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腦聯網的時代來臨, 揭開心智活動的神秘面紗

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  當天文學家發布「134億光年!哈伯太空望遠鏡打破最遙遠星系觀測紀錄」,人類對宇宙的探索又往前邁進了一大步!如同對外探索無垠的宇宙一般,人類對自身內在的探索也是一條無止盡的道路,而其中人們對「大腦」的探索更是長久以來最重要的課題,尤其近年來資訊硬體技術不斷攀升,讓演算技術得以充分的發揮,如何讓機器模擬人類心智的思考,更是最熱門的議題;然而不僅如此,人們也更驚訝地發現:「網際網路演進的結果,居然與腦神經的構造非常類似」!也讓我們來先來回顧近年來大腦科學的發展。

  2010年8月美國南加州大學神經系統科學家Richard H. Thompson 與Larry Swanson在《國家科學院院刊》(PNAS)發表論文,指出老鼠大腦一小塊區域中的神經系統類似網際網路的結構,可以用來解釋大腦能克服局部損傷的現象,如同網際網路任何 一個單獨個體都可以移除,但整體網路運作卻不受影響;而對整個神經系統而言,也並非有哪個部分絕對不可或缺。這個研究發現到腦神經與網際網路的樣貌居然有其相似性。

  2012年11月,加州大學聖地牙哥分校的物理學家Dmitri Krioukov在《自然科學報告》期刊發表論文,指出利用多元的電腦模擬運算後,證明許多複雜的網際網路結構與腦神經網路等等,具有高度的相似性,換句話說,透過從數學演算的模型之後,可以證明網際網路與腦神經網路非常類似。

  2011年 2月, IBM建構的超級電腦Watson,在益智問答節目《Jeopardy!》中,總得分竟然比該節目兩位高分紀錄保持人加總起來的分數還高!而該節目就如同我們熟知的益智電視節目一樣,由主持人以自然語言詢問問題,這表示Watson電腦不但能理解節目中的各式提問(其中還包括雙關語或比喻式的敘事語法),還能從各式自然語言文件中,搜尋並整合出所需要的答案。

  2012年,美國總統奧巴馬也展開了長期的人腦研究專案,計畫將鉅細靡遺地繪製大腦圖譜;而歐盟也在同時間將「人類大腦工程」列入最重要的科技開發項目,相關領域的研究還能獲得歐盟10-20億歐元的科學基金補助,同時計畫在2018年前,開發出世界上第一個具有智慧的人工大腦。

  我們回溯到2011年,Google X實驗室展開Google大腦計畫,剛開始用以研究人類的腦神經系統,希望透過人類腦神經的結構,來發展更新更快的運算技術;而後來卻輾轉發展出「深度學習」的類神經網路;「類神經網路」主要是透過模擬人腦的運作方式,透過縝密的演算技術,讓電腦能擁有類似人腦的智慧;而Google的大腦計畫就透過1萬6千片以上的CPU,構建出龐大的運算系統,用於類比人類的大腦神經網路,通過深度學習等神經網路技術,不斷學習識別各種具象的形體,彷彿人類認知與學習世界上所能接觸到的各式物體一般。到了2016年3月,Google DeepMind所開發的人工智慧圍棋程式AlphaGo,以五戰四勝的佳績擊敗韓國籍的頂尖職業棋手李世乭,成為第一個不透過讓子而擊敗圍棋職業九段棋士的電腦程式,韓國棋院也因此授予AlphaGo為有史以來第一位九段的名譽職業棋士。

  姑且不論大公司或歐美等國家型計劃發展的情形,由於腦神經科學早已揭開大腦神秘的面紗,非入侵的穿戴型腦波量測技術也有長足的進步。我們先來看看腦波測量的原理,由於大腦由許多神經細胞所構成,當大腦處於思考等運作狀態時,大腦中神經元的離子電流會產生電壓波動,腦神經細胞就會不斷地放電;當數以萬計的腦神經細胞同時放電時,我們則可以讓透過精密的儀器在頭皮上測出這些微弱的電壓變化,而我們將這樣的變化情形放大記錄而得成曲線圖的方式,我們稱為腦電波圖(Electroencephalography, EEG), 

  常見的腦波類型可以分成以下幾類。

(資料來源:維基百科

  正由於人類神秘的心智活動已經可以被量測,也讓我們來看看幾項重要的運用趨勢:

  一、以想像力驅動機器的腦機介面,是我們從小就在想像的科幻世界景象;目前在醫療產業中,透過大腦的意念驅動義肢或輔具的技術已逐漸成熟,未來在工業製造或是門市服務上都將會因為腦波技術與智慧機械的結合,而開發出新的服務模式。

  二、準確收集人們的感知與情緒,以往我們從心理、生理、社會、文化的角度來收集聲音的物理特徵與人類聽覺反應的關係,延伸出音樂記憶、音樂想像、音樂情緒、及表演與創作的心理狀態;又或是將分析色彩心理學及視聽聯覺與消費行為連結,這些在過往都透過主觀的答題問項來收集資料,而透過腦波量測技術的進步,可更直接與準確地判讀人的反應並擬定後續的行為。

  三、個人專注力與放鬆程度的發掘與培養:若應用於語文、數學等數位學習教材的學習,腦波量測機器可以監測學生學習時的專注力水平,並由此可探討教材的內容與設計形式是否可吸引學生專注學習。用在腦力訓練方面,可搭配軟體使用,記錄使用者的大腦專注及放鬆程度,透過螢幕畫面直觀的呈現使用者目前的專注及放鬆程度,而讓使用者學習到如何掌握及訓練自己大腦的專注及放鬆。

  四、大腦與身體需要極度和諧的運動領域中,由於大腦狀態對於運動員他們的表現有重要的影響。透過機波量測技術以量化大腦的狀態,有助於訓練運動員找到並維持最佳最適合比賽的大腦狀態。

  五、在更多娛樂方面,腦波量測儀器若與電視作結合,不久的未來可望開發出人只要動腦而不動手,就能與電視作互動的操控裝置。最近,耳機腦波儀也應用在電影與觀賞者之間的互動,根據人的大腦狀態,就能改變電影的情節和結局,為電影設計增添更多的想像空間。

  總之,伴隨大腦研究知識成熟化的趨勢,腦神經科學將是產業和企業同步升級的新法寶;由大腦科學所建構出的「腦聯網」,是一種和物聯網、互聯網並駕齊驅的智能網路,正如互聯網思想家凱文凱利說的,它穿越大腦與機器、大腦和身體、感知和認知,進入腦神經科學和科技有機體共同發育成長的「第7元素」,成為這個世界的基元。特別是在工業工程、人因工程、設計創意、視聽美學、廣告行銷等實務介面,充分運用腦機穿越、意念控制、神經鏡象和身體圖示等,開創了新的產業競爭優勢,也提升企業對個人心智管理的效率和價值。

參考資料

1.數位典藏與學習電子報12卷第11期: 「讀你的腦」-- 腦波量測新技術在人類認知、學習及生活上的應用,周恩存

2.維基百科

3.能力雜誌2016年2月號:不可不知第7元素 搶先下載未來的「腦聯網」,黃丙喜


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