全网首发 | 马斯克的挑战(下)

这几天,我们在以全网最完整的编译、全网最迅速的动作,来为读者带来科技人气王Tim Urban的Neuralink长文。 我们用第一篇仔细剖析了神经网络的进化史,第二篇则重点讲解最为复杂的神经网络——人类大脑是如何工作的,第三篇我们径直进入大脑——以了解人们如何捕获并控制大脑信号。 了解过大脑和脑机接口后,你真的需要在大脑上插满电极吗?接上电脑之后你的学习速度真能变快吗?我们离尼奥那样把功夫下载进大脑有多远?

今天下半部分的内容,让我们看看马斯克怎么回答这些问题。

由于该系列单篇篇幅仍过长,我们将单篇也切割成上下两部分,方便阅读。届时,我们也会将该系列做成全套精美电子书,以飨读者。

作者 | Tim Urban 编译 | AI100

公众的质疑

最近,Pew就“哪个未来生物技术被吐槽最多”进行了一项民意调查。事实证明,BMI技术对美国民众的重视程度甚至超过基因编写技术:

Neuralink团队的联合创始人Flip Sabes并不不赞同这个观点。

对于一名科学家来说,考虑到生命的本质发生改变——通过病毒、人种改良等方式——这是一个让许多生物学家非常担忧的不祥之兆,然而我认识的神经学家,当他们考虑大脑里的芯片时,这个芯片不再是外来物品,因为我们脑子已经有芯片存在了。我们通过深部脑刺激的方法来缓解帕金森病情,我们有用来恢复视力的早期试验芯片,我们还有人工耳蜗——所以对于我们来说,把设备安装进大脑中让其读取信息和反馈信息的行为都算不上长足的进步。

我相信当美国民众学习完大脑中芯片的所有内容并最终了解了这项技术后,他们会改变想法的。

随着时间的发展,这些预测一定会为人们所接受,就像历史上其他的发明一样。20年前人们不敢做激光眼科手术,一年下来做激光眼科手术的人只有2万人。后来人们便对其习以为常,现在每年做激光眼科矫正手术的人已经高达200万人次。起搏器、除颤器、器官移植与激光近视眼矫正手术的推广的过程类似——一开始人们都会想起那个怪异弗兰克斯坦式( freakish Frankenstein-esque )的概念。大脑植入技术的推广可能也会经历与之相同的过程。

我们对大脑认识不足

你知道吗?如果理解大脑需要走一英里,那么我们现在才走了三英尺。Flip也强调了这个观点:

如果只有理解了大脑才能从实质上与大脑进行交互,那么这对我们来说非常有困难。但是事实上,人类无需真正理解大脑中的动态计算过程也有可能解码大脑中的所有信息。将信息从大脑中提取出来涉及的是工程学问题。理解信息的来源并让神经学家十分满意地了解到神经元的详细组织方式——这需要单独进行考虑。为了取得进步,我们没有必要解决所有的科学问题。

如果我们可以只利用工程学就让神经元与计算机对话,我们就只利用工程学,剩下的工作则交给机器学习。讽刺的是,接下来我们会学习关于大脑的某些知识。正如Flip所说的:

Flip表示:“为了追求工程学的进步,我们没有必要完全理解大脑。”他的意思是,工程学的进步一定会推动科技知识的发展——有点像Alpha Go,最终教导世界上最好的棋者更好的游戏策略。然后,科技进步可以引领更多的工程学方面的进步——在这里工程学和科学是相互辅助的关系。

生气的巨人(Angry giants)

环保跑车公司特斯拉(Tesla)以及Spacex太空探索技术公司正在向某些巨头领域(如汽车业、汽油行业以及军工联合体行业等)发起攻势。然而,行业巨头们并不喜欢被踩在脚下,所以他们会尽一切努力阻止Tesla和Spacex的进步。幸运的是,对于Neuralink来说并不会出现这种问题。Neuralink没干扰任何的大规模行业(至少在可以预见的未来中不会造成干扰——但是最终的神经革命基本上会对所有行业造成干扰)。

