來源： 科技日報 作者： 馮衛東 劉霞

（三）記憶植入物：看上去很美 

美國一位標新立異的神經學家宣稱，他已經破解了人類腦部儲存長期記憶的方式與記憶碼的型態，未來，人類可以通過移植進大腦的電子芯片來修復受損的記憶或者重新形成長期記憶。設想一名阿茲海默氏癥病人，或是因腦中風而記憶嚴重受損的失憶癥患者，病后不認識自己周邊的親人，甚至連自己是誰也不知道，此時若能將他先前儲存在電子記憶體內的記憶重新植入他的腦部，就能讓他重返往日的人際關系中，恢復往日的生活步調。

如果這一奇跡變成現實，那么，學生們將不會再為記不住教科書上的知識點而傷神；法官和律師們也用不著絞盡腦汁去記那些繁瑣而冗長的法律條文。不管你信不信，反正這位神經學家相信。

重要性：大腦損傷會致使人們失去形成長期記憶的能力。

突破：動物實驗表明，可以通過將電極移植進大腦內來糾正記憶問題。

主要參與者：美國南加州大學維特比工學院工程系生物醫藥工程教授西奧多•柏格、美國維克森林大學心理及藥理系的塞繆爾•戴德威勒、美國肯塔基大學的格雷格•格哈特、美國國防部先進研究項目局（DARPA）。

柏格預測，在并不遙遠的未來，植入大腦的電子芯片可幫助失憶病患重新獲得記憶。

伯格表示，那些因為阿茲海默氏癥、中風、受傷而使得腦部遭受重創的人，其大腦內被破壞的神經網絡常常會阻止長期記憶的形成。經過20多年的研究，他已經設計出了一種硅芯片，可以模擬這些受損的神經細胞正常工作時的信號處理過程，讓那些失憶病患重新回憶起失憶一分鐘前的經歷和知識。伯格希望這些芯片植入物最終能被植入大腦，從而恢復大腦制造長期記憶的能力。

伯格表示，他的這一想法太大膽了，很多主流的神經學家都不理解，他們直斥他太瘋狂。但是，鑒于伯格的研究團隊和幾個關系密切的合作者最近進行的實驗取得了成功，伯格或許很快就可以擺脫“瘋狂”的標簽，而且，會被越來越多人認為是一名極富遠見的開創者。他的研究領域也正在慢慢變成神經科學領域的一個前沿亮點。

目前，伯格團隊尚未對他們的神經“假體”進行人體測試，但是，他們進行的實驗表明，一塊通過電極同猴子和老鼠的大腦相連接的硅芯片可以像真實的神經細胞一樣處理信息。他說：“我們放入大腦中的并非過往的記憶，而是生成記憶的能力。”2012年秋天，他們發表文章闡述了如何幫助失憶的猴子重拾“丟失”的長時記憶，這一實驗令人印象深刻。

在此之前，伯格和同事已經成功地對大腦內形成記憶的那部分——海馬體如何傳遞部分神經信號進行了解碼，并利用電子芯片模擬信號在老鼠、兔子等實驗動物上進行了實驗，結果都是成功的。海馬體的神經信號可以讓腦損傷的老鼠、兔子重獲失去的記憶。伯杰希望這樣的研究成果能催生出新一代的假體，即“記憶假體”，讓腦損傷病人在模擬神經信號的幫助下站立、行走，甚至重新獲得學習能力。

如果記憶“假體”這一美好愿景聽起來太遙遠的話，伯格列舉了最近其他科學家在神經“假體”方面取得的成功案例。例如，澳大利亞助聽器研發生產商科利耳公司研制的移植設備正嘗試通過將聲音信號轉變為電信號并將電信號發送到耳聾患者的聽覺神經內，以幫助20萬名耳聾病患恢復聽力。無獨有偶，早期的實驗已經證明，移植進入體內的電極能使癱瘓病人借助思想來移動機器手臂。其他研究人員也在用人工耳蝸治療盲人病患方面取得了初步成功。

但是，恢復大腦內某種形式的認知比上述任何成功都要困難。在過去的35年內，伯格一直在嘗試理解與海馬體內神經細胞的行為有關的基本問題。伯格說：“很顯然，海馬體使短期記憶變成長期記憶。”

