Posted By Mr. Thursday

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由匹茲堡大學 (University of Pittsburgh) 和卡內基美隆大學 (Carnegie Mellon University) 的研究團隊所做的研究,把電極插到猴子的頭腦裡面,接著用電腦分析讀取電極傳出來的大腦訊號,轉換成機械手臂移動的指令,猴子便能夠用「想」的,移動機械手臂來自行拿取食物來吃。讓我們先看一下 DEMO 的影片。



這個研究如果將來技術成熟之後,可以應用在一些癱瘓病人身上。他們大腦裡面負責運動的區域可能還是好的,但是運動的肢體像是手臂等等,可能已經無法使用,這個時候就可以用機械手臂來取代,並且透過電及和電腦分析,讓使用者可以用意念,來指揮機械手臂。


目前比較困難的是,研究人員發現插進大腦的電極 (electrode) 在幾個月之後就會無法使用,因此這部分還有待突破。然而大腦運動區域訊號的分析,則是已經有顯著進展,只要先有一小段訓練時間,電腦就可以慢慢了解猴子移動手臂往上、往下、往前、往後、往左、往右、開始、停等訊號。


此外,我個人的觀察是,首先,因為運動神經在腦幹 (brain stem) 的區域會左右交換,因此影片中猴子右手一邊在動,但是我猜他們放置電極的地方可能是左腦的運動區。其次,運動訊號主要就是從大腦的主要運動皮質 (primary motor cortex) 區域裡面,負責手臂運動的地方的訊號來分析。不過不知道如果加上小腦 (cerebellum) 的訊號,會不會讓效果更好?因為小腦主要就是對運動進行微調,負責無意識的運動調節學習 (adapt)。


大腦的運動區域對身體的分佈,可以參考大腦一日遊裡面的這一張圖的說明:



左邊是主要感覺區的分佈,右邊是主要運動區 (primary motor cortex) 的分佈,臉部無論是感覺或是運動,都佔了很大的比例,代表對臉部的感覺和運動很細膩,需要比較大的區域來處理或產生訊號。另外,皮質區 (cortex) 是有意識的資訊的處理,訊號離開大腦後,會延著腦幹,往脊隨 (spinal cord) 的方向傳遞,中間會經過小腦,也會隨著訊息的目的地在不同的地方左右互換,這部分滿複雜,可能要重新複習一下課本才會記得,有興趣的讀者在繼續深究這一部分吧!


下面是一張神經左右交叉的示意圖,不過是感覺神經的交叉示意圖。



最後,大腦的運動訊號,相較起來,是比較容易處理的。運動,或是手臂運動,就是各種方向和運動的開始或結束等訊號,因此是有限且少量的動作,另外因為這些訊號一定會從運動皮質發出,而且還按照人體比例分佈下來,波形我想應該也不會太複雜。如果和人工智慧想要研究的訊號比較起來,人工智慧要處理的訊號就比較複雜,甚至不知道要從哪一塊區域讀取訊號,譬如說各位現在回想一下今天午餐吃了什麼東西,這個訊號是儲存在大腦的哪個地方?這就不像運動皮質一樣,也不像人手造的電腦一般,有個細胞,專門儲存今天午餐吃的東西。又或者請各位回想,昨天午餐吃的東西,上個星期午餐吃的東西,上個月午餐吃的東西,去年午餐吃的東西,有些甚至忘記了。然而「記憶」這種複雜的訊號,似乎是分散在大腦各處,或者有可能集中在某一個區域,但是因為資訊千變萬化,午餐有各式各樣,而不是只有上下左右,因此這種人工智慧想要讀取和分析的訊號,和這個移動機械手臂的訊號,比較起來會是比較難的,但也是研究人員,可以繼續探險的另一塊地方!


參考資料

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