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脑科学“从军”会带来什么?
华夏经纬网   2019-04-26 10:21:40   
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   原标题:军事科学院军事医学研究院研究员吴海涛为您讲述——

    脑科学“从军”会带来什么?

上图:脑机接口示意图

    ●随着脑科学的发展,“个体智能化”时代已经到来

    ●脑科学应用于军事领域,战争形态将向智能化演进

    ●脑科学与类脑研究应用前景广阔,但仍需攻坚克难

    斗转星移,日月穿梭,人类历史已进入高速发展的后信息化时代。这一时代一大典型特征就是“个体智能化”,人所接受的信息输入及与周围环境的交互协调愈加丰富。

    近年来,云计算、物联网、可穿戴设备、数字化智慧城市等新智能浪潮和颠覆性技术的涌现,使人类社会对大脑思维及行为指令的理解与运用达到全新高度,人脑智能与思维意识的主宰性和引领性正得到前所未有的强化。

    在此背景下,对于大脑奥妙的探索及其开发利用的重要性、迫切性凸显出来。早在2009年,美国陆军支持的一份研究报告就明确指出,脑与认知科学的发展,将为传统军事领域提供全新的认知和方向,开辟包括脑机接口、军人精神状态标志物发现及军事认知增强技术等在内的新兴军事领域。

    脑科学新原理的发现与前沿技术的突破,应用于军事领域可望大幅提升武器装备智能化水平,对国防和军事能力建设产生不可估量的颠覆性影响。

    护脑强脑

    在高技术广泛应用于军事领域条件下,先进武器装备的重要性不言而喻,但人依然是战争胜负的决定因素。尤其在现代和未来高信息化和高智能化作战模式下,以极端环境下的创伤性脑损伤和创伤后应激障碍综合征为代表的军因性脑损伤,仍将大量存在。因此,开发出脑保护与认知增强方面的新型技术手段,是保障和提升军事作业效能的基本要求。

    面对战场需求,军事脑科学有望在新型神经再生修复技术、革新性神经调控技术、认知训练增强方案等方面推出重要研究成果和保障措施。在此基础上,进一步结合新型生物传感器研发、人工智能与机器学习技术、新型可穿戴智能防护装备等,科学家可望在未来全面提升军事人员的健康防护水平、增强军事认知效能,打造“超级战士”。以美国国防高级研究计划局为例,其启动的众多项目之一,就旨在研究“神经重播”在形成记忆与回忆过程中的作用,从而帮助人脑更好地产生学习记忆能力,更快地掌握军事训练技能。

    近年来,美军还投入大量资源,研究通过超声、激光、电、磁等方式对大脑的特定区域加以刺激,从而达到提升人脑机能、保持军事行动高效的目的。2019年《自然·神经科学》杂志报道,对70岁以上老年人大脑特定区域进行经颅交流电刺激后,竟能使老年人大脑记忆力恢复至20岁水平。

    战场上,士兵的生理、认知和心理风险始终存在,保持高度的健康和认知状态,对于保障军事任务的顺利完成无疑至关重要。以军事脑科学为突破口,开发革新性脑保护与认知增强技术,在保障和提升官兵军事技能方面具有重大应用潜力。

    类脑智能

    开发基于模仿人类大脑工作原理的类脑智能,已成为人工智能取得突破的一条重要途径,必将对军事技术与装备发展方向产生重大牵引作用。

    当前人工智能发展的主流技术尚处在以数据智能为主阶段,高度依赖建模和巨大计算资源,缺乏自学习、自适应和高度并行运算能力,且逻辑与推理能力较弱,而受大脑神经运行机制和认知行为启发的类脑智能,可以弥补当前数据智能的局限与不足。更为关键的是,类脑智能将颠覆传统计算机运行架构,实现新的计算与存储整合模式,并有望实现超低功耗。