Neuralink的难题应该属于技术方面的问题。虽然面临很多问题——但是有两个挑战最为突出——如果战胜这两项挑战,所有的问题将有可能一网打尽并且彻底改变我们未来的发展轨迹。

主要问题1:带宽

人脑中一瞬间内所含电极的数量一次不会超过几百个。当涉及视觉功能时,相当于一张分辨率相当低的图像;当涉及运动功能时,利用少量控制来简化命令进而限制种种其他动作的可能性;但是当涉及思考功能时,仅仅几百电极是不够的,即使是那些要表达的最简单的信息。

如果要做成点事情,我们就需要更高质量的宽带,而且是质量非常高的宽带。

在讨论能够真正改变世界的人机接口的过程中,Neuralink团队抛出了这样一个数据:让100万个神经元同时记录。先前我曾听说,10万数量的神经元就可以通过利用各种应用程序创造一个宽幅的非常好用的BMI。

早期计算机也存在这样的问题。原始的晶体管占用了很大的空间而且大小不容易改变。紧接着,1959年集成电路——计算机芯片问世。现在已经有办法控制电脑中晶体管的数量了,同时还有摩尔定律(Moore’s Law)——该定义指的是安装到电脑芯片中的晶体管数量每过18个月就会翻一翻——从电脑出厂时间算起。

直到上世纪90年代,BMI的电极还是纯手工制作。后来,人们就开始想办法利用传统的半导体技术制造出100-电极的多电极排列(100-electrodemultielectrode arrays)。Neuralink团队的联合创始人之一Ben Rapoport认为:“电极从手工制造发展到犹他列阵电极(Utah Array electrodes)是BMI成为新领域的第一步,很可能与摩尔定律息息相关。”

这些都与行业的前景息息相关。如今,我们同时最多能用几百个电极处理大约500个神经元的信息——这离100万的目标还相当遥远,当然也可能非常接近,取决于我们的增长模式。如果我们在现有最大值的基础上每18个月再增加500多个神经元,那么我们将在5017年得到100万个神经元。如果我们每过18月都将神经元的数量翻倍,就像我们对计算机电极所做的处理那样,那么我们在2034年就能得到100万个神经元。

就目前的状况来看,我们好像处于中间状态。Ian Stevenson和 Konrad Kording联合发表了一片论文,论文主要是描述在过去的50年间观察在不同角度且同时记录的神经元数量的最大值,然后把数字标注在图表上,如下所示:

上述图表有时候被称为史蒂文森规则(Stevenson’s Law),该研究表明我们可以同时记录一定数量的神经元并且每过7.4年这些神经元数量就会翻倍。如果继续保持这种速率,可能直到本世纪末神经元的数量也达不到100万个。直到2225年的时候开始标记大脑中的神经元,并且最终获得图标中那顶完整的巫师帽。

对于BMI技术来说,要想掀起一场变革,7.4年的时间间隔太久。这里所说的突破性的革命并不是指设备可以记录100万个神经元——而是可以让未来的图表看起来更符合Moore规则和Stevenson规则的范式转移。一旦范式转移成功,一百万个神经元也会随之而至。

主要问题2:移植

只要仍然涉及在头骨上动手术,BMI就不会风靡全球。

这就是Neuralink团队需要解决的主要问题。在我跟他们开会讨论的过程中,“无创”这个词总共被提及42次。

植入问题和安全问题是最主要的两个问题,脑部微创手术的手术费用非常昂贵而且并没有获得普及。埃隆谈论了一个最终能被自动化的BMI植入处理方法:“能够完成任务的机器应当是诸如激光这样的东西,这样才能实现自动化的处理过程——否则你会受到神经手术数量的制约而且费用还特别高。你还需要一台像激光仪一样的机器,以便于最终能够成规模的进行工作。”

