通過(guò)掃描大腦活動(dòng),，科學(xué)家試圖破譯人們的思維、美夢(mèng),，甚至意圖,。但是，設(shè)計(jì)一個(gè)解碼大腦的模型非常困難,。
Jack Gallant坐在自己位于美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的實(shí)驗(yàn)室里,，他盯著電腦屏幕，正試著破譯某個(gè)人的思維,。
在屏幕的左邊是一些電視短片資料：在進(jìn)行腦部掃描時(shí),，Gallant為研究參與者放映了這些影片。屏幕右邊,，計(jì)算機(jī)程序正在分析大腦掃描的細(xì)節(jié),，以便推測(cè)參與者當(dāng)時(shí)看到的是什么影片。
Anne Hathaway的臉出現(xiàn)在了從電影《新娘大戰(zhàn)》中剪下的片段上,，她正與Kate Hudson熱烈地交談,。計(jì)算程序明確地為她們貼上了“女人”和“交談”這些詞語(yǔ)。另一個(gè)展現(xiàn)水下野生生物的短片出現(xiàn)后,，該程序不斷“掙扎”,，最后假設(shè)性地提出了“鯨魚”和“游泳”等文字,。
“這是一只海牛，但是它（程序）不知道這是什么,?！盙allant說(shuō)。研究人員還需要通過(guò)向該程序展示圖像和電視片段觸發(fā)的一系列大腦活動(dòng)模型來(lái)培訓(xùn)這個(gè)程序,。他的計(jì)算機(jī)程序曾經(jīng)遇到過(guò)大型水棲哺乳動(dòng)物,，但是沒遇到過(guò)海牛。
來(lái)自世界各地的研究小組正在使用類似技術(shù)試著解碼腦部掃描,，從而破譯人們看什么,、聽什么、感覺到了什么,，以及他們記得甚至夢(mèng)見了什么,。有媒體報(bào)道稱，這些技術(shù)將讀心術(shù)“從幻想帶到了現(xiàn)實(shí)”,，并且“能夠影響我們做任何事情的方式”,。
盡管有公司開始使用市場(chǎng)調(diào)查和測(cè)謊儀等方式解讀大腦，但是科學(xué)家更傾向于使用相關(guān)技術(shù)探索大腦本身,。Gallant和同行們正努力挖掘那些不同的大腦模型背后隱藏著什么,，以及希望能找出大腦用來(lái)感知外界的編碼和算法。他們希望這些技術(shù)能夠告知他們管理大腦組織的基本原則,，以及它是如何編碼記憶,、行為和情緒的。
超越生物學(xué)
解碼大腦的提議始于10年前,。當(dāng)時(shí),，神經(jīng)系統(tǒng)學(xué)家認(rèn)識(shí)到，他們使用功能性磁共振成像（fMRI）得出的腦部掃描中存在許多未開發(fā)的信息,。為了分析腦活動(dòng)模式,，科學(xué)家將大腦劃分成不同立體像素——像素的三維等價(jià)物，并主要致力于解答哪些立體像素最能反映刺激,。最終研究人員總結(jié)出哪些區(qū)域負(fù)責(zé)處理面部表情,。
解碼技術(shù)將審查大腦掃描中更多的信息，它們通過(guò)強(qiáng)弱應(yīng)答來(lái)鑒定更細(xì)微的腦活動(dòng)模式,。例如,，之前有研究已經(jīng)證明，物體并不只被一個(gè)非?；钴S的小區(qū)域編碼,，它同時(shí)還被更多的分散式陣列編碼。
一旦該程序獲得足夠的樣本，它就能夠推斷受試者在看什么或思考什么,。這些已經(jīng)超越了劃分大腦區(qū)塊,。而進(jìn)一步關(guān)注這些模型能夠讓研究人員從詢問(wèn)“在大腦的哪個(gè)部分”等簡(jiǎn)單問(wèn)題，到證明有關(guān)心理過(guò)程本質(zhì)的假設(shè)理論,。美國(guó)得克薩斯大學(xué)fMRI專家Russell Poldrack表示，解碼使得研究人員能夠檢驗(yàn)?zāi)切┈F(xiàn)存的預(yù)測(cè)大腦如何執(zhí)行任務(wù)的心理學(xué)理論,。
Gallant的實(shí)驗(yàn)室使用了第一人稱,、戰(zhàn)爭(zhēng)題材的視頻游戲《反恐精英》，以設(shè)法驗(yàn)證他們是否能夠解碼向左走或向右走,、追擊敵人或開火的意圖,。但是，他們只能解碼來(lái)回走動(dòng)的意圖,，fMRI數(shù)據(jù)中的所有其他信息則被淹沒在參與者的情緒中,。
對(duì)于夢(mèng)境的研究也是這樣。日本國(guó)際電氣通信基礎(chǔ)技術(shù)研究所（ATR）計(jì)算神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Yukiyasu Kamitani及其同事,，讓受試者在掃描儀中入睡,，然后定期喚醒他們，讓他們回想自己看到了什么,。該研究小組首先試圖重建他們夢(mèng)境中真實(shí)的視覺信息,，但最后依然還是求助于各種關(guān)鍵詞。不過(guò)該研究預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率約為60%,。
逆向工程