目前唯一不清楚的是，這些海馬體如何獲得這種復雜的能力。伯格已經研發出了數學定理來描述電信號如何通過海馬體的神經細胞從而形成長期記憶，而且，他也已經證明，這些方程式與現實情況非常吻合。他說：“你并不需要做大腦做的任何事情，你需要的是至少能模擬大腦做的部分事情。”接著，他又問道：“你能模擬這些活動，然后將其放入一個設備內嗎？你能讓該設備在任何大腦中都起作用嗎？正是這三點使人們認為我瘋了，他們認為這太難做到了。”

破解代碼

說到如何定義記憶，伯格表示：“給定數量的神經細胞在一定時間內產生的一系列電脈沖。這一點非常重要，因為你可以將其簡化到此并再將其放回到研究框架中。你不僅能以生物學的角度來理解所發生的事情——這意味著你能干涉它；處理它；能置入一塊電極；能記錄與你對記憶的定義相匹配的事情。你會發現有2147個神經細胞是這一記憶的一部分，而且，這些神經細胞產生了什么呢？它們產生了這一系列的脈沖。這并非很玄妙的事物，它是你能應付的事物；是正在發生的事情。”

這是傳統的記憶觀點，但它只抓住了表象。而且，經常使伯格感到挫敗的是，他的很多研究大腦內這一神秘領域的同事并不打算進行更深入的研究。現在，很多神經科學家通過監控動作電位、神經細胞表面的微伏（1伏特的百萬分之一）變化來追蹤大腦中的電信號。但是，伯格表示，所有這些神經學家發表的報告常常會對實際發生的情況進行簡化。伯格說：“他們在環境中發現了一件重要的事情，然后計數動作電位，接著說，‘我做了什么事情后，動作電位從1飆升至200，我發現了一些有趣的事情’。其實，他們發現的是什么呢？活動增加，那又怎樣？有什么意義呢？它描述的事情與鄰近的神經細胞有關嗎？它會使鄰近的神經細胞做不一樣的事嗎??？我們應該做的是：解釋事情而不僅僅是描述事情。”

伯格表示：“我的海馬體已經對你形成了長期記憶，在接下來的一周內，我都會記住你，但是，我如何將你與接下來我要記住的那個人區別開來呢？在海馬體內有大約50萬個細胞表示你，每個細胞都進行了編碼，比如，你的鼻子同你的眉毛之間的關系等，而且，這些細胞編碼的模式都不相同，因此，現實中的神經系統真的很復雜，這就是為何我們現在仍然詢問如此基本的問題的原因。”

伯格在哈佛大學讀研究生時的導師是理查德•湯普森，他主要研究大腦內區域化的、促使學習的變化。湯普森使用一種語調對兔子說話，并對兔子吹一口氣，讓兔子學會受到這樣的對待就眨眼睛，這樣做的目的是確定他引發的記憶被兔子存儲在了何處。伯格表示，這一方法是為了發現大腦內讓學習本地化的特定地方。

湯普森在伯格的幫助下做到了這一點，1976年，他們發表了研究結果。為了發現兔子大腦內存儲記憶的位置，他們為兔子的大腦配備了能夠監測神經細胞活動的電極。神經細胞膜上有門，讓鈉和鉀等帶電粒子進進出出。湯普森和伯格記錄下了當兔子形成記憶時，他們在兔子大腦的海馬體內看到的電尖峰脈沖。這些電尖峰脈沖的振幅（代表了行為電壓）和間距都會形成一定的模式。伯格認為，它不可能是隨機的，這種模式與時間有關。

這促使他提出了一個問題，這一問題是他目前研究的基礎：隨著細胞接收和發送電信號，什么模式可以描述輸入和輸出之間的定量關系呢？也就是說，如果一個神經細胞在特定的時間和地點通電，相鄰的細胞會如何反應呢？這一問題的答案可能會揭示神經細胞用來形成長期記憶的密碼。

