搶先下載未來的「腦聯網」

「腦聯網」是互聯網、物聯網、大數據、雲端運算等數位應用的數位神經智慧和指揮中樞。可以廣泛運用資訊電腦、醫學機械、電子機械、生物科技、照護工程、環境保護、交通運輸、物流金融、智慧居家辦公等各產業,透過多重網路的連結與數位傳遞,帶來無窮的商機。

文/黃丙喜 圖片提供/達志影像

2014年巴西世界杯足球賽,讓全球球迷驚聲尖叫的可不只有擔任葡萄牙隊隊長的C羅(現效力於西甲皇家馬德里),或德國的馬特斯 ‧ 胡梅爾斯 (Mats Hummels) 等型男球員,而是一位穿上機械戰甲的癱瘓少年。當他從輪椅站起來,走到球場中央,抬起雙腳為世界杯踢出第一球,這一刻,感動成千上萬的全球球迷。

創造這神奇的時刻,最大的幕後功臣是美國杜克大學醫學院神經「再次行走」計畫負責人米格爾 ‧ 尼科萊利斯 (Miguel A. Nicolelis)。

米格爾 ‧ 尼科萊利斯在其著作《腦機穿越》一書中指出,「人機和人腦的跨網際網路融合」顛覆傳統神經科學、機械工程、資訊工程,人類透過思維控制機械,未來會成為常態,腦神經相關科學可以廣泛運用於資訊電腦、醫學機械、電子機械、生物科技、照護工程、環境保護、交通運輸、物流金融、智慧居家辦公等各產業,經由網際網路的互相連結和智慧資訊的數位傳遞,擴大它的功能,提升它的效率和產值。

揭秘腦與腦介面

Computers、data、information、web、networks、social network、semanticweb、cloud、物聯網、互聯網⋯⋯究竟這些今日生活和工作裡經常提到的名詞,彼此之間有什麼關聯?未來所有系統又將面臨哪些變化發展?透過一張從人類腦神經科學從腦機介面 (Brain to Machine interface) 進化「腦對腦介面」(Brain to Brain Interface, BTBI) 的多重網路互動圖,或許能幫忙描繪出互聯網丶物聯網等多重網路的關連性,以及隨著腦神經科學的發展,帶來跨界、跨領域以及跨產業的新趨勢 。(參照圖一)

由下圖大腦之間的相互接連溝通,或者說一個大腦控制另一個大腦,聽起來應該是科幻小說的情節。但美國、巴西以及中國的科學家,從在小老鼠身上實驗「腦對腦介面」(BTBI),用微電極陣列接通2隻小老鼠的大腦,讓它們直接交流以解決簡單的行為難題。通過多組精心設計的實驗,發現感覺運動資訊不僅能在腦間共用,還能遠端傳輸,2 隻小老鼠即使遠隔幾千英里,也能做出同樣選擇。「腦對腦介面」的實驗也證明了一對腦或多腦網路之間能夠經由數位網路系統實現資訊的交流、處理和存儲,大腦能夠理解來自人工感測器的信號,也能夠理解另一個身體發出的感覺資訊,這對人類社會的未來互動潛存商機。

腦聯網驅動互聯網及物聯網

不可諱言,大腦是人體中最為神秘的器官,其複雜而精密的構造主導著我們的思維、心理、意識以及記憶,也左右著我們感覺、感官、情緒、情感以及認知。人們的存在正是因為有大腦,態度是否自信積極的秘訣在於大腦之中,運動能力高低的秘訣也隱藏在大腦之內。

互聯網 (Internet of Internets) 是連結各種網路的網路,可視為一個全球信息資源和資源共用的集合,從總體網際網路的體系來看,它是連結國際龐大網路的載具或工具;物聯網 (Internet of things) 是網際網路和傳統電信網的載體,它統整物與物的數位資訊,讓所有能行使獨立功能的普通物體能夠互相連通的網路;腦聯網 (Internet of brains) 則無縫接軌人腦、電腦和產物、器具之間的神經及智慧運作。

