脑机结合新成果！研究人员能提前预测一只鸟要唱什么歌

脑机结合一直是科学界一个非常超前的概念。尽管前段时间南非金山大学的研究人员宣布他们首次实现了人脑与互联网的实时连接，但是由于用来解码大脑神经元信息的技术目前还很有限，我们对于自己的大脑活动依旧知之甚少。

斯坦福工程学教授Krishna Shenoy将我们对大脑的认识与十五世纪初的世界地图做比较。世界著名神经生物学家Jeff Lichtman则认为，假设人类需要知道的关于大脑的一切是一英里路的话，我们现在只走了约三英寸。

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尽管人类对于大脑活动的认知才刚刚开始，但也有不少收获。最近，来自加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的研究人员就拿“会唱歌”的斑马雀试了试，结果发现他们创建的“大脑—鸟鸣”脑机接口通过检测斑马雀的脑部活动可以在大约30毫秒之前知道它要“唱什么歌”。

“我们直接从斑马雀的神经活动中解码出了它的叫声，研究鸟鸣声的阿根廷专家Ezequiel Arneodo将我们的系统称为‘从复杂的神经活动中解码自然界语音通信’的第一个原型。类似的方法未来同样可以应用到人类思想的传递上。” 研究人员在他们的论文中写道。

科学家称，他们可以直接从斑马雀的大脑活动中预测它要唱的歌。

图片来源：MIT technologyreview

这里有两段音频，一个是研究人员捕捉到的斑马雀真实的叫声（音频1），一个是通过分析斑马雀大脑里神经活动的记录预测出来的声音（音频2）。

研究人员使用硅电极来测量斑马雀大脑内的感觉运动神经元的电活动（感觉运动神经元就是发出鸣叫指令的部位）。他们把神经元放电模式和斑马雀实际的鸣叫声输入一款神经网络模型中，该软件会记录鸟鸣声的开始、结束以及频率的变化等信息，之后进行深度学习，并完成 “神经—鸟鸣声的频谱映射”。

简单一点来理解就是研究人员可以通过他们的神经网络模型预测斑马雀的鸣叫声，这也就意味着他们已经可以解码斑马雀发声时的大脑活动信息了。而可以捕获大脑的输出——记录神经元所说的话，就能预测生物体的行为；能够预测行为，我们就能恢复生物体受损的运动功能，比如利用人脑控制感应器来支配ALS患者的假肢活动。

斑雀的脑部不大，但是它的鸣叫与人类的很像，不仅叫声复杂，而且就像人类的语言一样，它们也是通过后天训练掌握鸣叫技巧的。这使得斑雀成为研究驱动发声学习的行为、神经及遗传机制模型的科学家们的最爱。

之前做过基于猴子叫声的脑机结合实验的美国国立卫生研究院研究员Makoto Fukushima表示，鸟类的鸣叫声范围更广，了解“基本神经单元如何组合创造复杂的歌曲”这件事对人类言语行为的研究来说意义重大。

就目前的研究现状来看，在人体中尝试的脑机结合实验比较局限，主要是跟踪手臂运动的神经信号。而那些通过戴个头盔或者在脑部植入微型芯片就能毫不费力地明白大脑想说的话的设想，到现在为止还只是个遥远的梦。

不过加州大学的新研究显示，这些设想也并非不可能实现。研究人员已经可以直接解码鸟类发声这种极为复杂的神经活动信息了，下一步利用解码的神经信号来推断生物体的运动甚至言语行为也就变得容易了。

Gentner和他的团队希望他们的研究能够帮助实现这些设想。“我们已经通过动物模型为复杂的人类语言解码设计出了一个可参考的脑机接口模型，希望未来可以应用到生物医学领域的研究。”

而对人类社会来说，脑机结合的确是一个雄心勃勃的追求，除了大学的实验室，不少硅谷的大公司也加入了开发脑机结合技术的行列。

硅谷的CEO中，想法最大胆的就是那个想上火星的男人——伊隆·马斯克（他同时是美国太空探索技术公司SpaceX和电动车及能源公司特斯拉的CEO）。今年4月，马斯克宣布成立一家名为Neuralink的脑机接口公司，并称超级人工智能必将实现，届时为了不受威胁，人类只有一种选择，那就是成为AI（大脑与计算机融合，我们成为半机器人）。

Facebook的首席执行官马克·扎克伯格随后也在公开场合表示，“脑机接口”最终将让人们直接通过大脑传送自己的想法。Facebook目前大约有60名工程师正在做这个方向的研究。

Lain Banks 在其科幻小说《文明》系列中提出了“神经织网”（neural lace）的概念，即一个无缝、稳定、可以直接与大脑通信的全脑接口，或许有一天它将会变成现实。