解碼大腦依賴于這樣一個(gè)事實(shí)：大腦活動(dòng)和外部世界的相互關(guān)系能夠被確認(rèn),。而且如果所有你想要做的是使用一個(gè)簡(jiǎn)單的腦信號(hào)來(lái)指揮一只機(jī)械手臂，那么簡(jiǎn)單地識(shí)別這些聯(lián)系就足夠了,。但是,，Gallant等人希望能做得更多，他們?cè)噲D找出大腦是如何組織和儲(chǔ)藏信息的,。
Gallant表示,，這項(xiàng)工作并不簡(jiǎn)單。每個(gè)腦區(qū)域都從其他區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中獲取信息,，并將它們聯(lián)系起來(lái),，也可能會(huì)改變其表現(xiàn)方式。神經(jīng)系統(tǒng)學(xué)家必須了解每個(gè)點(diǎn)發(fā)生的轉(zhuǎn)變是什么,。但與其他工程項(xiàng)目不同,，大腦不是按照一定規(guī)則被放在一起的，而是必須要對(duì)人類思維和數(shù)學(xué)模型有意義,。
“我們沒有設(shè)計(jì)大腦,，而是要計(jì)算它如何工作?！盙allant說(shuō),，“我們確實(shí)沒有公式來(lái)模擬這類系統(tǒng),。”即使擁有每個(gè)腦區(qū)域內(nèi)容的足夠數(shù)據(jù),，研究人員也可能無(wú)法得到一系列公式來(lái)描述它們,、它們的關(guān)系以及隨著時(shí)間的改變。
英國(guó)劍橋醫(yī)學(xué)研究理事會(huì)（MRC）認(rèn)知與腦科學(xué)部計(jì)算神經(jīng)學(xué)家Nikolaus Kriegeskorte指出,，即便想要弄清楚視覺信息是如何被編碼的也十分困難——盡管視覺系統(tǒng)是大腦中已被最好了解的部分,。“視覺是人工智能中的困難問(wèn)題之一,，但我們認(rèn)為它要比下棋或證明定理更簡(jiǎn)單,。”他說(shuō),。
但是,，有很多問(wèn)題要認(rèn)真處理：神經(jīng)束如何描繪臉等事物、信息是如何在視覺系統(tǒng)中不同區(qū)域間移動(dòng)的,，以及代表一張面孔的神經(jīng)編碼是如何改變的,。由下而上、從神經(jīng)到神經(jīng)來(lái)建筑一個(gè)模型過(guò)于復(fù)雜,，Kriegeskorte研究小組正將現(xiàn)存的視覺模型與大腦數(shù)據(jù)相比較,，以便確定哪些組合最適合。
現(xiàn)實(shí)世界
設(shè)計(jì)一個(gè)解碼大腦的模型非常困難,。解碼器通常以個(gè)體大腦為基礎(chǔ),，除非它們要計(jì)算一些二項(xiàng)選擇等非常簡(jiǎn)單的東西——人們?cè)诳磮DA還是圖B。但是,，數(shù)個(gè)研究小組正致力于設(shè)計(jì)一刀切的模式,。“每個(gè)人的大腦有一點(diǎn)點(diǎn)不同,?！泵绹?guó)新罕布什爾州達(dá)特茅斯學(xué)院的Jim Haxby說(shuō)。他也在致力于相關(guān)研究,。此刻,，他說(shuō)：“你只是不能足夠好地排列這些腦活動(dòng)模型?！?
標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于許多熱門的大腦解碼應(yīng)用程序而言可能是必要的,，后者可能涉及解讀人們隱藏或無(wú)意識(shí)的思想。盡管這些應(yīng)用程序還未實(shí)現(xiàn),，但已經(jīng)有公司躍躍欲試,。英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院的John-Dylan Haynes表示，他最近正與戴姆勒汽車公司接洽，該公司詢問(wèn)是否有程序能夠解碼市場(chǎng)調(diào)查研究中受試者隱藏著的偏好,。
Haynes指出,，這種程序原則上有，但是當(dāng)前方法無(wú)法解答一個(gè)人更喜歡30個(gè)不同產(chǎn)品中的哪個(gè),，“我確定,，現(xiàn)在，傳統(tǒng)市場(chǎng)研究技術(shù)要好得多”,。Haynes還在進(jìn)行一項(xiàng)研究,，參與者在數(shù)個(gè)虛擬房屋中進(jìn)出，然后當(dāng)他們?cè)诹硪粋€(gè)區(qū)域活動(dòng)時(shí),，研究人員對(duì)他們進(jìn)行大腦掃描。
初步結(jié)果顯示,，該研究小組能夠確定哪座房屋受試者之前到過(guò),。這暗示，此類技術(shù)可能揭示受試者之前是否見過(guò)犯罪場(chǎng)景,。這些研究尚未發(fā)表,，Haynes就立刻指出在執(zhí)法機(jī)關(guān)使用此類技術(shù)的限制。如果一個(gè)人在一個(gè)建筑里,，但是不記得了呢,？嫌疑犯也可能會(huì)糊弄解碼器。
其他科學(xué)家也駁回了埋藏的記憶能通過(guò)解碼而正確地被揭示,。即便其他因素不考慮,，你需要一臺(tái)15噸、價(jià)值300萬(wàn)美元的fMRI機(jī)器?，F(xiàn)在,，心理學(xué)家更加依賴更便宜的方式來(lái)了解人們的想法?！按藭r(shí),，要知道一個(gè)人做什么的最好方法是，問(wèn)他們,?！盚aynes說(shuō)。（張章）
