腦機(jī)接口是與非：再談馬斯克腦機(jī)對接

　　距離馬斯克公布升級版腦機(jī)接口和進(jìn)行設(shè)備植入的手術(shù)機(jī)器人已經(jīng)一周有余，但學(xué)界對于被命名為 the Link v 0.9 版的腦機(jī)接口討論仍在繼續(xù)。

　　事實(shí)上，“腦機(jī)接口”作為前沿科技研究的熱點(diǎn)技術(shù)，一直頗受業(yè)界關(guān)注。2017 年，馬斯克成立腦機(jī)接口公司 Neuralink，兩年后，馬斯克和他的 Neuralink 團(tuán)隊(duì)發(fā)布了其首款產(chǎn)品，即“腦后插管”新技術(shù)，通過向大腦植入電極的方式來讀取大腦信號(hào)，并宣布了他們進(jìn)一步開發(fā)腦機(jī)接口的計(jì)劃。

　　可以說，腦機(jī)接口幾次在科技界掀起軒然大波，而這次的升級版腦機(jī)接口在帶來震撼過后，討論的聲音也漸趨理性。升級版的腦機(jī)接口是“言過其實(shí)”還是“確實(shí)如此”?其又將在腦機(jī)接口的發(fā)展里占據(jù)怎樣的地位?

　　從“腦后插管”到“腦中芯片”

　　2019 年中旬，馬斯克公布了第一代腦機(jī)接口，也可以簡單描述為一個(gè)“腦后插管”技術(shù)，通過一臺(tái)神經(jīng)手術(shù)機(jī)器人，像微創(chuàng)眼科手術(shù)一樣安全無痛地在腦袋上穿孔，向大腦內(nèi)快速植入芯片，然后通過 USB-C 接口直接讀取大腦信號(hào)，并可以用 iPhone 控制。

　　具體來說，可以分成三步，首先，用“縫紉機(jī)”和激光在頭骨上鉆孔，當(dāng)然，不是傳統(tǒng)意義上的腦袋打洞，這種神經(jīng)外科機(jī)器人“縫紉機(jī)”能夠每分鐘植入六根線，且微創(chuàng)、無血和安全。

　　其次，向大腦植入定制芯片，以便更好地讀取和放大來自大腦的信號(hào)。定制芯片需要植入大腦的特定地方，其中，三個(gè)位于運(yùn)動(dòng)區(qū)域，一個(gè)位于感受區(qū)域，而唯一外置的設(shè)備則安裝在耳后，內(nèi)含一枚電池。

　　最后，就是信息的導(dǎo)出，這需要使用一種直徑4-6 微米的線，而這些柔韌的線實(shí)際上是一種用類似玻璃紙的材料來做絕緣體，里面包含有一系列連接微小電極或傳感器的導(dǎo)線，與其他腦機(jī)接口中使用的材料相比，它不僅對大腦損害性更小，而且還能傳輸更多數(shù)據(jù)。

　　一年后，一周前，馬斯克在發(fā)布會(huì)上展示關(guān)于腦機(jī)接口的最新成果，其中包括簡化后硬幣大小的 Neuralink 植入物和進(jìn)行設(shè)備植入的手術(shù)機(jī)器人。

　　Neuralink 推出的新設(shè)備被命名為 the Link v 0.9 版，較之初代的設(shè)備，植入步驟并沒有相差很大，但升級版的腦機(jī)接口尺寸更小，性能更好，和 Apple Watch 等智能手表一樣能夠待機(jī)一整天，在睡覺的時(shí)候無線充電。

　　值得一提的是，作為植入性的醫(yī)療器材，無線技術(shù)已經(jīng)有 10 多年的歷史了。包括此前植入心臟起搏器，或者深度腦刺激的設(shè)備都會(huì)有無線傳輸，但是寬帶沒有那么大，傳的數(shù)據(jù)并不是很多，且不能無線充電。而 Neuralink 的無線既傳電能，又傳數(shù)據(jù)，這意味著，作為一個(gè)電子設(shè)備，Neuralink 是完整的，這也是電子設(shè)計(jì)的一個(gè)進(jìn)展。

　　馬斯克此次所展示的芯片有 1024 個(gè)通道，而上一版本則有 3072 個(gè)通道。1024 個(gè)通道可以理解為 1024 個(gè)神經(jīng)信號(hào)采集點(diǎn)。與 3072 個(gè)通道相比，雖然采集點(diǎn)少了，但在給定的腦區(qū)和范圍內(nèi)(2x1 厘米范圍的運(yùn)動(dòng)皮層)，采集到的有效數(shù)據(jù)未必受到影響。

