作者:Y. Kamitani 来源:《科学》 发布时间:2013-4-9 11:28:06
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研究或实现机器“读梦”

 
图片来源:MARK HARMEL/《科学》
 
“在天空中,我看到了一个像青铜雕像的东西,一座巨大的青铜像。”一个昏昏欲睡的人这样告诉神经学家。此时这名男子正躺在磁共振成像(MRI)仪里,这台设备在其打盹时记录下了他的脑活动。“这座青铜像坐落在一座小山上,山下有房屋、街道和树木。”
 
这种对一个刚好被打断的梦的离奇叙述——连同收集自该男子的超过500个描述结果以及其他两个类似的研究——是一个大胆创新研究的基础。日前,一个来自日本东京高级电信研究所(ATR)计算神经系统科学实验室的研究小组将相关研究成果在线发表于《科学》杂志,研究报告称,利用这些梦境报告,研究人员仅基于脑活动MRI扫描便首次成功预测出睡梦中看到的影像。
 
尽管研究人员也警告称,人们距离开发出一台能够完全解读梦境的机器还很远,不过同样致力于梦境研究的美国波士顿哈佛医学院神经学家Robert Stickgold表示,这项实验的“细节和成功令人震惊”。
 
Stickgold说,就在不久前,那些关于人们能够仅根据脑活动数据便解码所见、所想或所梦的观点还最多是“星际迷航”。但在过去的10年里,ATR神经学家Yukiyasu Kamitani已经开发出实现这些想法的计算机程序。例如,在一篇2005年发表于《自然—神经学》期刊上的论文中,他和同事宣称制作出一个计算机程序,能够将功能性磁共振成像(fMRI)所得到的脑活动记录与特殊视觉刺激相结合,以便从一个网格的8个方向准确预测某个主题的外观。
 
为了确定一个相似的方法能否探测睡梦中的人们可以看到什么,Kamitani及其同事近期招募了3位志愿者,在为期10天的实验中,这些志愿者需要躺在一台MRI设备里,经历长达3个小时的数据收集过程。MRI设备金属线圈震动引起的巨大响声并不利于睡眠,但是志愿者们佩戴着耳机,并找到帮助入睡的方法。当参与者迷迷糊糊地睡去,研究人员利用fMRI仪器监控其脑部活动,其中脑血流测量被认为能反映神经活性。他们还使用脑电图扫描器(EEG)追踪受试者的脑电活动。
 
研究人员没有等待一个多小时以便受试者能进入快速眼动(REM)睡眠——这一阶段的特点是时间长、常伴有奇异的梦境且会出现暂时性麻痹,而是选择利用被称为第一阶段的诱发睡眠期出现的频繁幻觉进行研究。“通常在这一阶段人们并不知道自己睡着了。”Stickgold说,这与你试着从已经发出鼾声的同伴手中拿过遥控器,却被其粗暴拒绝一样,你的同伴就处于这一阶段。
 
一旦3位志愿者习惯在fMRI设备中小睡后,他们将很容易坠入轻度睡眠中,Kamitani表示。每6~7分钟,一位参与者便会进入深度睡眠,研究人员能够看到EEG活动出现波纹,这暗示着受试者很可能出现了幻觉。随之研究人员唤醒受试者,让他们记录下自己看到了什么,然后让他们再度入睡。从每个受试者那里收集到约200份这种记录后,Kamitani研究小组从报告中提取了频繁出现的视觉元素,例如树、人等,并将这些元素分成大约20大类。例如在其中一个类别里,碎冰锥、钥匙和塞子被归为工具类。
 
为了使计算机程序能够将梦境中看到的影像类别与视觉皮层中脑活动的特殊模式结合在一起,研究人员从网上收集了符合各个类别的图片,并记录下3位志愿者看到这些图像时的fMRI活动数据。Kamitani表示,与那些能够通过细微差别鉴别笔迹的机器学习技术一样,该程序能够剔除发生在睡眠中的非视觉脑活动,并能迅速“学习”将特定脑活动信号与不同类型的影像结合起来。
 
当研究人员利用新程序通过同样的三步曲进行第二轮梦境报告研究,同时辅以fMRI监控时,他们预测人们梦中所见事物的准确率达到60%——这一数值远高于偶然概率,Kamitani指出。
 
“这或许是首次真正证明梦境内容的大脑基础。”Stickgold表示,这些结果“令人难以置信地给力”。他还提到,一种令人兴奋的可能性是技术或许不仅能揭示人们记得的梦境,也能够记录下那些忘记或忽视的内容。
 
不过美国哈佛医学院精神病学家、梦研究专家Allan Hobson称,从技术角度而言,实验中受试者描述的这些影像根本不能被称为梦。“相反它们是‘睡前幻觉’与发生在REM睡眠阶段的梦有生理学上的本质区别。”他说。
 
研究人员仍然在研究神秘的REM睡眠阶段和第一阶段睡眠期,但是该研究的合作者、ATR神经学家Masako Tamaki主张:“它们或许没有不同。”她希望该技术能被用于临床睡眠研究中,从而帮助那些长期被噩梦困扰的人们。在最低限度上,“我很高兴听到能够稍微精确地报告人们在睡梦中见到的东西。”Stickgold说,“不过直到这一刻也没有证据表明,当我们醒来时没有编造自己的梦境。” (来源:中国科学报 张章)
 
 
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