跳出框架的类脑芯片,究竟是人脑增强仪还是操纵人类的工具?

云视角

2019-11-28

科技云报道原创。

美剧《超脑特工》中男主角的大脑中植入了一枚堪比超级计算机的微芯片,令其能在最短的时间内从遍及世界的“电子网格”中获取所需的信息。科幻电影里最常见的桥段,现实中想要实现可能需要几十年甚至几百年,那么脑芯片这门技术,现阶段的发展是怎样呢?

脑芯片的起源是来自于一个著名的“公牛实验”。1963年,何塞·德尔加多(Jose Delgado)医生在妻子和几名助手的帮助下,在没发狂的公牛头骨上安装了立体定位框架,将刺激接收器植入了它们的大脑,试图利用手持收音机上的按钮控制公牛的大脑。

当一头公牛气势汹汹地朝他冲过来时,他出于求生本能他疯狂地按控制按钮。最后,那只牛在离他几英尺远的地方停了下来。

由此,何塞·德尔加多开创了一项至今依然具有争议的技术——类脑芯片。简单的说,脑芯片技术就是通过植入电极,用电刺激神经组织,达到操纵心灵的目的。

打破冯·诺依曼结构

类脑芯片究竟有何不同?

冯·诺依曼结构已有七八十年的历史,这就好比已经直立行走的智人,仍长着一颗猩猩的脑袋。这就出现了冯·诺依曼瓶颈,也就是说CPU再快,也要等内存,因为CPU和内存之间的性能差距越来越大。

冯·诺依曼结构中,计算模块和存储单元是分离的,CPU在执行命令时必须先从存储单元中读取数据。

每一项任务,如果有十个步骤,那么CPU会依次进行十次读取、执行、再读取、再执行,这就造成了延时,以及大量功耗(80%)花费在了数据读取上,当然多核、多CPU或一些常用数据的就地存储会一定程度上缓解这些问题。

学术界和工业界如今出现了向人类大脑学习体系结构的趋势,大脑的处理单元是神经元,内存就是突触。神经元和突触是物理相连的,所以每个神经元计算都是本地的,而且从全局来看神经元们是分布式在工作。

说到类脑芯片的独特性,首先它不是传统的冯·诺依曼结构,而是专门的类人脑芯片结构。类人脑芯片架构是一款模拟人脑的新型芯片编程架构,这一系统可以模拟人脑功能进行感知、行为和思考。

这种新型编程架构可以允许开发者为类人脑芯片设计应用程序,未来,它还可以允许计算机科学家开发出一种带有人脑功能的计算机,甚至比人脑更加智能。

其次,类人脑芯片的存储器不但但是数据存储单元,而是进一步研发成为类似人体的突触,这是迈向人造大脑重要的一步。

我们知道人脑之所以复杂是因为庞大复杂的神经结构,人脑有上千亿个神经元,几乎所有的生物意识行为都是从这里发起的,所以让存储器模仿突触是实现类人脑芯片不可或缺的创举。

第三,类脑芯片的能源利用率极高,普通芯片在工作时会伴随大部分的散热,计算机芯片如果没有风扇或者空间制冷技术,几分钟就足以将自己融化。但是,类脑芯片却可以像人脑一样,几乎所有的热量都用于“思考”。

最后,类脑芯片懂得“学习”,人类大脑之所以厉害就是因为可以不断的学习和接纳新事物,通过机器学习算法,类脑芯片也做到了。从最开始的代码写入存储知识,到现在高通、IBM芯片自主学习获得知识,类脑芯片的环境应变能力正在不断的增强。

在现实层面,每个芯片可以搭载百万个神经元,亿万个神经突触,可以自由扩展的芯片网络又如同大脑皮层的不同的区域,分别在不同的层级上, 可以并行的,同时的处理任务,从而指数型地提高了数据处理的效率。

又因各个指令及相应数据都存储在同一芯片中,所有的计算资源不会因为等待存储访问而导致浪费,功耗也比现在基于冯·诺依曼硬件架构的处理器低两到三个数量级。

类脑芯片争议远未停止

找到技术发展平衡点才是关键

本文开头提到的德尔加多医生于1969年出版了一本书,他在《心灵的物理控制:迈向精神文明社会》一文中描述了脑刺激研究,讨论了它的作用。

但这项技术自诞生起就饱受争议,一名妇女甚至起诉德尔加多和他所服务的学校并索赔100万美元,尽管她和德尔加多未曾谋面。而时至今日,争议并没有停止。

记忆芯片的使用势必会引起人们对记忆数据不安全的讨论。且不论记忆数据被盗,单纯的个人隐私泄露,也足以引起舆论关注。难以想象记忆被盗后公众的反应,当最后一块遮羞布被彻底粉碎,一场记忆保卫战便可以轰轰烈烈的拉开了。

如果脑芯片仅仅能增强记忆力,还不是最令人畏惧的,真正让人觉得恐怖的是,我们很难预测这些技术究竟会用在哪些地方,会被哪些有心人利用。

事实上,对大脑的刺激可以分为侵入式和非侵入式,德尔加多的研究中后期将注意力转移到非侵入性的神经刺激方法上,他发明了一种能够向特定神经区域传递电磁脉冲的环状装置和头盔。

他在他自己和他女儿身上测试这些装置,实验结果证明可以诱发困倦、警觉和其他状态。

无独有偶,美军也研发了一种叫作“经颅直流电刺激器”的头盔,带上这个头盔可以让人集中注意力,让你专注于一件事儿。实验表明这个头盔的确有利于士兵战斗,而且还能促进学习。公众没法不担心一旦这种头盔被滥用后,是否会制造超级士兵甚至杀人机器。

脑芯片究竟是大脑增强仪还是会操纵人类?那些抱有激进态度的脑外科专家是否真的拿到了理想的数据?

这一切我们不得而知,但类脑芯片作为一门过于前沿的技术,其研究和应用的讨论仍将持续进行下去,我们相信人类会在脑芯片发展上找到一个制约点和平衡点,因为人类相对机器最大的不同是人类富有更大的想象力。

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