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跳出框架的類腦芯片,究竟是人腦增強儀還是操縱人類的工具?

科技云報道 2019-11-28

美劇《超腦特工》中男主角的大腦中植入了一枚堪比超級計算機的微芯片,令其能在最短的時間內從遍及世界的“電子網格”中獲取所需的信息。科幻電影里最常見的橋段,現實中想要實現可能需要幾十年甚至幾百年,那么腦芯片這門技術,現階段的發展是怎樣呢?

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腦芯片的起源是來自于一個著名的“公牛實驗”。1963年,何塞·德爾加多(Jose Delgado)醫生在妻子和幾名助手的幫助下,在沒發狂的公牛頭骨上安裝了立體定位框架,將刺激接收器植入了它們的大腦,試圖利用手持收音機上的按鈕控制公牛的大腦。

當一頭公牛氣勢洶洶地朝他沖過來時,他出于求生本能他瘋狂地按控制按鈕。最后,那只牛在離他幾英尺遠的地方停了下來。

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由此,何塞·德爾加多開創了一項至今依然具有爭議的技術——類腦芯片。簡單的說,腦芯片技術就是通過植入電極,用電刺激神經組織,達到操縱心靈的目的。

打破馮·諾依曼結構

類腦芯片究竟有何不同?

馮·諾依曼結構已有七八十年的歷史,這就好比已經直立行走的智人,仍長著一顆猩猩的腦袋。這就出現了馮·諾依曼瓶頸,也就是說CPU再快,也要等內存,因為CPU和內存之間的性能差距越來越大。

馮·諾依曼結構中,計算模塊和存儲單元是分離的,CPU在執行命令時必須先從存儲單元中讀取數據。

每一項任務,如果有十個步驟,那么CPU會依次進行十次讀取、執行、再讀取、再執行,這就造成了延時,以及大量功耗(80%)花費在了數據讀取上,當然多核、多CPU或一些常用數據的就地存儲會一定程度上緩解這些問題。

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學術界和工業界如今出現了向人類大腦學習體系結構的趨勢,大腦的處理單元是神經元,內存就是突觸。神經元和突觸是物理相連的,所以每個神經元計算都是本地的,而且從全局來看神經元們是分布式在工作。

說到類腦芯片的獨特性,首先它不是傳統的馮·諾依曼結構,而是專門的類人腦芯片結構。類人腦芯片架構是一款模擬人腦的新型芯片編程架構,這一系統可以模擬人腦功能進行感知、行為和思考。

這種新型編程架構可以允許開發者為類人腦芯片設計應用程序,未來,它還可以允許計算機科學家開發出一種帶有人腦功能的計算機,甚至比人腦更加智能。

其次,類人腦芯片的存儲器不但但是數據存儲單元,而是進一步研發成為類似人體的突觸,這是邁向人造大腦重要的一步。

我們知道人腦之所以復雜是因為龐大復雜的神經結構,人腦有上千億個神經元,幾乎所有的生物意識行為都是從這里發起的,所以讓存儲器模仿突觸是實現類人腦芯片不可或缺的創舉。

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第三,類腦芯片的能源利用率極高,普通芯片在工作時會伴隨大部分的散熱,計算機芯片如果沒有風扇或者空間制冷技術,幾分鐘就足以將自己融化。但是,類腦芯片卻可以像人腦一樣,幾乎所有的熱量都用于“思考”。

最后,類腦芯片懂得“學習”,人類大腦之所以厲害就是因為可以不斷的學習和接納新事物,通過機器學習算法,類腦芯片也做到了。從最開始的代碼寫入存儲知識,到現在高通、IBM芯片自主學習獲得知識,類腦芯片的環境應變能力正在不斷的增強。

在現實層面,每個芯片可以搭載百萬個神經元,億萬個神經突觸,可以自由擴展的芯片網絡又如同大腦皮層的不同的區域,分別在不同的層級上, 可以并行的,同時的處理任務,從而指數型地提高了數據處理的效率。

又因各個指令及相應數據都存儲在同一芯片中,所有的計算資源不會因為等待存儲訪問而導致浪費,功耗也比現在基于馮·諾依曼硬件架構的處理器低兩到三個數量級。

類腦芯片爭議遠未停止

找到技術發展平衡點才是關鍵

本文開頭提到的德爾加多醫生于1969年出版了一本書,他在《心靈的物理控制:邁向精神文明社會》一文中描述了腦刺激研究,討論了它的作用。

但這項技術自誕生起就飽受爭議,一名婦女甚至起訴德爾加多和他所服務的學校并索賠100萬美元,盡管她和德爾加多未曾謀面。而時至今日,爭議并沒有停止。

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記憶芯片的使用勢必會引起人們對記憶數據不安全的討論。且不論記憶數據被盜,單純的個人隱私泄露,也足以引起輿論關注。難以想象記憶被盜后公眾的反應,當最后一塊遮羞布被徹底粉碎,一場記憶保衛戰便可以轟轟烈烈的拉開了。

如果腦芯片僅僅能增強記憶力,還不是最令人畏懼的,真正讓人覺得恐怖的是,我們很難預測這些技術究竟會用在哪些地方,會被哪些有心人利用。

事實上,對大腦的刺激可以分為侵入式和非侵入式,德爾加多的研究中后期將注意力轉移到非侵入性的神經刺激方法上,他發明了一種能夠向特定神經區域傳遞電磁脈沖的環狀裝置和頭盔。

他在他自己和他女兒身上測試這些裝置,實驗結果證明可以誘發困倦、警覺和其他狀態。

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無獨有偶,美軍也研發了一種叫作“經顱直流電刺激器”的頭盔,帶上這個頭盔可以讓人集中注意力,讓你專注于一件事兒。實驗表明這個頭盔的確有利于士兵戰斗,而且還能促進學習。公眾沒法不擔心一旦這種頭盔被濫用后,是否會制造超級士兵甚至殺人機器。

腦芯片究竟是大腦增強儀還是會操縱人類?那些抱有激進態度的腦外科專家是否真的拿到了理想的數據?

這一切我們不得而知,但類腦芯片作為一門過于前沿的技術,其研究和應用的討論仍將持續進行下去,我們相信人類會在腦芯片發展上找到一個制約點和平衡點,因為人類相對機器最大的不同是人類富有更大的想象力。

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來源:科技云報道

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