但伯格很快就意識到，這一問題的答案非常復雜。在上世紀80年代末，伯格在美國匹茲堡大學同羅伯特•斯卡拉巴斯合作時，就對海馬體內一種神經網絡的屬性深深著迷。當他們用電脈沖（輸入）刺激兔子的海馬體，并用圖表顯示出該信號如何通過不同的神經細胞（輸出）時，他們觀察到這兩者的相互關系并非線性關系。伯格說：“你輸入1得到2，這很容易，因為這是線性相關。但是，我們的結果卻是非線性的。”信號會相互重疊，某些信號會抑制輸入的脈沖而有些信號會強化輸入的脈沖。

到上世紀90年代早期時，隨著他對海馬體的理解不斷深入以及計算機硬件突飛猛進的發展，他開始和其南加州大學工程學系的同事攜手制造能模擬部分海馬體處理信號過程的計算機芯片。伯格說：“顯然，如果我能在硬件上大規模做這些事情，我們就可以獲得大部分大腦處理信息的過程了。”

大腦植入物

因此，伯格開始同南加州大學的生物醫學工程師西利斯•馬爾馬雷利斯攜手工作，制造“大腦假體”。剛開始，他們用老鼠的海馬體切片進行研究。當他們知悉了神經信號如何從海馬體的一端移動到另一端之后，他們開始朝海馬體內發送隨機信號，并在不同的地點記錄下這些信號，以查看這些神經信號如何轉變成電信號，接著，他們推導出一些數學方程式來描述這種轉變。最后，他們在計算機芯片上執行了這些方程式。

接下來，為了評估這樣的芯片是否能用作“假體”來承擔受損的海馬體區域的功能，科學家們對它們是否能疏通大腦切片內通路的中央部分進行了調查。結果發現，放置在該區域的電極會將電脈沖攜帶到外部芯片上，外部芯片隨后執行通常在海馬體內完成的轉化過程。其他電極則將信號傳回大腦的切片內。

接下來，他們繼續向前，在活的老鼠身上進行了實驗。在老鼠身上進行的實驗證明，計算機實際上能夠用作海馬體的人造部分。在實驗中，他們訓練老鼠推兩個杠桿中的一個就可以受到某種對待，當老鼠選擇正確的杠桿時，他們就記錄下海馬體內的脈沖信號。使用記錄下的數據，伯格團隊做出模型，顯示了這一教訓被轉化成長期記憶時，信號如何被轉化，而且，他們也捕捉到了代表記憶本身的代碼。

他們證實，老鼠學會這一任務時被記錄在老鼠大腦內的輸入信號能讓該設備產生長期的記憶代碼。接著，他們給老鼠喂了一種會影響它們形成長期記憶能力的藥物，使老鼠忘記了選擇哪個杠桿能獲得這種對待。當研究人員用這些代碼給服藥老鼠的大腦發送脈沖時，老鼠能選擇正確的杠桿。

2012年，科學家們發表了在靈長類動物的前額皮質上進行實驗后得到的結果。前額皮質能取回由海馬體創造的長期記憶。科學家們將電極放置在猴子的大腦內，捕捉在前額皮質內形成的代碼，他們認為前額皮質使動物能記住此前看過的圖像。接著，科學家們給猴子喂食了會損害它們的前額皮質的可卡因。接下來，科學家們將電極植入猴子的大腦內，結果發現，當這些電極朝猴子的前額皮質發送正確的代碼，猴子在圖像識別任務上的表現明顯變得更好。

伯格和同事希望在未來兩年內能將實際的記憶“假體”植入動物大腦內。他們也希望能證明，他們的海馬體芯片能在很多不同的行為環境下形成長期記憶。畢竟，這些芯片主要依靠研究人員從實驗中推演出來的數學方程式來工作。存在著一種可能性，那就是，科學家們僅僅知道這些與特定任務有關的代碼。要是這些代碼并非放之四海而皆準，不同的輸入要用不同的方式來處理。換句話說，科學家們實際上并沒有破解這些代碼，只是僅僅描述了某些簡單的信息。

伯格也認為，這種情況有可能會發生，而且，他的芯片有可能只在有限的情況下才能形成長期記憶。但是，他強調說，大腦的形態學和生物物理學限制了芯片的能力：實際上，海馬體中的電信號就有很多種轉化方式。他說：“我并不認為我們能發現一種能適用于很多環境或許最多環境的模型，我們的目標是改進某些記憶遭受創傷的人的生活質量，如果我們能賦予他們新的形成長期記憶的能力，我們就很滿足了，大多數病人可能也秉持這一想法。”