想一想 Nokia 曾經引起世界風潮的一句廣告詞:「科技始終來自人性。」面對當今物聯網和互聯網盤據的生活及工作網路,我們更可以說:所有聯網的中樞始終源自於以腦神經科學為運籌帷幄核心的腦聯網。(參照圖二)

由於互聯網、物聯網的功能結構與大腦之間有著相似性,而且幾乎可以解釋當今所有物聯網、互聯網的新應用和新概念。物聯網對應的是互聯感覺神經系統;雲計算對應的是互聯網中樞神經系統;工業 4.0、雲機器人、車聯網對應的是互聯網運動神經系統;沉浸式虛擬實境對應的是互聯網夢境系統。

從 21 世紀初,隨著資訊網路和雲端計算、大數據科技的快速發展,催生新的概念與應用,新的互聯網因為和腦神經系統的大量連結和運用,而具備了運動神經系統、軀體感覺神經系統和視覺神經系統的感知功能。這種互聯網和物聯網的新現象激發了世界許多腦神經科學、認知心理、行為經濟、機械工程、電腦工程、工業工程、人因工程和行銷管理學者紛紛和跨國企業從神經學的角度,分析互聯網與人類大腦高度相似的驅動、互動及組織結構,將其抽象為一個互聯網虛擬大腦,尋找並定位互聯網的虛擬聽覺、視覺、感覺、運動神經系統,虛擬中樞神經系統等。

對於腦聯網的整體感知運作體系,綜合國內外相關的學術研究,並參考了腦神經科學經由網際網路在當前產業的實務應用,認為腦聯網是以人腦的腦神經科學丶神經生物學和認知行為心理學為核心,運用網際網路和電腦為介面,連結環境中的有形與無形、實體與實體、有形與實體、無形與實體的多重系統,進而發揮其加速、催化、聯結和整合的轉換功能,交互運作人類訊息傳遞和認知、意識和信用、信念的正負效應。(參照圖三)

人腦合作競爭電腦

1997年,IBM的深藍戰勝西洋棋世界冠軍 Garry Kasparov 後,《時代》(TIME)雜誌提出了一項新的挑戰:「讓電腦與人類下圍棋吧,它獲勝的機會很小。電腦要在圍棋上戰勝人類,還要再過 1 百年,甚至更長的時間。」《時代》雜誌的這項預言被電腦打敗了。在西洋棋、象棋比賽取勝之後,電腦圍棋 Crazy Stone 也在 2013年 3 月份舉辦的日本電聖戰上打敗了石田芳夫,一位獲得過五次冠軍的圍棋九段高手。雖然,公平地來說,這並不是一個「深藍」時刻,因為石田芳夫不再處於巔峰時期,而且讓了四子。

為什麼電腦更擅長西洋棋,而在圍棋上遭遇了困難呢? Crazy Stone 的開發者,法國里爾第三大學的電腦科學教授 Remi Coulom 說,這與圍棋的遊戲規則有關。在圍棋中,有一條規則是,當一方的棋子被另一方包圍後,就要從棋盤上撤下這些棋子。問題在於,當你去包圍對方棋子的時候,你下的棋子或許也正在被對方包圍。在任何一個特定的時刻,電腦很難確定一枚棋子的狀態,也就難以確定哪一方是處於領先地位。

最初,人們試圖讓電腦掌握下圍棋的策略,把格言和諺語轉換為電腦可以理解的程式碼,另一些人則試圖讓機器學習人腦。神經學家們對圍棋高手們的大腦進行掃描,發現人類大腦最擅長的任務卻是人工智慧中最難解決的問題,比如模式辨識、學習能力和直覺。Google Research 的Peter Norvig 認為,即使是邀請大量專家,投入百倍的硬體,設計高明的軟體架構,採用正確的機器學習演算法,結合神經科學方面的成就,也未必能夠使電腦在圍棋方面達到「深藍」的成就。

