美国空军研究实验室利用“个性化神经学习系统”打造“超级学习者”

据美国空军网站8月15日发布的消息,其正在寻求开发一种技术,该技术将使飞行员能够在神经技术的帮助下通过直接的大脑接口快速地获取飞行中的知识和技能。这听起来像是科幻电影里的场景,但空军研究实验室(AFRL)的一个团队正在将科幻小说变成现实,以帮助作战人员释放大脑的能量。

美国空军研究实验室利用“个性化神经学习系统”打造“超级学习者”

由空军研究实验室第711“人因绩效联队”(711th Human Performance Wing,HPW)负责开展的这项研究名为“个性化神经学习系统”(Individualized Neural Learning System,简称iNeuraLS),它是一种新的增强学习平台,可以在技能习得过程中通过对认知状态的闭环调节实现快速学习。该项目最近获得了资助,作为“为颠覆性能力播种”(Seedlings for Disruptive Capabilities,SDCP)计划的一部分,该计划将来自空军研究实验室各技术部门及其外部合作伙伴的团队聚集在一起,在空军特别感兴趣的领域“播种”具有潜在变革能力的新想法,如最近的《2030年科技战略》所述的那些东东。

对此,空军研究实验室认知神经科学高级技术负责人高拉夫·夏尔马(Gaurav Sharma)表示:“我们非常高兴能启动这项SDCP研究。神经技术是711HPW的一个主要重点领域,随着工作的进展,它在提高空军能力方面有着巨大的潜力。”

尽管这一概念表面上看起来有些牵强,但夏尔马说,这实际上比听起来更容易实现:“听起来像科幻小说,但它植根于科学。在过去的十年里,我们在理解与飞行员表现有关的大脑功能方面取得了巨大的进展,并且开发并测试了一套神经调节技术工具包,以使大脑达到最佳性能状态。借助iNeuraLS,我们将通过创建一个沉浸式闭环系统将其提升到一个新的水平,该系统将根据每个用户的学习潜力进行优化。”
“我们将使用一种新颖的脑机接口,史无前例地进入大脑,”,据空军研究实验室研究生物医学工程师、神经接口小组组长纳撒尼尔·布里奇斯(Nathaniel Bridges)博士介绍,这些神经信号将被用于开发算法,帮助研究人员确定个人接收信息的最佳大脑状态。在此基础上,研究小组将确定提高受试者吸收和处理信息能力的最有效方法。这可能包括非侵入式神经调节或大脑刺激技术,以及使用增强现实技术来改变感知的环境条件。

布里奇斯重申,这个过程并不像看上去那么离奇。为了收集有关大脑活动的数据,研究小组将结合两种成熟的非侵入式技术:脑电图(EEG)和脑磁图(MEG),来开发一种混合型脑机接口。他解释说,每种技术都有自己的优势。脑内神经元电流产生的信息,一部分用电场表示,由脑电图提取,另一部分用磁场表示,由脑磁图提取。此外,与脑电图相比,脑磁图具有更高的空间分辨率。因此,这两种技术的结合将使研究人员能够快速收集有关大脑活动的信息,并精确定位大脑中发生活动的确切位置。研究人员将在受试者处于不同的学习阶段和不同的变量(如疲劳、注意力和记忆力)时收集这些数据。
在三年工作的最后阶段,研究团队将通过一个用例场景演示该技术,该场景可能看起来像是飞行模拟器任务,以展示系统加速用户获取技能完成任务的能力。
布里奇斯表示,这项研究最终将证明有助于更快地训练空军飞行员。虽然这项研究的应用特别集中在空军任务上,但他说,该项目将有助于建立一个知识体系,从而间接地使整个神经科学界受益。他还希望其他军兵种及组织,如太空部队以及维修和航空医疗机构,能够从这项技术中获益并加以发展。
与通过“为颠覆性能力播种”资助的所有项目一样,“个性化神经学习系统”是一个跨多个空军研究实验室相关局以及整个行业合作伙伴的协作努力。在空军研究实验室内部,该研究小组正在与材料和制造局(Materials and Manufacturing Directorate)合作,该局正在为混合EEG/MEG接口提供先进的材料技术,同时也与军需局(Munitions Directorate)合作,该局负责建模与仿真。行业合作伙伴包括微软,它负责管理内容交付,并就虚拟和增强现实平台和硬件的变化提供指导。与该项目合作的还有Sonera Magnetics公司,该公司正在开发EEG/MEG接口的一部分;麻省理工的学院林肯实验室(MIT Lincoln Laboratory),该实验室正在开发机器学习算法;Teledyne Technologies公司也在整合各部分,以创造出一个具有凝聚力和最佳功能的产品。
据夏尔马说,与这些合作伙伴的互动是该项目的关键优势之一。他表示:“我们正与业界领袖们比以往任何时候都更密切地合作,为空军开发具有变革潜力的开创性技术。空军研究实验室致力于开发基于神经技术的解决方案,以提高作战人员的绩效,而这种合作仅仅是一个开始。”
布里奇斯则表示,现在已经宣布了为期三年的SDCP合同,该团队正在奋力拼搏,努力开展研究工作,为科研工作提供基础。他希望通过招募新的精力充沛和有远见的神经科学家、工程师、计算机科学家和其他专业人士来扩大这个团队:“我们非常兴奋地开始这项研究,看看我们能把它带到哪里去。这是一个对军事和神经科学界具有巨大潜力的项目。这是真正启发科学的艺术。” [从心推送的防务菌]

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