将BMI提升至高宽带是一项大工程,与开发无创植入设备同样困难。但是解决了这两个问题将会掀起一场革命。

其他难题

如今,BMI病患们在头上装配了一根电线。当然,这并不是为了让病人飞起来。Neuralink打算研究无线设备。但是他们需要面对许多新的挑战。现在,你需要利用设备才能接收大量的无线数据。这也就意味着你必须控制好诸如信号放大功能、模拟数字转换功能以及数据压缩功能等一系列的功能。哦,对了,它需要充电。

另一个大问题——生物相容性。当为精致的电子产品植入果冻一样的球体时,它们的性能并不怎么好。而且,人类的身体对外来物体有一定的排外性。但是未来的大脑接口会朝着持久性强而且品质优良的方向发展。也就是说,设备很可能需要处于密封状态而且需要足够强健,能够抵挡周围神经元数十年的渗透入侵和变换。同时,大脑——将现在的治疗设备视为入侵者,最后用瘢痕组织把破损处补上——在某种程度上,需要认同当下植入的设备是正在运行的大脑的一部分。

还有就是空间问题。你打算把你的设备放在哪个位置与大脑中的100万个神经元进行交互?已经为1000亿神经元准备好空间了吗?100万电极使用现在的多电极阵列排列后只有棒球那么大。所以截止到目前为止,微型化是另一个需要添加在列表中的巨大创新。

还有就是,当下电极的优化大都是为了记录简单的电子信号或者简单的电刺激。如果我们真的想要获得高效的脑机接口,除了这些独立的功能和呆板的电极,我们还需要另外一些东西——某些具备机器结构复杂性的神经回路,它既有记录功能又可以刺激神经元,而且可以以化学的方式进行交互,也可以机械或者电力的方式进行交互。

如果能将上述提及的功能都综合到一起就完美了——高宽带、耐用、不排斥、双向沟通以及无创植入设备。如果真的实现了所有的功能,那么现在我们就可以立刻与这100万个神经元进行反复的交流了!不知道怎么跟神经元进行交流只是小事!解码100个静态神经元是一件挺复杂的事情,但是我们真正要做的是学习一系列神经元具体的反应机制,并且将相应的反应机制与简单的命令结合在一起。数以百万计的信号并不奏效。基本上,这就跟谷歌翻译利用两本字典交替查词的原理一致——与语言的理解过程非常不同。在计算机真的能懂语言之前,机器学习需要有非常大的进步。同样地,机器也需要做出非常大的跨越式变革以理解人类大脑的语言——因为人类肯定没有破解数以百万级同时聊天的神经元的代码。

现在,把火星变成我们的殖民地似乎已经非常容易了!

但是我敢打包票,早在几十年前,手机、汽车以及登月对于人们来说就像是不可逾越的技术鸿沟——那时候人们对这些东西连想都不敢想,如图所示:

——在这个时候,人们觉得完全不可思议:

不过,现在它就在你的口袋里。如果有一件事我们要向过去学习,那就是过去总充斥着人们对未来技术的各种不可思议的想法。虽然有些技术现在看起来十分不可能,但我们并不知道未来哪项技术会与我们的生活息息相关——但是肯定会有这样的技术。人们经常低估人类巨人(Human Colossus)。

如果你认识的所有人在40岁时都在大脑中植入了电极,那么肯定是因为发生了范式转移,从而引起了行业的根本性改变。这种范式转移正是Neuralink团队想要达到的目标。其他的一些团队也在研究这方面的发展并且已经有了一些不错的想法。

当下的BMI创新

伊利诺斯大学的一个团队正在开发利用丝绸制作而成的人机接口。

丝绸可以被卷成很小的一卷,然后以相对无创的方式嵌入大脑。从理论上来说,丝绸会在大脑中舒展开,然后像收缩包裹一样融化在大脑轮廓中。丝绸上附带着灵活的硅晶体管队列。

Hong Yeo在TEDx演讲中示范了贴在自己皮肤上看起来就像是一张纹身贴纸的电极排列,研究人员表示这种技术有可能会在大脑中得以运用,如图所示:

另一个团队正在研究一种纳米大小的由电极组成的神经网,可以用注射器把这个如此小的神经网嵌入到大脑里。

右上方的红色针管是注射器的针头。 Extreme Tech对这一概念解释的非常好,如图所示:

其他无创技术主要是通过静脉和动脉而进行的。埃隆对此表示:“微创法就像是通过股动脉进入人体的坚硬支架,最终逐渐在血管系统中展开并与神经元相连。神经元会消耗大量的能量,所以基本上每一个神经元都有单独的道路网络”。 近期,通过资助的大脑项目,美国国防部高级研究计划局(DARPA)正致力于用小型“封闭环”神经植入可以代替药物的治疗手段。

DARPA的第二个项目旨在将100万个电极安装在两堆硬币大小的设备中。 DARPA另一个正在实施的想法是经颅磁刺激(TMS),在大脑外部放置电磁圈,这样大脑内部就可以产生电脉冲。

如果此种深度的大脑刺激不会对人体造成创伤,那么脉冲就可以刺激目标神经区域了。

DJ Seo是Neuralink团队的创始人之一,致力于设计出更棒的名为“神经尘”(neural dust)的人机接口。神经尘指的是尺寸为100微米大小的极小硅传感器(大约与一根头发一样细),它可以穿过皮质层。外部接口适配器将会是一个3毫米厚的设备,它可以通过超声波与神经尘感应器交流。

下面是另一个跨学科团队因创新而受益的示例。DJ为我讲解道:“在这个域中,有些技术并没有被考虑在内,但是我们会运用这些科技的某些原理。”他表示,神经尘的灵感来源于微芯科技和RFID原则(这与酒店里不需要身体接触就能用房卡直接打开房门锁的原理类似)。你很容易就会发现,它会受到多个领域的影响,如图所示:

其他例子应用的技术与这里要讲述的内容不一样,例如:光遗传学(想大脑细胞中注入某种病毒,此后光线就能对你的脑细胞形成刺激)或者碳纳米管技术——一百万个碳纳米管可以结合在一起,然后通过血液传送到大脑里。

人们的工作流程按照下图的箭头方向进行,如图所示:

这个群体现在相对较小,但是一旦出现突破性的想法就会发生迅速的改变。其他方面的发展也会快速随之而至。如今,植入程序已经越来越简单并且越来越廉价,人脑接口宽带(Brain interface bandwidth)一定会越变越好。大众的兴趣将会被调动起来了。当大众情绪高昂的时候,人类就一定能抓住机会——突发猛进的发展。就像计算硬件取得突破性的进展也会导致软件行业的发展,各个主要的行业在未来会突然开始研究用于连接人脑接口方面的顶尖的机器和智能程序。2052年,当你告诉那时候的小朋友们,在你长大的过程中,没有人可以做任何她可以用她的大脑做到的事情,她一定会觉得特别无聊。

我试着跟Neuralink团队成员畅想2052年的发展前景。我想知道,一旦这些技术得以成熟我们的生活将会变成什么样子。同时,我也想知道 [飞机 ACE : iPhone 7 :: 早期的 BMIs : ____]空白处的内容。但是这并不容易——他们是一个专业的团队,注重的是具体的结果而非猜想——我相当于是在跟一群生活在18世纪后期的人们交流,他们非常专注于研究,试图创造出一个突破性的蒸汽机,而且当他们觉得世界上应该出现飞机的时候,这一想法也会激励他们努力去工作。

然而我一直保持着安静状态,直到他们最后讨论完关于遥远未来的设想。此时,我也非常注重与埃隆讨论未来发展的可能性,我的一个从事BMI研究的神经科学家朋友Moran Cerf也发表了关于BMI长远前景的讨论。最终,一个极不情愿谈论他对未来预期的Neuralink团队成员告诉我,他和他的同事都是梦想家——不会做别人正在做的事情——他们中的许多人都是受到了科幻小说的鼓舞才选择了这个行业。他建议我跟《Nexus Trilogy》这本畅销书的作者Ramez Naam谈谈。Ramez Naam不仅出版过系列关于BMI发展前景的书,同时还有坐拥19项软件相关专利,技术背景相当雄厚。随后我便和Ramez展开了一段对话,然后向他请教了435个问题。