盡管存在如此多的不確定性，伯格和同事們正計劃進行人體實驗。他正同門診醫生們合作，這些醫生們正在用移植進海馬體兩邊的電極來探測并預防嚴重癲癇病人突然發病。如果這一項目能如愿推進，伯格團隊將會嘗試尋找這些病人大腦內的記憶代碼。

伯格說：“我從來沒有想過真的可以在人腦上進行，我們現在討論的是何時以及如何進行人腦實驗。我原以為我這一生都盼不到人腦實驗的那一天，現在，我期待那一天早點到來。”

（四）藍領機器人：與人類并肩作戰

2012年9月，美國《紐約時報》網站在一篇深度報道文章中指出，制造業正在涌現新一波機器人熱潮，而未來的機器人將會兼具廉價、高效、安全、人性化等優點，最終將成為與人類并肩工作的好幫手，Rethink Robotics（反思機器人公司）公司推出的Baxter藍領機器人就是其中的佼佼者。

藍領機器人，顧名思義，就是那種不需要休息與食物，又能一周7天、一天24小時工作且沒有情緒，絕對服從指令的機器人。它們可以完成人力所不能及的工作項目——包括一些具有危險性而且費力的工作。未來，他們或許會成為制造業中的生力軍。

按照英國《經濟學家》雜志的理論：第三次工業革命來了！這是一種獨特的劃分方式，不以某一類新興技術而以生產方式的改變為標準。他們認為，第三次工業革命是以數字化、智能制造和新能源、新材料的運用為代表的一個新時代，特點之一即直接從事生產的勞動力數量快速下降，勞動力成本占總成本的比例越來越小。如何實現？工業機器人。

國際機器人聯盟估計，目前全世界有110萬個正在工作中的機器人。但傳統的工業機器人在編制程序方面花費高昂，而且也無法處理工作環境中最細微的變化；另外，還必須用籠子來把它們和工人們隔開。因此，雖然機器人在汽車制造業（目前約80%的工作由機器完成）和制藥業里已經隨處可見，不過，在某些行業里，因為工作量過小或者產品線為了滿足新需求或產業因為革新而變化過快，不值得引進工業機器人。其中包括小規模制造業，還有相對較發達的航空和手機制造業等。

而新型的人機互動機器人Baxter則更智能。擁有兩條“手臂”的機器人Baxter由反思機器人公司的首席技術官、前麻省理工學院（MIT）教授羅尼•布魯克設計制造而成。Baxter不需要專門的編程人員和編程系統，只需要工人帶動它的手臂進行運動，就可以完成一次簡單的編程，并用于工業生產。每臺Baxter的售價僅2.2萬美元，遠低于工業機器人；它也擁有一套復雜的安全機制和傳感器，能夠保護它所協助的人類工人的安全，因此，具有無可比擬的適應性與安全性。

鑒于上述諸多優點，Baxter似乎正成為新一代更聰明、更靈活的工業機器人的領頭羊。對于Baxter的問世，蘋果公司的前任高管托尼•法德爾在接受《紐約時報》采訪時表示：“機器人世界似乎迎來了真正的‘麥金塔’（即引領PC革命的蘋果Macintosh電腦）！”

另外，Baxter也不會對工人構成威脅，因為工人可以完成比機器人更優質、更精細的工作；而Baxter則在工廠中負責做重復性的工作。如此一來，機器人可以與人類并肩工作，為工業生產助力。

（五）智能手表：從手機那兒“偷”信息

隨著手機的出現，曾與人們朝夕相伴的手表基本退出歷史大舞臺。的確，手機已經可以完全替代手表的功能，誰還會多此一舉在手上佩戴一款多余的設備呢？但是，隨著手機智能化的發展，手表似乎又有了借助昔日對手卷土重來之勢。

發明智能手表的概念起源于20年前，不過直到最近，隨著智能手機日益流行、微機電感應器價格不斷走低、低耗電的短距離無線傳輸技術逐漸成熟后，智能手表才從概念性產品躍升為全球科技產業的下一個量產目標。據市場調研公司ABI Research預計，今年全球智能手表的出貨量可能會超過120萬塊。

