七、信息科學
87．電腦修補人腦記憶功能
針對海馬找回新記功能
現實中，有很多人在為自己的丟三落四而發愁，有很多學生再為如何提高自己學習中的記憶能力而苦惱，有很多老年人在感慨殘酷的時間掠走他們的記憶能力，更有很多因為腦損傷而失去部分記憶功能的人在為如何找回形成新記的功能而四處求醫。那麼，到底怎樣才能修補人腦的記憶功能呢？
科學家們給出了一種或許可行的答案。人來早就知道，在我們的大腦中，海馬是內部結構最有規則的部位，它的功能是對生活經曆進行“編碼”，使之能夠作為長期記憶存儲於大腦的其它部位。海馬受損的病人，就會失去形成新記憶的能力。
於是，針對海馬部位，美國的幾個研究者經過近１０年的時間，研製出來了世界第一個用於修補動物大腦內海馬部位功能的矽芯片。這一研究成果為那些因腦部病變或受傷而失去新記功能的病人帶來了新希望。如果這種芯片能象預期的那樣有效，它應該能使病人恢複產生新記憶的功能。
海馬芯片的誕生
製造這一芯片讓研究人員頗費心思，但一切都是按部就班地進行的。
研究人員首先是建立海馬在各種不同條件下工作的數學模型；然後將這一模型編程到芯片中；最後使芯片能夠與大腦其它部位協調工作，即解決芯片與腦組織的“接口”問題。
由於研究人員並不真正了解海馬對信息進行編碼的機製，因此隻能簡單地照搬它的行為。他們對實驗鼠海馬部位的切片進行不同的電信號刺激，多達數百萬次，以確定什麼樣的電信號使海馬產生什麼樣的反應。然後把不同切片的行為組合起來，建立整個海馬工作模式的數學模型。
芯片的工作流程
根據設計，在用於病人時，這種芯片將附著在頭蓋骨上，而不是植入腦的內部。芯片通過兩組電極與腦部進行通信，兩組電極分別置放於海馬損壞區域的兩邊，一組接收從腦的其餘部位傳送到海馬的“輸入”信號，另一組則根據芯片內部指令將相應的“輸出”信號發送給大腦。這樣，信號就繞過海馬，由芯片來替代海馬的功能。
如果順利，研究人員計劃在６個月內開展活體實驗鼠試驗。然後將在猴子身上試驗。由於不同的哺乳動物腦部海馬的結構很相似，因此在從鼠到人的過程中，芯片設計不需要作重大改進。不過，必須在前期實驗中確認它是安全的，才能在因中風、阿爾茨海默氏症或癲癇而腦部受損的病人身上試驗。
爭議性將妨礙應用性
但是這還是一個有爭議的新技術，因為這種療法即使安全方麵不存在問題，倫理方麵的質疑也將成為臨床應用的障礙。
看來，要讓受損的大腦功能在芯片的幫助下恢複正常記憶功能還有很長的路要走。當下，我們能做的除了等待，更重要的就是看護好我們的大腦，愛惜好我們的大腦了。
88．走進智能化住宅
要讓家也“有腦子”
家的概念是由人、空間和環境構成的，空間環境就是住宅和周邊設施。家在人們的心目中永遠是溫馨的、值得眷戀的。從古至今，人類就在不斷地為把家——這個遮風避雨的安身之所打造得更安全、更舒適、更宜人而努力著。
進入21世紀以來，憑借著突飛猛進的信息技術，人類對家的建設改造更是攀上了一個新的台階。尤其是在比爾·蓋茨的全智能住宅讓世人開了眼界之後，“怎樣用信息技術武裝我們的住宅，讓我們的住宅也‘有腦子’”，就成為許多人夢想中的問題。由科學家提出的智能化住宅的概念代表了人們對未來家園的美好憧憬，也為人們的夢想插上了翅膀。
智能化住宅從何來
