解码脑部扫描 破译人类思想
时间:2017-12-07

  解码脑部扫描来破解人类的思想 - 新闻 - 科学网

  通过扫描大脑活动,科学家试图破译人们的头脑,梦想,甚至意图,但设计一个解码大脑的模型是非常困难的。

  计算机程序通过分析脑部扫描的细节来估计参与者看到的内容。

  信用:KEVORK DJANSEZIAN / GETTY

  坐在加州大学伯克利分校的实验室里,坐在电脑屏幕上的杰克·盖兰特(Jack Gallant)试图破译某人的想法。

  屏幕左侧是一些短片:在脑部扫描期间,Gallant向参与者展示了这个项目。在屏幕的右侧,计算机程序正在分析脑部扫描的细节以找出参与者目前正在看到的内容。

  安妮·海瑟薇(Anne Hathaway)的脸出现在电影“婚礼大战”(Bridal Wars)的剪辑中,她正在热烈地和凯特·哈德森(Kate Hudson)谈话,计算程序明确地贴在女性身上,并说出了这些话。最后是假定的鲸鱼和游泳文本。

  这是一个海牛,但它(程序)不知道它是什么。 Gallant说。研究人员还需要通过创建一系列触发节目显示图像和电视镜头的大脑活动模型来训练该节目。他的电脑程序遇到了大型的水生哺乳动物,但没有遇到海牛。

  来自世界各地的研究团队正在使用类似的技术来解码大脑扫描,破译人们看到什么,他们听到什么,他们的感受,他们记得什么,甚至梦想什么。有媒体报道称,这些技术将幻想转化为现实,并影响我们如何做任何事情。

  虽然公司开始用市场调查和测谎来解释他们的大脑,但科学家们更倾向于用相关技术来探索大脑本身。 Gallant和他的同事正在努力寻找这些不同的大脑模型背后的东西,并希望找出大脑用来感知外部世界的代码和算法。他们希望这些技术能够告诉他们关于脑组织的基本原理以及它如何编码记忆,行为和情绪。

  超越生物学

  解码大脑的建议是在10年前开始的。当时,神经科学家认识到,在脑部扫描中有许多未被发展的信息用于功能磁共振成像(fMRI)。为了分析大脑的活动模式,科学家们将大脑划分为不同固态像素像素的三维等价物,主要致力于回答哪个立体像素最能反映刺激。最后的研究人员总结了哪些方面负责处理面部表情。

  解码技术将检查脑部扫描中的更多信息,并通过强度和弱点反应来识别更微妙的大脑活动模式。例如,先前的研究已经表明,对象不仅由非常小的活动区域编码,而且还由更多分布式数组编码。

  一旦程序获得了足够的样本,就可以推断出主题正在看或想的东西。这些已经超出了大脑的划分。对这些模型的进一步关注使研究人员能够提出一些简单的问题,比如关于心理过程本质的假设理论。美国得克萨斯大学fMRI专家Russell Poldrack说,解码使得研究人员能够测试现有的心理学理论,预测大脑如何执行其任务。

  Gallant的实验室使用了第一人称战争主题的电子游戏“反恐精英”(Counter Strike)来试图验证他们是否可以解决向左或朝右的意图,追逐敌人或火力,然而,他们只能将意图解码为来回移动,而fMRI数据中的所有其他信息都被参与者的情绪所淹没。

  梦想的研究也是如此。日本基础电气技术研究所(ATR)的神经科学实验室的Yukiyasu Kamitani和他的同事们让科目在扫描仪上睡着了,然后定期唤醒他们回忆他们所看到的东西,团队首先尝试重建真实的视觉信息在他们的梦中,却最终还是诉诸了各种关键词,但研究预测准确率在60%左右。

  大脑的解码依赖于大脑活动与外界之间的相互关系可以得到证实的事实。如果你所要做的只是用一个简单的大脑信号来命令一个机械手臂,那么简单地确定连接就足够了。然而,Gallant等。想要做更多,他们试图找出大脑如何组织和存储信息。

  Gallant说这项工作并不容易。每个大脑区域从其他区域网络获取信息并将它们联系在一起,并可能改变它们的行为方式。神经科学家必须了解每一点发生了什么。但与其他项目不同的是,大脑并不是按照一定的规则组合在一起的,而是必须对人的思维和数学模型有意义的。

  我们不必设计大脑,而是要弄清楚它是如何工作的。 Gallant说,我们没有一个公式来模拟这样的系统。即使有足够的数据为每个大脑区域提供内容,但研究人员可能无法获得一系列公式来描述它们,它们之间的关系以及随时间的变化。

  剑桥医学研究理事会(英国)认知与脑科学系的神经科学家Nikolaus Kriegeskorte指出,即使试图弄清视觉信息是如何编码的也很困难,尽管视觉系统在大脑部分是最好理解的。视觉是人工智能中的难题之一,但我们认为它比下棋或证明定理容易。他说。

  然而,还有一些问题需要仔细解决:神经束如何描绘脸部,信息如何在视觉系统的不同区域之间移动,以及代表脸部的神经编码如何变化。自下而上,建立一个从神经到神经的模型太复杂了,Kriegeskorte的团队正在比较现有的视觉模型和大脑数据,以确定哪个组合最好。

  设计一个解码大脑的模型是非常困难的。解码器通常是基于个人的大脑,除非他们必须弄清楚一些非常简单的东西,比如二元选择,看图A或图B.但是,一些研究小组正在研究一种适用于所有人的模型。每个人的大脑都有些不同,美国新罕布什尔州达特茅斯学院的吉姆·哈克斯比(Jim Haxby),也在从事相关的研究工作,他说:你现在不能安排好这些大脑活动模型。

  伦敦大学学院的约翰 - 迪伦海恩斯(John-Dylan Haynes)说,标准化对于许多流行的大脑解码应用来说可能是必要的,这些应用可能涉及阅读人们的隐藏或无意识的想法,尽管这些应用尚未实现。最近接近戴姆勒,并询问是否有程序来解码市场调研参与者的隐藏偏好。

  海恩斯说这个过程原则上是这样的,但目前的方法并不能回答人们喜欢的30种不同的产品中的哪一种,我相信传统的市场调研技术现在好多了,海恩斯也在进行一项研究,进出几个虚拟房屋,然后扫描大脑,因为他们在另一个领域工作。

  初步结果表明,该小组能够确定哪个房子为基础的科目曾经在那里。这表明,这样的技术可能揭示一个主题是否曾经见过一个犯罪现场。由于这些研究还没有出版,海恩斯立即指出了在执法机构使用这些技术的限制。如果一个人在一个建筑物,但不记得呢?嫌疑人也可能骗过解码器。

  其他科学家也拒绝了解码正确揭示的埋藏记忆。即使不考虑其他因素,你也需要一个15吨,300万美元的fMRI机器。心理学家现在更多地依靠更便宜的方法来理解人们的想法。在这一点上,了解一个人做什么的最好方法就是问问他们。海恩斯说。 (张章)

  “中国科学”(2013-10-28第三版国际)