美科學家用猴子思維 遠程式控制制日機器人行走(圖) 來源:網易 2008-01-16 　 近日，科學家在美國用一隻猴子的大腦思維，遠程式控制制在日本的一個類人機器人在跑步機上跑步，若這個猴子會說話，將有更驚人表現。 據美國媒體報道，上週四，美國一隻名為艾多亞的猴子通過其大腦思維活動讓遠在日本的一個名為電腦大腦的類人機器人在跑步機上行走。如果這只猴子會說話的話，她將會有更加驚人的表現。艾多亞重約5.5公斤、高約81釐米，而此機器人重約91公斤、高1.52米。艾多亞美國北卡羅來納州，而機器人在日本。 美國杜克大學神經科學家尼科樂利斯博士表示，這是首次將大腦信號用於控制機器人行走。尼科樂利斯博士的實驗室設計並實現此項實驗。2003年，尼科樂利斯博士的小組證實，猴子能利用其思維來控制一個機器手臂的伸展和抓握。尼科樂利斯博士表示，這些實驗是開發大腦機器介面的第一步，將來可以讓四肢癱瘓的患者通過其思維來控制行走工具，以達到行走的目的。屆時，植入人類大腦中的電極將可以將信號輸送到屁股上配戴的如手機或尋呼機之類的裝備上，然後再由此裝備將這些信號轉播給一對戴在腿上的背帶──一種外用的骨架。他說：“當這人想行走時，此背帶就會行走。” 美國加州理工學院從事這種類似系統開發的理查德A.安徒生沒有參與此項研究，表示說這是“用腦機介面實現運動的一個重大進步。”另一專家、芝加哥大學的教授尼可·哈特索波羅斯表示，此實驗是“一個令人激動的進展。使用外骨骼將會碩果纍纍。” 所謂腦機介面是讓人類或動物利用大腦活動來控制外在裝備的系統。但至今還在尋找將電極安全植入人體大腦的辦法，而且，大多數研究還集中在動物實驗上。 預測猴子運動的準確率達90% 為準備這一實驗，研究人員首先訓練艾多亞在跑步機上直立行走。他們讓這只母猴用手抓住跑步機的支架，當她以不同速度，向前和向後行走15分鐘，一週行走3 天，天天以葡萄幹和雀巢脆谷樂加以款待。就這樣一共訓練了2個月，她才真正熟練跑步機上的直立行走生涯。期間，研究人員將電極植入艾多亞一個叫腿腳區的大腦區域，記錄250-300個神經元的活動。當她行走時，這些神經元就會激活。當她的腳踝、膝關節和髖關節運動時，一些神經元也會活躍起來。當她的腳接觸地面時，另一些神經元會有所反應。而當她預備運動時，一些神經元也被激活。 為獲得艾多亞腿腳運動模式的詳細情況，研究人員還用熒游標記物描繪了她的腳踝、膝關節和髖關節的運動，用一台專用的高速照相機來拍攝她運動的錄相帶。之後，研究人員將此錄相帶和大腦細胞的活躍性結合起來，將其編寫成電腦能讀懂的語言格式。在她出現動作之前的3、4秒鐘內，此格式預測艾多亞腿腳運動的準確率達90%。 機器人的運動與猴子的感受非常吻合 上週四，準備測試的艾多亞踏上跑步機，大腦植入電極的她以穩定的速度開始行走。她的行走模式和大腦信號被收集起來，反饋給電腦，之後再通過高速網路連接傳輸給日本東京的電腦大腦機器人(簡稱CB)。如同人一樣，此機器人也有同樣的運動方式。它能跳、蹲和踩，並能用其腳上埋植的感測器感知地面，當它被人推擠時，它也不會倒。 此機器人由東京ATR電腦神經科學實驗室的陳戈登(音譯)及其同事設計的。之所以挑選它來做這項實驗是因為它特別能模倣人類的運動。當艾多亞的大腦信號傳輸到機器人的刺激器時，猴子的工作就是讓此機器人通過她的大腦活動實現穩步行走。在她的跑步機前面有一個巨大的螢幕，裏面能看到機器人的腿腳在運動，如果她能讓機器人的膝關節運動與她自己的腿部運動相一致，她就可以獲得獎賞。 當艾多亞行走時，機器人也正好以同樣的步伐在行走。來自猴子大腦的記錄表明，她每次邁步和機器人每次邁步，她的神經元都在活動。尼科樂利斯博士說：“它正在行走！對機器人來說，這是一小步，但對類動物來說，這是一個巨大的進步。”來自艾多來大腦的信號輸送到了機器人大腦中，機器人的錄相又反送給艾多亞，來回時間相差不到四分之一秒。速度如此之快，以至於機器人的運動與猴子的感受非常吻合。 在1小時的測試中，研究人員對艾多亞設一個惡作劇。他們突然停止了她的跑步機。每一個人拼住呼吸，看著艾多亞會做什麼？尼科樂利斯博士說：“她有眼睛仍舊盯住機器人的腿，像傻了似的。”為此，她獲得了豐富的獎賞。而此時機器人還在行走。研究人員為此歡呼不已。 當艾多亞的大腦信號促使機器人行走時，她大腦中的一些神經元在控制她自己的腿，而一些神經元則在控制機器人的腿。經過大約1小時的訓練和觀看反饋的錄相之後，後者的神經元基本上是來協調機器人腿部運動的。艾多亞雖然不能說話，但她的大腦信號表明在跑步機停止工作後，她能通過專注機器人的腿而不是自己的腿，讓機器人繼續行走整整3分鐘。 年底實現人類大腦思維控制行走工具 尼科樂利斯博士表示，視覺是大腦中有力的主導信號。艾多亞的運動皮層，正是電極所植入的位置，開始吸收機器人腿腳的形象，好像它們是艾多亞自己的腿腳似的。在早期測試中，尼科樂利斯博士發現猴子運動皮層20%的大腦細胞只有在機器手臂運動時才被激活。他表示這意味著像機器手臂和腿腳這樣的工具能通過學習被動物大腦所接收，匯入到動物身體的畫像中去。 在最近的將來，艾多亞和其他猴子將從此機器人那裏獲得更多的反饋，以形成細微刺激，使神經元專門感知機器人腿腳的觸覺。當此機器人的腳接觸到地面時，感測器將探測壓力，並計算平衡。當這些資訊直接反饋給猴子大腦時，它們將會有強烈的感受，能感覺到機器人的腳接觸到了地面。在這一點上，猴子要求通過其思維讓此機器人走過一間屋子。尼科樂利斯博士說：“我們已經表明你能從整個地球上同時獲取信號，生物系統同樣也能做到。”為證明這一點，尼科樂利斯博士及其同事計劃在今年底示範人類能通過思維來控制外骨骼。對四肢不健全的人來說，這不難做到。尼科樂利斯博士如今正在將電極植入這些患者的大腦表層中，刺激表現胳膊的潛在的大腦區域，以消除疼痛。之後，通過將同一電極稍微深一點植入大腦中，就能記錄大腦的活動，包括運動胳膊和想運動胳膊。接著，患者癱瘓的胳膊將加配一套帶有馬達和感測器的外骨骼或外殼。他說：“他們就可以用其思維來控制其胳膊的運動。這種科幻故事將成為現實。”