用人工智慧電擊大腦,可望幫助人類提升15%的記憶能力
用人工智慧電擊大腦,可望幫助人類提升15%的記憶能力

用AI對大腦放電來強化記憶——聽起來彷彿科幻片的場景,其實是正在進行的腦科學研究。

美國賓夕法尼亞大學(University of Pennsylvania)心理學家卡哈納(Michael Kahana)帶領團隊研究,利用機器學習演算法判讀腦波,算準時機向特定腦區進行電脈衝刺激,據稱該技術可使記憶能力提升15%。相關成果剛發表於最新一期《自然通訊》(Nature Communications)。

該研究計畫是由美國國防部資助,目標開發能夠「修復主動記憶」(Restoring Active Memory)的神經科技,以幫助因腦傷產生記憶障礙的病人。

深入大腦進行電擊的「記憶增強術」

要精確觀測大腦活動,最好能直接深入顱內。不過,如果要為了科學研究,讓人打開腦袋、放入電極,恐怕沒人願意,研究倫理審查大概也不會通過。

於是研究人員找來了25位癲癇患者。這些病人因為治療癲癇需要,腦內已植入100至200個電極,用來監測癲癇相關的腦電波。研究人員便利用這些電極記錄高解析率的神經活動,也可透過電極對各腦區進行刺激。

研究人員過去實驗發現,刺激時間點會影響記憶的效果。先前方法要求受試者記憶螢幕出現的字詞,同時每個字顯示時都對大腦規律施放電脈衝。結果發現,只有在記憶功能不佳時,才有增強效果,記憶良好時反而產生反效果。因此無差別持續刺激並不是個好方法。

然而,腦波相當複雜,該如何判讀大腦記憶的活動情形、適時給予刺激?——這時AI就派上用場了。

用機器學習判讀腦波、精準放電

論文第一作者、賓大心理系的數據科學家埃茲亞特(Youssef Ezzyat)表示,新研究有兩方面革新:一是研發監測腦部活動的系統,可依據大腦活動即時觸發相應的刺激;另一方面則是具體找出新的刺激目標,即左腦外側顳葉皮質。

研究人員首先了解大腦進行記憶的腦波模式。受試者嘗試記憶螢幕上的單字時,研究團隊同時每秒從每個電極收集數千筆數據。接下來再測試患者的回憶,並訓練機器學習將數據與受試者記憶單詞的可能性相關聯,藉此針對特定受試者建立出記憶成功或失敗的大腦活動模式。如此一來,AI就能從電極活動預測記憶的情形。

接著再進行電刺激。受試者進行記憶測驗時,AI會即時分析腦活動狀態,如果預測受試者記憶不成功時,就會迅速刺激大腦,提高記憶功能。放出的刺激是安全範圍內的微量電脈衝,參與者並不會有感覺。這有點類似心律調節器,在心律不整、心跳過慢時會放電,只是調節的是更複雜的腦波。研究人員表示,從感測腦波到觸發刺激已可在幾百毫秒之內完成。

研究結果發現,這套系統平均提高患者15%的回憶能力。

四年的「修復主動記憶」研究計劃,目前結果逐漸接近目標,也就是開發可植入式的腦神經調節系統。研究人員相信,這種刺激療法可能有很大應用潛力,將來可望用於協助腦傷及阿茲海默症患者。

資料來源:Nature CommunicationsEurekAlert!Wired

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2025年總統科學獎〉沒有前人就自己開路!「高熵合金之父」葉均蔚院士,引領全球材料新革命
2025年總統科學獎〉沒有前人就自己開路!「高熵合金之父」葉均蔚院士,引領全球材料新革命

想像一下,人類數千年來對物質世界的理解,突然被一個大膽構想徹底顛覆,會是什麼樣子?

當傳統材料學界仍謹守1~2種主元素為基底的定律時,2025年總統科學獎得主,國立清華大學材料科學工程學系特聘研究講座教授、中央研究院院士葉均蔚院士,卻逆向思考,開創能讓數十種元素混合的「高熵合金」領域,不僅為元素週期表注入嶄新生命力,更點燃全球半導體、智慧機械、綠能科技、國防與生醫等領域的無限創新火花。

「潛水」8年,釀出材料革命

葉院士透露,自古以來,要想構成「合金」,都由單一或少量元素構成,但1995年,他在驅車前往臺北的路上,腦中靈光乍現,迸發出讓多種元素混合成合金的想法。

有意思的是,葉院士很清楚,「高熵合金」這項突破性構想,將會徹底顛覆材料學的根基。因此,為了鞏固臺灣的領導地位,1995至2003年間,他刻意沉潛、默默研究,不發表任何相關論文,「這是我的經營管理策略!」他認真道。

