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当大脑与晶片相遇
电子科技与生物科技将更渐行渐近

【作者: 歐敏銓】2004年11月04日 星期四

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半导体制程仍在不断地推陈出新,「摩尔定律」虽然遭到挑战,但仍无法否定微小化制程的发展趋势。目前的制程技术已迈向奈米层级,在一颗晶片上拥有上千万的闸数已非新鲜事,而且是集逻辑、记忆、输出入的系统单晶片。但有趣的问题是,由如此精密的晶片所组成的电脑系统,是否更胜人脑或人体一筹呢?


这个问题在不少好来坞电影中已有极夸大的诠释表现,仍而,姑且不论人脑中的复杂的内分泌性化学反应,就同样以电流传达的神经系统来说,电脑能做的,至今仍是小巫见大巫。举个简单又明显的例子,那就是让机器人用两只脚来下楼梯,这件对人类来说轻而易举的事,到现在仍是人工智慧界难以克服的问题。人类的神经系统拥有一种难以言喻的「本体感」,能够在一瞬间掌握身上206块骨头的平衡感,而这种瞬息多变的平衡资料不知是记忆在大脑之中,还是与生具有的?机器人要怎么样才学得会呢?


很显然地,电子科技不仅要往微小​​化发展,还得往智慧化的方向突破,而大脑及神经系统的生物科技研究,已是电子科技的重要参考模式。同样地,生物科技也在寻求电子科技的助力,除了利用高速电脑模拟生物功能外,甚至有研究将晶片直接与神经细胞结合,意图解开神经系统的神秘面纱。


最有名的例子当属这位人称「电子人」的资讯控制科学家 - Kevin Warwick。 Warwick在1998年8月首次通过手术,将一块一枚23公厘长3公厘宽的矽晶片植入他自己左手臂的皮肤中,由于这颗晶片与他的身体相安无事,这也让他勇于进行第二次的手术。在2001年他再植入另一块晶片,这次他的神经系统和电脑联系起来,并透过无线电将神经系统和电脑相连接。电脑会对神经系统所接收到的刺激与反应进行特征分析,再根据分析的结果将它复制,并传回晶片中,看看能不能引起同样的反应。如果行得通的话,对于人体的疼痛及欢喜、悲伤的控制将是一大突破。


当然,人体神经系统的研究并非这么容易的事,神经线路看似简单,但即使是最细的一条也包含了好几千条不同的神经纤维;在1.3~1.4公斤的成人大脑中,更有上千亿的神经细胞(nerve cell)- 学术上称神经元(neuron),以及以及数以兆计的神经胶质细胞(glial cell)所构成。每个神经元还有数千到数万根神经纤维的连结(connection),进而构成了极复杂的「神经丛林」网路,大脑中进行的资讯交换与加工都是由神经元网路所进行操控。


这是一个相当有意思的认识,人类靠着自己的聪明,将电子科技推展到今日的地步,而对生物科技的研究,不仅验证了生物系统与电子系统有着异曲同工之处,也可以得到许许多多的启发。从这个角度来看,科技也算来自人性。不过,关于大脑的一些研究也发现,其实,这么大容量的大脑,我们所用的也不多,最大的用途可能就是胡思乱想、自我欺骗吧,若是如此,我们坚信的微小化制程之路,会不会只是没事在找事情做呢? (欧​​敏铨)


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