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06/22 - 念力的秘密:第一隻成功操控機械手臂的老鼠

故事背景是 2030 年的日本,人們的肉體可以替換成製作精密的機器義肢,只要透過意識就能自由靈活地操作這些機械。士郎正宗在網際網路甚至尚未發達的 1989 年,以《攻殼機動隊》(Ghost in the Shell)中的科幻世界,拓展了人們對未來的想像。而這種人機合一的題材不但經常出現在其他科幻小說、電影中,也是許多人夢寐以求的發展。

《攻殼機動隊》開展了我們對機械與人體的想像,雖然現實生活中的實際技術還追趕不上腦中的幻想,但人機合一的研究在《攻殼機動隊》推出的十年過後有了重大的突破:老鼠的腦部神經成功地操作機械手臂。

神經科學與機械工程的重大突破:從鼠機合一到人機合一

在 1999 年 6 月 22 日這一天,杜克大學醫學中心(Duke University Medical Center)示範了史上透過老鼠頭腦控制機器手臂的實驗,同時將成果發表於《自然神經科學》(Nature Neuroscience)期刊。實驗過程中,老鼠被訓練操控機器手臂來按下槓桿、取得獎賞,其中也必須將電極陣列植入老鼠的腦中,來記錄牠在控制肌肉活動時,腦中的神經活動

這個實驗為神經科學和機械工程等領域都開闢了全新的局面,證明神經元不僅可以被連上線還能同步控制外部裝置,當時也準備要進行人體的臨床實驗。直接從腦部擷取訊號來控制機械這件事情,已經從科幻小說一躍進入真實世界了。

而這種人機合一的技術被稱作「腦機介面 」(Brain-computer interface,BCI),在論文 Brain–computer interfaces for communication and control 中被定義為:一個不必經由周邊神經和肌肉,個體就能把訊息傳送出去的溝通系統。簡單來說,腦機介面先偵測腦波,再將指令與訊息轉換到裝置上,等於是在人腦和機器間搭起了一道橋樑。

腦機介面又會依照腦波偵測方式分成以下三種:將電極植入大腦灰質的侵入式、植在灰質和腦殼間的半侵入式,以及在頭皮上測量腦波的非侵入式。侵入程度越高,所偵測到的訊息與能執行的動作就越複雜,但對頭腦造成傷害的風險以及手術成本也相對提升。

腦機介面發展現況:所以,可以用念力操控吉普賽了嗎?

從第一隻成功使用 BCI 的老鼠至今已經過了 17 個年頭,那現在的技術進展到什麼地步了呢?

21 世紀開始,腦機介面的研究與應用以相當快的幅度在成長,光是知名的 BCI 團隊就有超過 20 家,從消費性的 BCI 產品到醫療應用皆有明顯的突破,甚至開始出現以人機合一為主題的競賽活動。

商業化的腦機介面產品有神念科技(NeuroSky)所研製的腦波偵測器,以及搭配使用的遊戲軟體,其他腦波控制遊戲還有 Mindflex 等。曾經引起關注的 Necomimi 同樣也應用了腦波偵測技術,這對隨著情緒而動的智能貓耳,可以說是最為人知的 BCI 產品了。而這些腦機介面產品,甚至可以幫助使用者訓練專注力和調整情緒。

醫療上的應用則有腦波拼字機、使用腦波偵測的醫療復健器材,以及結合義肢的綜合型腦機介面等等,讓患有肌肉萎縮、腦中風、癱瘓等喪失語言或行為能力的患者,能夠重新與世界溝通。以癱瘓十年的艾瑞克索圖(Erik Sorto),和因中風而行動不便的凱茜哈欽森(Cathy Hutchinson)為例,兩人皆在腦部植入手術以及不斷的測試過後,成功地用意念控制機器手臂、重獲了新生,哈欽森也說「感覺重新與我的身體連結了,就像回到中風前的我那樣自在、舒適」。

 

 

參考資料:

封面圖片來源:Wikimedia(非實驗照片)

關於作者


PJ H

PanX 工讀編輯,不是 3C 迷,也非科技專家。希望人類、環境和科技能好好相處,太冷就待在家,太累就睡一覺,眼壓高就先別看螢幕。

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