    2014年,美国IBM公司通过模拟大脑神经网络基本构造,开发出模仿百万个神经元和数亿个突触的第二代“真北”类脑芯片,初步实现了高效率执行神经网络计算的方式工作。2015年,美国宣布成功构建出由基于模仿突触结构的“忆阻器”组装而成的神经网络芯片,从而为更大规模的类脑神经网络和类脑智能开发奠定了基础。

    以军事应用为目标,未来科研人员有望开发出全新的智能化作战信息处理系统、颠覆性军事武器装备和作战指挥决策系统。这将大幅提升作战的智能化水平和指挥决策效能,加速推进新质战斗力生成和作战模式转变。

    脑机融合

    大脑在不同的思维意识状态下,会产生不同的神经电信号活动。科研人员在对这些特征脑电信号进行处理分析基础上,可将提取出的特征信号解码后,通过控制指令对外界设备进行有效控制。这种大脑与外界环境和装备之间的直接信息交流方式,谓之“脑机接口”。

    通过意念控制机器设备是人类一直以来的梦想,而脑机接口技术的出现则提供了手段和可能性。在2014年巴西足球世界杯上,一位下肢残疾的巴西青年,受助于脑机接口技术,用自己的脑电波控制机械外骨骼实现了第一脚开球;美国杜克大学实验室的猴子甚至可以通过脑机接口技术,实现对远在麻省理工学院的机械臂运动的操控;2016年,美国科研人员借助脑机接口技术,让因脊柱损伤而瘫痪的猴子又开始了行走。这些激动人心的进展,显示出脑机接口巨大的应用前景与发展空间。

    在军事层面,脑机接口技术除了有望解决伤残军人的肢体功能恢复外,还有望改变现有的机械化和信息化武器装备的操控模式,实现大脑直接控制武器装备,即所谓的“脑控”技术。

    目前,英国已初步实现人脑通过脑机接口装置直接控制飞船模拟器的飞行;美国也实现了利用飞行员的意念对F-35战机飞行模拟器进行操控驾驶。

    随着技术愈发成熟,未来脑控智能化军事装备将会越来越多,有望大幅提升武器装备的打击效能,真正做到“感知即决策、决策即打击”,引发军事装备操控模式的深刻变革。

    新技术的发展与应用虽然令人振奋,但就目前而言,脑机接口技术远未成熟,高精度脑电信息的采集与解析仍有诸多瓶颈需要突破,实现意念及思维活动的精准靶向输入和人机一体,有待于神经科学家与相关领域学者继续攻坚克难。

    脑脑协同

    随着脑机接口技术的突破与发展,“脑联网”的概念应运而生。其核心是将多个大脑通过大脑接口协同起来,实现彼此之间信息的协同互换,更加高效地完成复杂任务。其典型特征是脑脑协同和高度智能化。

    2013年,美国科研人员通过植入式电极,实现了距离数千千米的两只小鼠大脑之间的相互感知与任务协同。次年,欧洲科学家借助脑电波及相关设备,成功将两个单词从一位印度志愿者脑中传送到8000千米外的法国实验室人员脑海中。报道称,这是人类首次“几乎直接”地通过大脑进行通信。还有研究称,借助非侵入式脑脑接口实验技术,实验者可通过“意念”成功控制另一人的手部运动。

    当前,尽管受限于生物交叉技术的发展,“脑联网”技术远未成熟,但我们有充分理由相信,基于大脑智能的生物智能网络,必将超越现有信息化技术和弱人工智能技术,相关技术的开发运用必将加速推进军事领域的颠覆性变革。未来或可开发出基于“脑联网”的脑脑协同作战平台或系统,有望实现战场感知、后勤保障、武器装备与指挥系统的高度优化与集成,各作战环节和指挥效能得以最大限度的发挥,从而在瞬息万变的战场态势中捕获稍纵即逝的先机,实现出奇制胜。

    专家小传:吴海涛,军事科学院军事医学研究院研究员,国家优秀青年基金获得者,北京市“科技新星”,在国际知名学术期刊发表研究论文40余篇,参编中英文专著和译著5部。(黄红林  解放军报

 

责任编辑:胡光曲

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