葉院士於頒獎典禮發表研究之路的心聲點滴。
葉院士於頒獎典禮發表研究之路的心聲點滴。
圖/ 數位時代

因此儘管8年寒窗苦讀無人知,甚至曾有計畫審查委員直言,若讓高熵合金的計畫通過,會鬧出「國際笑話」,葉院士仍憑藉著對高熵效應的堅定信念,逐步累積實驗數據與理論心得,最終於2004年,一口氣發表5篇高熵材料論文,為高熵合金新材料命名、定義和建立理論基礎,之後平均每年發表10篇研究,並陸續提出高熵效應、晶格扭曲效應、緩慢擴散效應、雞尾酒效應等核心效應,對材料科學理論做出重大貢獻。

這股「論文風暴」,不僅讓《Nature》在2016年發布專題報導,確立了高熵合金領域的價值,以及確認臺灣做為發源地的地位,還成功引發全球專家學者的重視與跟進,也讓葉院士成為「高熵合金之父」。

在為臺灣奠定高熵合金領導地位之餘,葉院士還期望將這股力量向下傳承,因此在清華大學成立全球首個高熵材料研發中心,由他擔任主任。中心匯集了來自全臺各大學逾60位跨校、跨領域的頂尖教授,組成材料界的「夢幻隊」,一同探討高熵學理,開發高功能材料,每年還開設相關課程,培育近百名具備傳統與高熵「全材料」研發能力的專業人才,為學界、業界提供源源不絕的活水。

更重要的是,葉院士很早就知道,學術研究的價值不應只停留在論文發表。事實上,他在從事教職之初,便開始擔任業界顧問,深入現場解決問題,這反過來讓他的研究,更加貼近現場。

2021年,他透過清大授權高熵材料科技的3千萬元授權金,如今,在資本市場已增值8倍,達到2.4億元;他也擁有逾50項專利,其中,超過22項為高熵材料發明專利授權,「學者不能只在『象牙塔』中做研究,要積極與產業互動,將所學貢獻於實用,尤其現今臺灣製造業面臨轉型挑戰,學術界的創新非常關鍵。」

看著葉院士現今擁有的非凡成就,多數人可能以為他背景優渥,其實,他出生偏鄉、從未出國留學、進修。來自宜蘭南澳的他,成長過程中資源相對匱乏,但這反而養成他從小「凡事自己動手做」的習慣,「這種獨立解決問題、親身實踐的精神,就是我在科學研究上,不斷突破的基石。」

葉院士全家於2025總統科學獎頒獎現場溫馨合影。
葉院士全家於頒獎現場溫馨合影。
圖/ 數位時代

不曾出國留學、進修,也能做出世界級的突破

葉院士從學士、碩士一路念到博士,是標準的「清華大學材料科學工程寶寶」。在那個「去去去去國外」、留學盛行的年代,他選擇做個異類,深耕臺灣,「對國家做出貢獻比個人發展更重要!而且我相信,就算在臺灣,也能憑藉我們的智慧、能力,做出世界級創新。」

葉院士建議,年輕學者、莘莘學子們應心存善念,並秉持著求甚解、動手做的態度,多元、快樂學習,「強大的企圖心,能創造價值;與人為善,則能聚集眾力,共同實現宏大目標。」

臺灣「高熵合金之父」葉院士,賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」 殊榮。
臺灣「高熵合金之父」葉院士,賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」 殊榮。
圖/ 數位時代

問「高熵合金之父」接下來還有什麼目標?他笑稱,自己自大學二年級起,便懷抱著「飛碟夢」,而要實現夢想,需要室溫超導、極耐高溫等前所未有的材料,他仍在兢兢業業努力中。飛碟夢看似遙遠,卻是前進的燃料,向來「說到做到」的葉院士,用對未來的無限想像,持續為材料科學鋪設一條通往新世界的道路,也為臺灣留下珍貴的創新資產。

葉均蔚 院士
專長:高熵合金及相關材料、製造工程等
現職:國立清華大學材料科學工程學系特聘研究講座教授
成就:開創「高熵合金」領域,徹底顛覆傳統金屬材料設計思維,為臺灣在高階製造、綠能技術及核融合能源領域奠下堅實根基

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