科學家的智能化住宅概念由何而來呢？要了解這其中的淵源，我們首先得說說什麼是智能化建設。
智能化建設就是通過配置建設物內的各個子係統，以綜合布線為基礎，以計算機網絡為橋梁，全麵實現對通信係統、建設物內各種設備（空調、供熱、給排水、變配電）的綜合管理。智能化住宅包括住宅自動化、通訊自動化、家庭自動化。智能化住宅強調人的主觀能動性，要求重視人與居住環境的協調，能夠隨心所欲地控製室內居住環境。
智能化住宅何以構成
從技術角度來說，智能化住宅是將各種信息通過通信設備和住宅設備，通過家庭內網絡連接起來，並保持這些設備與住宅的協調。因此，具有相當於住宅神經的家庭內網絡、能夠通過這種網絡提供各種服務、能與地區社會等外部世界相連接是構成智能化住宅的三個條件。
從設備匹配上來看，智能化住宅中的設備也要相應的智能化，如智能化的冰箱、智能化的視聽設備、智能化的通訊設備、智能化的監控設備以及其他智能化設備，通過家庭總線係統將這些設備統一管理，我們可以通過一個遙控器或者一台網絡電腦就可以命令這些設備工作。
示範工程已經實施
這麼先進的住宅離我們的距離並非遙不可及。在中國，國家建設部實施的全國住宅小區智能化技術示範工程，將示範工程劃分為普及型、先進型、領先型三個層次，製定了相應的技術要求。
普及型：住宅小區設立計算機自動化管理中心，水、電、熱等自動計量和收費，住宅小區實行封閉式安全自動監控，住宅的火災、有害氣體泄漏等實行自動報警。設置緊急呼叫係統，對住宅小區的關鍵設備、設施實行集中管理，對其運行狀態實施遠程監控。
先進型：除實現普及型的全部功能要求外，還應實行住宅小區與城市區域聯網，住宅通過網絡終端實現醫療、文娛、商業等公共服務和費用自動結算，住戶通過家庭可閱讀電子書籍和出版物等。
領先型：除實現先進型的全部功能要求外，要應用Ｉ－ＣＩＭＳ技術，實施住宅小區開發全生命周期的現代信息集成係統，達到提高質量、有效管理、改善環境的目的。
建設部計劃用５年左右的時間，在全國建成一批住宅小區智能化技術示範工程，摸索出一套適應各地、各具特色的智能化住宅小區的設計、集成、施工等方麵的經驗，並向全國推廣。
更讓我們魂牽夢繞的家
近距離接觸智能化住宅，會讓我們對它有更直觀的了解。未來智能化住宅在牆壁內安裝有“家庭管理係統”的網絡設備，住宅的主人無論在世界任何地點，通過互聯網就能控製家中所有的電氣設備，調試室內的安全係統、空調係統、照明係統、冷熱水係統；例如住戶不用去廚房可憑遙控器做飯，甚至可以遠程監視每個房間、給植物澆水等；住宅大門外的風向標是氣象感知器，可將室外的溫度、濕度、風力、風向等數據輸入電腦，電腦根據這些氣象數據控製著室內的窗戶和空調。
在各種智能化的配套服務之下，智能化住宅將不僅僅是一個更加溫馨、舒適的家居，還是一些人追求事業成功的地方。
相信許多人都有過這樣的經曆和感受：在出差或旅遊歸來的行程中，不論在飛機上、火車上或者船舶上，當聽到乘務員告知再有幾分鍾就要到達目的地的時候，想想自己馬上就要踏上家的土地了，想想可以再見到自己的親人和朋友了，每個歸家人的心中都會湧起這樣不一般的情愫。可見家對於我們每個人來說，不僅有著它功能性的遮風避雨等作用，還有著非同尋常的情感慰藉作用。如果將來人們住上智能化住宅的話，相信這種感受會更加強烈。