我吹牛的!我曾经写过,如果我穿越回到1750我该如何思考——这个时代既没有电动工具也没有机动车,更没有通信工具——如果将George Washington带到现在,然后向他展示我们当下生活的世界,他一定会为后世的发展而感到无比震惊。我突然有一个想法,一个人活了一段时间后需要穿越去未来看看,未来的发展程足以让你震惊而亡。我把这称之为Die Progress Unit(DPU)。

自从人类巨人(Human Colossus)诞生之日起,我们就在一直赋予它奇怪的属性——随着时间的流逝,它正具有更多的魔力。这也就是为什么DPU出现的原因。进步会带来更快速的进步,这种趋势就像时间的流逝一样,DPU会变得越来越短。对于George Washington来说,一个DPU会是几百年的时间,这在人类历史进程上只不过是极其短暂的一段。但在我们现在这个时代,事物发展的太快,以至于我们的一生中可能会经历了一个或者很多个DPU。1750年和2017年之间的DPU数量可能会与2017年和下个世纪之间的DPU数量有所不同。

我们活在一个荒谬的时代——只是我们很难发现,因为我们的生活被放得如此大。

无论如何,关于DPU的问题我想了很久。而且,我也想知道利用时光机去看未来的感觉,体验一下George Washington穿越到当代的感受。是什么样的未来竟然让我思绪混乱甚至于要轻生呢?接下来,我们可以聊一聊AI以及基因编辑这样的话题——我非常确信这些领域取得的成就一定会让我感到震惊——但是这只是常规的分析,谁知道到底会发展成什么样呢!

最后,我认为应该附上一张令人震惊的关于未来的写实图片。让我来为你画一张!

明天将推出本系列 Part5,敬请期待!

小福利

读完今天的脑机接口话题,你肯定意犹未尽!

你能接受在自己大脑中植入电极吗?如果不能,你觉得马斯克做到什么程度你才肯放心

欢迎各位哥哥留下观点,点赞最多的观点将获得我们精心挑选的礼物——《走近2050》,让我们一起来关注人机和谐共生、协同演化的全新场景!

阅读链接 点击下方图片阅读本系列其他部分

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小编有话说:

so far,《Neuralink》系列编译已经发布三篇,后台粉丝疯狂的追捧,还有粉丝蹭蹭的涨速,森森的吓坏本小编宝宝了:

神速啊”

“言简意赅,深入浅出,喜欢这种赶脚的文章”

“每篇读完都是系统的了解,小编辛苦”

“看完就一个字,,期待下一篇”

……

于是,小编决定,不吃饭不睡觉也要拼死拼活给粉丝哥哥们贡献好货,不辱使命,努力争做给各位哥哥在AI之路上狂飙突进的板砖。

关于作者Tim Urban: AI100

Tim Urban 是 Elon Musk 最欣赏的科技作者,他用一系列长文通俗解释过人工智能革命、费米悖论、拖延症等读者关心的话题。 2015年4月,Musk 邀请他参观 Tesla 与 SpaceX,两人秉烛夜谈。Musk 希望他来帮忙向公众解释关于 Tesla、SpaceX 的大量行业和科技问题,Tim Urban 欣然答应。 作为人类应对人工智能挑战的 Musk 方案,Neuralink 一经公布,Tim Urban 就开始写此长文。就此话题,他跟 Musk 及 Neuralink 团队有过深度交流,文章用大量内容解释了脑机接口与日常信息交流的同源性,并进一步解释了 Neuralink 的具体原理及时间表。 Facebook 刚公布的 Building 8 脑机接口项目也说明,这个领域确实在引起大家的重视。 2016年6月,Tim Urban 受邀做过一期 TED 演讲。今年初,福布斯做过一篇他的专访,Pocket 针对他的写作也专访过他。

原文链接:http://waitbutwhy.com/2017/04/neuralink.html

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原文发布于微信公众号 - AI科技大本营(rgznai100)

原文发表时间:2017-04-25

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