而另一項有趣的實驗顯示,即使電腦「深藍」戰勝了西洋棋王,但是,面對一個四歲小孩的感官反應及情緒表達,電腦卻完全不是對手,而且反應遲頓異常。這個實驗,凸顯出電腦和圍棋對弈中的人腦結構和功能的特殊問題。2002 年諾貝爾經濟學獎得主康納曼 (Daniel Kahenman) 在其著作《快思慢想》(Thinking, Fast and Slow) 中指出,人腦系統 1 和系統 2 的差別正是人腦和電腦何以成為競合關係的縮影。康納曼經由行為經濟學和認知心理學,詮釋了快思的系統 1 和慢想的系統 2 在各種心理小劇場中如何搭配分工,以及這兩個系統與決策、判斷、風險、幸福和財富的關係,推翻了經濟學對人的決策是理性的假設,也披露「直覺偏見」和「邏輯捷徑」如何在不知不覺中,決定了我們自以為愜意的生活與社會樣貌,將徹底改變對思考的看法。可以確定在現實社會中,電腦和人腦競爭又合作的關係是未來互聯網、物聯網及所有網際人際網路的基礎。

腦聯網的系統、結構和基因三維組合

腦聯網因互聯網及物聯網科技的快速翻轉,對於人類的影響已經遠遠超出過去的工業革命。與以往工業革命增強人類的力量和視野不同,腦聯網將極大地增強人類的智慧,豐富人類的知識,而智慧和知識恰恰是與大腦關係最為密切的。

2010年起,美國科學家也開始從學術上關注互聯網與腦科學的關係,2010年 8月美國南加州大學神經系統科學家拉里‧斯旺森和理查德‧湯普森在《國家科學院院刊》(PNAS) 發表論文,用互聯網路由機制解釋老鼠大腦的信號如何繞過破壞區域到達目標區域。

2012年11月16日,加州大學聖地牙哥分校Dmitri Krioukov在2012年11月的《ScientiƂ c Report》發表論文,利用計算機模擬並結合其他多種計算,提出許多複雜網路如互聯網、社交網、腦神經網路等具有高度的相似性。

腦聯網神經系統的特性包括:
1. 系統結構:腦神經的系統、結構、基因和訊息在腦神經系統的傳遞、解碼和運作。
2. 智慧功能:腦機穿越:意念控制的科學理論和產業運用。腦腦接軌:腦腦聯結的科學理論和產業運用。
3. 價值效用:腦筋花得少但得到更多快樂。

至於系統、結構和基因的特性如下:
1. 系統:由腦聯網主題下所統率、互相關聯的個人智能和群體智能兩個系統,彼此相互構成垂直上下之因果關係和水平前後的體用關係,如此層層相連,相互作用。
2. 結構:連通系統運作的框架,包括以人的認知為主體的主觀結構,和以物體的功能、形體及性質為客體的客觀結構。
3. 基因:系統構成的最基本單位,腦聯網的人造基因工程包含人腦和電腦在辨識理解和行動過程中透過的神經網路,將之和知識、經驗統合連結,以達到快速圖通理解的人工智慧。

腦神經科學實驗證明大腦中擁有像Google 一樣的搜索引擎,Facebook 一樣的 SNS 系統,IPv4 一樣的地址編碼系統,思科一樣的路由系統。腦聯網將向著與人類大腦高度相似的方向進化,它具備物聯網的視覺、聽覺、觸覺、運動神經系統,也擁有自己的記憶神經系統、中樞神經系統、自主神經系統。另一方面,人腦至少在數萬年以前就已經進化出所有的互聯網功能,今後不斷發展的腦聯網將幫助神經學科學家揭開大腦的秘密。

我思,故我贏

人類的存在和存在的價值在於有了大腦,人腦是生物界中最高級精緻的器官,是主宰思維知覺的神經中樞,驅動身體的司令官,也是左右心理心靈的廟堂,一旦進入電腦和網路系統,當然更會是指揮的決策中心。對身在工商企業的中高階經理人來說,了解腦神經科學的奧秘,進而掌握它在產業和企業中將如何被運用,是面對未來挑戰的一門必修課。

(本文作者為台灣科技大學管研所教授。本專欄由台灣科技大學腦聯網團隊郭重顯、黃丙喜、王維君、許維君四位教授聯合執筆)
圖文摘自:能力雜誌 第720期