89．芯片再造“眼”還盲人一片光明
盲人需要光明
盲人是值得我們關注的一個特殊社會群體。在專業者的幫助下，盲人可以把自己的壞眼用“義眼”來替代。但是這種用玻璃或塑料等物質,摹擬人眼外形的"義眼"，隻是可以起到代替萎縮或被摘除的眼球，改善儀容的作用，對盲人的視力是起不到任何代償或者提升作用的。
視力得不到改善的盲人，其世界是一團漆黑的，看不到花鳥蟲魚或許可以忍受，但看不到光明給盲人的生活帶來的極大不便卻是一個實實在在需要解決的問題。
多少年來，科學家和眼科醫生都在竭盡全力，試圖將“光明”還給盲人和視力減弱者，解決他們的切膚之痛。“生物眼”的概念就在這種努力下誕生了，這給廣大盲人帶來了新的希望。
芯片再造“眼”
用什麼來製造“生物眼”呢？美國的惠頓和伊利諾伊等公司在這方麵已邁出了第一步，他們用極微小的芯片模擬眼球中視覺細胞的某些功能，即把視網膜上的光信號轉變成電信號，再傳給大腦。阿靈頓海軍研究署的科學家們正在研製模擬視網膜的整個神經係統的芯片。
人造眼的核心就是這種著名的芯片。在芯片裏，不同的部位“分管”不同：有的"看"圖像的邊緣，有的“觀察”角度，而有的“確定”輪廓 。總之，我們的眼睛怎麼“做”，它就如何“做”。
優勢獨特
在專家看來，相比於其他材料，芯片在再造人類眼球上麵具有獨特的優勢。科學家們可以很理想地把芯片改造成可以供人造視網膜使用的芯片。比如，芯片每條電路之間的連接是“非線性”的，也就是說，計算與電路的變化幾乎同時發生，可以迅速進行圖像處理，處理其中一個功能大約花費一微秒的時間。
另外，芯片還有一個優勢是，它的模擬信息處理器與普通微處理器不同。例如，在台式個人計算機裏使用的微處理器隻認“１”和“０”，是典型的數字信息處理器，而這種芯片執行計算時是“模糊”化的，這恰恰和我們的大腦處理信息的方式相同。
理論研究層層遞進
不過，芯片怎樣才能被用作一隻人造眼睛仍處於理論研究階段。最理想的使用方式是用它建立一個三維的“概念”，就像人腦一樣有“具體的層傳感器”。比如一個層能挑選邊緣，而另一層能挑選顏色。
這對芯片而言並不是太難，主要問題是如何將它的全部功能和人的大腦相連。人的眼睛裏有１百萬根神經纖維，並且每一根都在大腦皮層中有具體的連接。沒人確切知道，要讓大腦“理解”一幅圖，必須“動用”哪些神經纖維。
實驗進行中
美國的相關專家已經成功地將他們研製的芯片植入６位病人的視網膜。
南加州大學的神經眼科研究所的步伐更加迅速，並取得了令人振奮的結果。他們的實驗奉行“從簡單到複雜”的科學原則：開始，能讓病人把水倒進一個杯子，能看見桌子上的盤子、叉子等；下一步，能讓他們認出親人的某些麵部的特征。
在實驗中，病人戴著外形像眼鏡的微型照相機，它將圖像信號傳遞給在病人耳朵後麵種植的無線接收器，然後，信號經過在皮下種植的極小電線，進入裝在視網膜上的芯片，刺激眼的神經，給病人造出“視力”。
在最初時，病人能感知到的像素隻有16個，16個像素就像16盞小燈泡一樣。這樣低的分辨力，病人當然不能認識物體，但是，他們能感覺到光線的變化。如果像素能增加到1000個，它將提供給盲人一張照片：雖然極其粗糙，但足以“認識”一張人臉！一位盲人靠著這1000個像素，越過了像椅子和牆那樣的障礙，並沿著一條走廊找到了路。