重要性：隨著計算機變得越來越復雜，人們希望擁有一些簡單而且容易使用的設備。

突破：智能手表可以從手機那兒有選擇性地“拉”一些數據，因此，佩戴該手表的人瞥一眼就可以獲得信息。

主要參與者：美國Pebble技術公司、日本索尼公司、美國摩托羅拉公司、安卓（Android）手機專屬智能手表研制公司MetaWatch公司。

2013年1月，硅谷創業公司Pebble技術公司的E-Paper電子智能手表上市，該手表整合了手機短信和即時通信（iMessage）功能，佩戴者可以在手表中查看即時通信。Pebble智能手表的設計師們認為，如果不需要將手機從口袋中拿出來的話，手機當然比手表更有用，但智能手表目前也擁有了屬于自己的獨特優勢，因此，也就具有了某些不可替代性。

Pebble公司的創始人埃瑞克•米奇科夫斯基的初衷并非是制造出一種“可穿戴的計算機”。5年前，他開始構思制造智能手表時，還只是荷蘭代爾夫特理工大學工業設計專業的一名學生，他希望能找到一種方法，讓他在騎自行車時能更好地使用智能手機而不需要停下來。他說：“我的設計思路是制造出一種能從我的手機那兒獲取信息的手表，我在大學宿舍造出了模型。”

2012年4月，米奇科夫斯基在眾籌網站Kickstarter表示，他希望募集到10萬美元，幫助自己讓Pebble面世。5個星期后，他得到了1000萬美元，一躍成為在Kickstarter網站募集資金最多的人。

現在，米奇科夫斯基已經收到了8.5萬份訂單，他也正在逐一給這些熱切的買家發貨，如果擁有了這款智能手表，人們不需要從口袋里掏出手機就可以查閱電子郵件或天氣預報。Pebble智能手機用藍牙來同蘋果或者安卓手機相連，并顯示通知、信息以及其他簡單的數據。除此之外，該款智能手表也有一些內置應用。比如通過使用手機上的全球定位系統（GPS），騎車和跑步者可以在手表上看到他們的速度、距離等數據，而且，還可以通過音樂應用軟件播放手機中的音樂。同時，該公司也承諾將會有更多的應用。

忽如一夜春風來，千樹萬樹梨花開。智能手表現在已經成為一種真正的產品類別了，不同形式的智能手表也逐一揭開神秘的面紗。意大利 i'm Watch 公司推出的智能手表 i'm Watch基于安卓系統，通過藍牙和智能手機相連后，可以打電話、發郵件、短信、Facebook/Twitter、看天氣等。索尼公司也推出了SmartWatch，其功能和 i'm Watch 相差無幾。其他類似產品還有摩托羅拉推出的Motoactv，蘋果公司也可能會推出自己的智能手表。

盡管售價150美元的Pebble智能手表可以控制音樂播放、運行口袋健身教練等簡單的應用程序，但是，米奇科夫斯基和他的研究團隊在設計之初就故意讓其功能盡可能少，將那些更復雜的程序留給手機使用。這種設計思路貫穿了整個設計的方方面面。例如，黑白色的屏幕在陽光直射時能閱讀并顯示內容，也不會像彩色屏幕那樣需要“睡覺”來保存電量。

谷歌眼鏡是谷歌公司于2012年4月發布的一款“拓展現實”眼鏡，它具有和智能手機一樣的功能，可以通過聲音控制拍照，視頻通話和辨明方向以及上網沖浪、處理文字信息和電子郵件等。Pebble智能手表和谷歌眼鏡一樣，都是為了解決同樣的問題——也就是說，“消除我們使用手機時的一些障礙”。

但是，谷歌眼鏡試圖通過將計算機和監視器整合成一副眼鏡，使得佩戴該眼鏡的人能通過數據來“拓展”他們的視界，從而對智能手機取而代之，這與穿戴式計算興起之初人們的預測一樣。但很顯然，Pebble智能手表的理念更受歡迎一些，因為佩戴這種手表的人并非在創造新的社會規范，而只是在恢復一種曾經風靡全球的社會規范。

(科技日報)