。所以说,意识上传要想从科幻作品中走进现实,还早着呢。

自动驾驶

在《赛博朋克2077》中,自动驾驶也是让人眼前一亮的未来技术。试想每天早上,我们拿起背包走出家门,一辆无人自动驾驶的汽车就停在门口,看到你走来,它自动打开车门迎接你,这样的情景是不是很值得期待呢?

自动驾驶系统的原理也并不难理解。如果我们给汽车安装一台性能很强劲的电脑,加上各種传感器,将汽车前后左右的行人、车辆数据收集起来一起处理,再把汽车的控制系统交给车载电脑控制,让它根据具体的路况自己判断是该加速还是刹车、该转弯还是倒车,这并不难以做到。

自动驾驶这项原来只存在于科幻作品中的技术,如今已经来到我们身边。百度、特斯拉、腾讯和阿里巴巴等都在这方面有了一定的研究成果,有的已经开始在一些路段测试了。

也许在不远的将来,我们就能乘坐自动驾驶的无人汽车去做各种事情了。

对一个科幻作家来说,在描写未来科技时,并不是毫无根据地胡乱杜撰。几乎每一部科幻作品中的未来科技,在现实世界中都有原型存在,这些原型科技经过合理的设计,变身为作品中亦梦亦幻的神奇技术,成为科幻作家的灵感源泉之一。上文提到的几种未来科技,大部分在我们的现实生活中已经存在,并且有了一定的发展。或许在不久之后,我们将到达科幻里的未来。

(责任编辑:白玉磊)

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