夢境投影機可能實現嗎？未來的人腦解譯機
2019/07/06閱讀時間約 6 分鐘
著名的物理學家Michio Kaku在youtube影片中提到，現今已有科學家能透過fMRI紀錄跟AI、重現人們的視覺畫面，未來將能用此種技術，紀錄跟重播我們的夢境。聽起來非常吸引人，於是我想知道到底這個可能性有多高？
他說的這位科學家，叫Jack Gallant，目前是UC Berkeley心理學教授，主要研究領域為認知神經。他在自己的研究領域做得十分成功，2011年發表在Current Biology的研究「重建大腦觀看自然電影的視覺經驗」（Reconstructing Visual Experiences from Brain Activity Evoked by Natural Movies）使他聲名大噪，還擠上了時代雜誌2011年「50個最佳發明」的排行中。
這個研究到底如何做成的呢？如果只是重建人們看電影的畫面，為何可以說它就能重建出人的夢境？
關於這個實驗，簡單來說是這樣的：
受試者先躺在fMRI中觀看影片畫面，紀錄下其大腦神經反應的血流變化。然後把數據跟影片畫面一起丟給電腦進行學習。接著受試者會再另外看一組新的影片畫面，同樣由fMRI紀錄大腦數據，但這次經過學習的電腦只接收人類的大腦數據，不會有影片畫面。學習後的電腦再藉由youtube影片作為其資料庫，重建出大腦最有可能看到的影像畫面。
電腦最後重建出的畫面有多近似？下圖左為受試者實際看到的影片畫面，而右邊則是電腦靠大腦數據重建的畫面。
當我還沒理解這個實驗是如何進行時，只覺得這個畫面只能看出雛形而已。Jack Gallant在TED也提到重建大腦視覺畫面的總總困難，尤其是紀錄大腦神經變化的部分。一是其實每個人的大腦都有差異，同樣的畫面，會引起每個人不同的大腦區塊神經反應，即便我們的大腦的確有比較共同的專職區域，但細微的部分仍會因個人經驗有差異。還有就是受測者在觀看影片同時，可能也想著其他事，譬如他很餓，可能就不知不覺想到某家的雞腿飯。另外，當我們的注意力聚焦不同事物時，也會加強或弱化視覺感受，如果你是個神奇女超人粉絲，看電影時只要Gal Gadot一出現，其他人物或佈景都會彷彿消失。如果你現在正在搜尋一隻走失的貓咪，你看很多東西都可能誤認成貓。
除了人以外，還有器材的問題。
實驗是採用fMRI紀錄人們的大腦變化。但fMRI偵測的是神經元活動時所引發的「血流活動」，並不是大腦神經活動本身，也就是說這個測量數據是比較次級的，有點像看著水面的倒影來猜想本人長怎樣。也因此，科學家在觀看fMRI數據時，會跟實際上人腦的神經活動有相當程度的時間落差。這意味著，fMRI在測量快速變化的神經活動上，會減損一定的即時準確性。尤其是測量人們觀看影片，此種非靜態型的視覺刺激。
另一種能補足fMRI缺點的器材是EEG，一種貼在人腦頭皮上的眾多電極片，可即時測量大腦所產生的電位變化。雖然EEG擁有比較好的時間解析度（temporal resolution）。但科學家卻很難從腦電圖的數據中得知這些神經元活動的位置。換句話說，在空間解析度（spatial resolution）上，fMRI還是略勝一籌。
因為實驗主要是在重建人們視覺的經驗。但若要求電腦學會解譯（decoding）人腦訊號，就必須先讓電腦學習人腦如何編碼（encoding）。
以前神經學家已提出很多關於，人腦不同部位掌管不同功能的證據，大家耳熟能詳的右腦開發廣告，也是根植於這種假說。但事實上，大腦神經元相互連結的程度高於我們的想像，卻同時也分化的十分細緻。Nancy Kanwisher就發現了，就聽覺而言，大腦某區域對人們談話會有反應，另一區域則只對某些高音有反應，某個區域卻在你思考各種難題時都會活躍。
同樣的，在視覺感知上，也不是說只有某一大腦區域負責執掌，隨著畫面中出現的內容不同，都可能會引發不同的大腦區域活動。若要提高電腦解譯的準確性，電腦必須先知道人腦不同區域在視覺中所扮演的角色，某個神經活動牽連的是什麼？是物體的高度？形狀？分辨動物人類？還是光影刺激？是否有多個大腦部位，會對某個畫面同時產生反應等等。實驗裡，電腦藉由機器學習（machine learning），將不同的大腦活動跟影片進行連結。
Jack Gallan的影片中，示範了電腦如何針對大腦個別部位的功能，去重建影片，如某些大腦區域能看出視覺的輪廓，某些高層次的部位則涉及畫面的語意認知。電腦最終綜合這些學習，變成一個能解譯人類整體視覺經驗的AI。
綜合以上，我自己的結論是：
- 目前電腦尚未能解譯出清晰的畫面，是受到偵測大腦活動的器材所限。故隨著科學機械進步，這個問題就能解決。人類會更清楚即時的知道，大腦哪個區域部位正在活動。
- 要說重建「視覺經驗」是有疑問的。因為根據Marvin Chun的實驗，人類光靠「想像」，也會引發跟視覺經驗同樣的腦區域活動。這就是為何科學家會認為這項技術可以讓我們重建夢境，夢境究竟是「視覺經驗」還是「想像」或都是？日本有科學家已經嘗試以同樣的技術重建人的夢境了。
- 電腦重建的畫面來源Youtube，是既有的影像資料庫。實驗裡Jack Gallan讓電腦吸收youtube影片材料（當中剔除受試者看過的影像），然後從中比對選取最相似的畫面進行疊加。意指電腦只能從有限的影像中去「重現」，這大概也是重構影像不夠準確的緣故。也就是說在未來，越是豐富的資料庫跟運算速度，電腦的解譯能力就越強。
那到底靠這項技術的發展，對夢境錄製重放的幫助有多少，我仍有一些疑問。假如電腦必須靠現有的資料庫去重建經驗，那許多荒誕離奇、超現實的夢境，會不會難以被解譯？做夢時，我擁有的知覺可能不僅是視覺，也包括味覺、嗅覺、聽覺、觸覺，這些感官覺知，按此技術的道理，應該也能被解譯重建；但同樣地，人類知覺資料庫的建立仍會是一個難題，此外，某些知覺的個人差異性也可能會更大。因此，這項技術最終要能精確解讀重現，就必須針對每個人開發出一套資料庫。
最後，聽到這裡，可能原先的興奮感已透露出一絲恐懼。如果以後電腦都能解譯我們所思所想，我們還有隱私嗎？如果一切的知覺經驗都被數位化、數據化，握有這些數據的人能會是我們自己嗎？還是其他任何人？
當我們不在需要靠「表達」來溝通，而是透過科技直接「解譯」自己。也許到那時我們會想，有場讓自己記不起來的夢也未嘗不是一件好事。
YOUTUBE影片：Human brain mapping and brain decoding. | Jack Gallant |
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