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當大腦與晶片相遇
電子科技與生物科技將更漸行漸近

【作者: 歐敏銓】   2004年11月04日 星期四

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半導體製程仍在不斷地推陳出新,「摩爾定律」雖然遭到挑戰,但仍無法否定微小化製程的發展趨勢。目前的製程技術已邁向奈米層級,在一顆晶片上擁有上千萬的閘數已非新鮮事,而且是集邏輯、記憶、輸出入的系統單晶片。但有趣的問題是,由如此精密的晶片所組成的電腦系統,是否更勝人腦或人體一籌呢?


這個問題在不少好來塢電影中已有極誇大的詮釋表現,仍而,姑且不論人腦中的複雜的內分泌性化學反應,就同樣以電流傳達的神經系統來說,電腦能做的,至今仍是小巫見大巫。舉個簡單又明顯的例子,那就是讓機器人用兩隻腳來下樓梯,這件對人類來說輕而易舉的事,到現在仍是人工智慧界難以克服的問題。人類的神經系統擁有一種難以言喻的「本體感」,能夠在一瞬間掌握身上206塊骨頭的平衡感,而這種瞬息多變的平衡資料不知是記憶在大腦之中,還是與生具有的?機器人要怎麼樣才學得會呢?


很顯然地,電子科技不僅要往微小化發展,還得往智慧化的方向突破,而大腦及神經系統的生物科技研究,已是電子科技的重要參考模式。同樣地,生物科技也在尋求電子科技的助力,除了利用高速電腦模擬生物功能外,甚至有研究將晶片直接與神經細胞結合,意圖解開神經系統的神祕面紗。


最有名的例子當屬這位人稱「電子人」的資訊控制科學家 - Kevin Warwick。Warwick在1998年8月首次通過手術,將一塊一枚23公釐長3公釐寬的矽晶片植入他自己左手臂的皮膚中,由於這顆晶片與他的身體相安無事,這也讓他勇於進行第二次的手術。在2001年他再植入另一塊晶片,這次他的神經系統和電腦聯繫起來,並透過無線電將神經系統和電腦相連接。電腦會對神經系統所接收到的刺激與反應進行特徵分析,再根據分析的結果將它複製,並傳回晶片中,看看能不能引起同樣的反應。如果行得通的話,對於人體的疼痛及歡喜、悲傷的控制將是一大突破。


當然,人體神經系統的研究並非這麼容易的事,神經線路看似簡單,但即使是最細的一條也包含了好幾千條不同的神經纖維;在1.3~1.4公斤的成人大腦中,更有上千億的神經細胞(nerve cell)- 學術上稱神經元(neuron),以及以及數以兆計的神經膠質細胞(glial cell)所構成。每個神經元還有數千到數萬根神經纖維的連結(connection),進而構成了極複雜的「神經叢林」網路,大腦中進行的資訊交換與加工都是由神經元網路所進行操控。


這是一個相當有意思的認識,人類靠著自己的聰明,將電子科技推展到今日的地步,而對生物科技的研究,不僅驗證了生物系統與電子系統有著異曲同工之處,也可以得到許許多多的啟發。從這個角度來看,科技也算來自人性。不過,關於大腦的一些研究也發現,其實,這麼大容量的大腦,我們所用的也不多,最大的用途可能就是胡思亂想、自我欺騙吧,若是如此,我們堅信的微小化製程之路,會不會只是沒事在找事情做呢?(歐敏銓)


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