机器学习实现了脑机语言翻译，那距离“意念交流”还有多远？
最后更新：2020-05-05 12:40:00 手机定位技术交流文章
在《三体》中，伟大的刘威的三体文明设计了一种思维和说话的方式。在严酷的三体环境下，三体人依靠这种高效、明确无误的思维交流方式，实现无障碍的知识共享和高度统一的理性决策，从而创造出高度发达的文明成果和统一的社会制度。
这个想法就像分散的分布式计算机。只要建立了连接，每个独立的计算机单元就可以学习其他计算机单元的数据，并且每个计算机单元理论上可以共享共同的执行命令。
与人类相比，我们有点“低能”。首先，我们的大脑就像一块白板。任何数据和信息都需要经过大脑发育和长期经验训练才能学到一点知识。其次，我们的大脑就像一个神秘的黑匣子。每个人只能通过语言、表情、姿势等外部信号来识别对方的动机。这就是了解一个人的脸而不了解他的心意味着什么。第三，我们的数据信号输出效率很低。我们只能输出每秒几千字节的语音和词汇等信息，这严重制约了交流效率。
有些人可能会问，我们是否有必要像这三个身体一样通过“想法”直接交流。如果有一天我们的思想真的可以直接交流，即使有这么多的好处，那些人的贪婪和恶意是无法隐藏的，这对我们人类来说可能是一个巨大的灾难。
在更高文明到来之前，自私的欲望和恶意将把人类推向深渊。然而，这个推论仍然是毫无根据的。
一方面，这种水平的“脑-机接口”技术的实现还很遥远。另一方面，一旦人类提出了“思想交流”的想法，只要技术上有任何可能的突破，好奇心就会驱使最聪明的人去实现它。至于这项技术是否以“滔天大洪水”的形式出现，我们将在稍后说明。
目前，脑-机接口技术正在取得一些显著进展。最近，一种叫做脑-机语言翻译的技术又有了突破。
三月底，旧金山加利福尼亚大学的研究人员发表了一项关于自然补充神经科学的新研究。使用机器学习，他们可以直接将脑电波信号转换成有意义的语音和文本。翻译的准确性得到了极大的提高，最小错误率为3%。
这个结果是如何产生的，这项研究意味着什么，离实现“思想交流”还有多远？这些正是我们接下来要讨论的。
人脑语言翻译规则，机器学习非常好
让我们先恢复这个实验的过程:研究人员发现了四名癫痫患者，并在大脑中控制发音的区域植入了电极装置。在实验中，受试者需要在有限的词汇量内反复阅读一些句子。这种电极装置可以捕捉在大声朗读过程中活跃的脑电波信号。
(记录大脑活动的颅内ECoG电极阵列)
然后，研究人员可以在收集的信号和句子库之间寻找规则，以提取与控制声音运动相关的脑电波信息。然后，这些数据可以通过机器学习来训练，这样人工智能就可以建立脑电波信号和句子库之间的映射模型。
最后，想象一下你在大脑的单词库中说了一个单词，人工智能程序可以根据训练好的映射关系识别出你内心的独白。
(通过声波动作的脑电图信号识别语音)
由此，我们可以看出，实验成功的先决条件是能够在复杂的脑电波信号和确定的单词之间建立一套精确的映射关系。然后，基于数据标注的监督机器学习可以很容易地在训练中“找到规则”。
论文还表明人工智能在学习识别人类脑电波方面速度非常快。实验结果表明，只需对语音数据进行约40分钟的简单训练，语音相关脑波的人工智能翻译就能达到较高的准确率。经过9次数据训练，其中一个效果最好的受试者的错误率只有3%。该词的错误率接近目前人工智能读者思想的最佳表现。研究人员认为，如果给予更多的训练，识别效果将进一步提高。
当然，这组映射规则是在有限的语言、有限的语句库和有限的测试人员的基础上完成的。
首先，本研究使用的句子库仅包含100多个单词和50-60个句子，远远少于我们日常交流的句子库。
第二，脑电波识别是在同一个人的大脑中完成的，也就是说，不能证明脑电波信号的识别规则在不同的人之间是否具有移动性。
显然，在不同的语言背景、不同的理解能力甚至更复杂的生理因素的影响下，不同人脑中形成的脑电波可能完全不同。
这可能需要根据每个人的脑电波信号特征建立完全不同的人工智能识别模型。这也意味着大脑信号之间的直接交流几乎是不可能实现的，仍然需要有共同含义的共同语言作为中介来实现思想的交流。这也是哲学家维特根斯坦提出的“没有私人语言”的现实困境。
那么，如果人工智能能把脑电波文本翻译到实用的水平，这项技术对我们意味着什么？
让失语症再次“说话”，脑机语言翻译会做得很好。
让我们首先理解这种脑机语言翻译的真正含义。在人类漫长的进化历史中，大脑的复杂性和语言的出现成为一对因果因素，帮助人类从恶劣的自然环境中胜出，建立复杂的文明和文化形式。换句话说，在人类几万年的历史中，我们人类最重要的互动模式是语言，而诸如单词和信号之类的交流模式源于语言。
然而，脑-机语言翻译的出现意味着一种新的人类交互形式的出现，即大脑信号被直接转换成语言信号。虽然，正如我们所说，这种方法离三个机构的“思想交流”还有很长的路要走，但它已经朝着这种“思想交流”的方向迈出了一大步。
至于实际意义吗？对于普通人来说，不管谁不会轻易尝试在大脑中植入电极装置，日常语言交流仍然是表达信息的最廉价、最有效的方式。在短期内，我们仍然会习惯把声音和手指作为信息输入的主要手段。
然后，这项技术最可靠的实际应用场景是针对那些不能说话或写字的病人。事实上，研究人员的出发点是帮助那些因中风偏瘫、健忘症或其他神经系统疾病而丧失语言功能和交流能力的人恢复他们的语言交流能力。人工智能脑机器语言翻译已经成为他们重新与世界交流的工具。
(大脑控制打字)
在这项技术实现之前，帮助失语症患者交流的主要脑-机接口技术是“大脑控制打字”，即通过收集大脑信号，控制光标选择字母，然后组成单词并输出它们。Facebook在这一领域取得了最好的成绩，每分钟最多只能输入8个单词。
在脑控打字难以突破效率难度的情况下，人工智能脑机语言翻译可以直接完成脑电波信号到语言的转换，效率提高到正常人的速度水平。这使得失语症的语言输出有了飞跃。
但是真正的问题仍然存在，因为这些测试者可以正常说话，那么通过从他们那里收集数据而训练出来的人工智能算法能应用于中风患者或逐渐冻僵的人吗？
如上所述，每个人的脑电波的信号采集可能有所不同，因此人工智能算法可能因人而异，因此很难在不同的人之间进行转换。
所以目前，只有在中风或无症状的发作或严重程度之前，他们的脑电波信号才被预先收集起来，形成一个唯一的人工智能翻译模型，这能真正帮助病人。
脑-机语言翻译已经到来。“思想交流”有多远？
与我们所习惯的人工智能语音识别技术相比，人工智能的脑-机语言翻译看起来非常惊人，所以如果我们达到了“心灵交流”的脑-脑互动水平，那将是一个小小的幻想。
所谓的脑-脑互动，即不再依赖语言，而是直接依赖脑电波信号进行人际交流。这类似于三个身体的思想分享，以及《阿凡达》中人和动物的在线技术。
一般来说，当我们通过语言传递大脑信息时，不可避免地会出现信息丢失、传输丢失和效率低下的问题。成人词汇的翻译是，我们经常达不到意义，左耳进右耳出，写了几天文章，说了很长时间。
脑-脑互动可以大大提高人与人之间信息交流的速度和数量，可以保留和传递真实无损的脑信息，避免误解，从而从根本上改变人类合作的方式。
大脑与大脑的互动并不完全空思考，现在有一些基本的实验来证实这种可能性。例如，2018年，华盛顿大学通过以下实验，允许三名被隔离的人戴上脑电图头盔等非侵入式脑机设备，通过一起观看和思考来完成俄罗斯方块游戏。其中两个负责观察底部的情况和下落方块的形状，而控制手柄的人根本不知道情况。只有这两个人才能产生脑电波信号，这些信号通过一种被称为TMS的磁刺激方法被传送到控制器的大脑，从而使大脑能够产生操作指令。
经过5组不同的实验，这种脑-脑交互的准确率达到81.25%。尽管距离人类之间传递信息所需的准确性和复杂性还很远，但这个实验带来了大脑与大脑互动的可能性。
但是可能性并不意味着现实。在这种可能性之后，我们仍然不得不面对由大脑的神秘黑匣子所造成的无尽的问题。
(大脑皮层的语言区)
目前，神经科学家已经知道人类的认知功能与大脑区域有关。研究人员可以对大脑神经活动的空间隔和时间信号进行高分辨率数据采集，并与机器学习算法合作，分离与各种高级认知功能(如感觉、运动、语言等)相对应的神经信号。然后，一些基本的脑机语言翻译等功能就可以实现了。
然而，在实现语言的解码和翻译方面仍有许多困难。除了上述对每个人的大脑区域的声学信号的刺激将因人而异，因为世界上有成千上万种语言和方言，相同的语义可能对应于不同语言和方言中的不同脑电波信号。即使在不同的年龄和不同的成长环境下，不同的情绪状态也可能导致完全不同的脑电波信号。
此外，我们还可以在阅读单词时触发与语言相关的脑电波活动，这肯定不同于对声音刺激的反应。同样，不同的书写模式会带来不同的脑电波信号模式。
换句话说，在实验室状态下的未受干扰的测试结果极难应用于真实场景。翻译这么多复杂的脑波语言可能比统一全世界的语言和文字更难。你认为实现后者的可能性有多大？
大脑和大脑的互动呢？我们能绕过语言翻译的大山，先实现一些非语言或语言前的大脑信号交互吗？例如，我们可以找到一些共同的脑电波信号，识别方向，情绪和一些本能的压力反应，并通过人工智能学习解码和分享信号。
这确实是可能的，比如上面的俄罗斯方块游戏的方向测试和一些老鼠的预期头部运动的信号测试。然而，如果它更复杂，可能有必要将脑波信号转换成语言(声音或文本)进行交互。否则，这些检测到的脑电波数据只是一些物理信号，不能有任何信息价值。
这可能仍然是哲学命题。如果意识不是通过语言表达的，我们如何实现这种意识？
在一个需要讲故事来支撑市场价值的新兴行业，脑机语言翻译的实现再次为脑机接口的技术发展和商业化注入了一剂强心针。当然，我们也应该冷静地看到，这种技术仍然只具有“实验室”的成功价值，其商业化应用还需要成熟的材料成本、安全性、信号检测的准确性、移动性和翻译模型的通用性等。
至于我们试图回答的“心灵交流”的脑-脑互动，我们实际上已经看到，未来是无限的，困难仍然是无数的，甚至一座语言的山就站在人类面前。
毕竟，上帝通过“说话”，而不是通过“思考”创造了世界。
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