　　此外，新的腦機(jī)接口搭配新版的手術(shù)機(jī)器人，相比去年的“縫紉機(jī)”看起來有了很大進(jìn)步。這臺(tái)機(jī)器會(huì)對大腦結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描，小心避開危險(xiǎn)區(qū)域，所以植入過程也不會(huì)對大腦產(chǎn)生傷害。

　　為了展示新設(shè)備，發(fā)布會(huì)現(xiàn)場，馬斯克展示了一群實(shí)驗(yàn)豬。這些實(shí)驗(yàn)豬之前曾接受過外科手術(shù)，由手術(shù)機(jī)器人將最新版的 Neuralink 設(shè)備植入大腦，時(shí)長約 7 分 10 秒。結(jié)果顯示，這些豬的大腦活動(dòng)可以通過無線傳輸?shù)礁浇慌_(tái)電腦上，讓在場所有人員看到當(dāng)馬斯克撫摸它們的鼻子時(shí)，這些豬的大腦神經(jīng)元有所反應(yīng)。

　　“言過其實(shí)”還是“確實(shí)如此”?

　　想要了解腦機(jī)接口，首先要明確幾個(gè)相關(guān)的概念。

　　腦機(jī)接口(Brain-computer Interface 或者 Brain-machine Interface)：通過傳感器提取頭皮上、大腦皮層上電場或磁場等信號(hào)、參數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行數(shù)據(jù)提取、分類和分析，最終控制體外設(shè)備對人體周邊環(huán)境進(jìn)行增強(qiáng)或改善的人機(jī)交互裝置。

　　中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central Nervous System, CNS)：由大腦和脊髓組成，是人體運(yùn)動(dòng)的命令源也是腦機(jī)-接口主要分析目標(biāo)。

　　腦電波(Electroencephalogram, EEG)：與大腦皮層神經(jīng)元活躍度密切相關(guān)，大部分學(xué)者認(rèn)為其主要組成部分是神經(jīng)元突觸后電位。腦電波是腦-機(jī)接口的主要信號(hào)來源之一。

　　分形維數(shù)(Fractal Dimension, FD)：來源于分形理論，可以用于分析數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。是現(xiàn)代科學(xué)用于分析混沌動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)和非線性信號(hào)的工具之一。

　　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network, ANN)：一種基于大規(guī)模計(jì)算訓(xùn)練從而多層次地提取目標(biāo)特征值的數(shù)學(xué)模型。ANN 常被應(yīng)用于數(shù)據(jù)分析。

　　腦機(jī)接口的發(fā)展和腦科學(xué)的進(jìn)步密切相關(guān)。大腦屬于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其包含了大約 870 億個(gè)神經(jīng)元。大腦時(shí)時(shí)刻刻接受來自視神經(jīng)、聽覺神經(jīng)等，以及周圍神經(jīng)系統(tǒng)(Peripheral Nervous System)傳送過來的信號(hào)。大腦將這些信號(hào)進(jìn)行解析，并產(chǎn)生感覺，進(jìn)而對外在環(huán)境做出反應(yīng)形成運(yùn)動(dòng)信號(hào)。運(yùn)動(dòng)信號(hào)再通過脊髓傳達(dá)到周圍神經(jīng)系統(tǒng)，進(jìn)而控制肌肉控制人的身體，做出復(fù)雜(高級)運(yùn)動(dòng)行為(比如彈鋼琴，彈吉他)。

　　當(dāng)腦神經(jīng)開始處理信息，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電磁信號(hào)。從神經(jīng)元的構(gòu)造來看，當(dāng)神經(jīng)元傳達(dá)信號(hào)時(shí)，神經(jīng)元內(nèi)外的帶電離子流動(dòng)形成電流，電流到達(dá)突觸后激發(fā)化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)傳遞信號(hào)給下一個(gè)神經(jīng)元。

　　當(dāng)一定數(shù)量的神經(jīng)元像集成電路一樣一起工作時(shí)，就可以產(chǎn)生能被宏觀的電極所探測到的電磁信號(hào)。而電磁型號(hào)的變化，則反映出當(dāng)前皮層區(qū)域的活躍程度。這些信號(hào)經(jīng)過放大，編譯變成了包含信息的信號(hào)。這樣研究人員就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用算法推測出大腦想表達(dá)的東西。

　　而目前的芯片植入主要針對運(yùn)動(dòng)皮層，而運(yùn)動(dòng)皮層信號(hào)的解碼技術(shù)早已實(shí)現(xiàn)，不是難點(diǎn)，一般算法或機(jī)器學(xué)習(xí)都可以搞定。相反，當(dāng)腦機(jī)接口涉及解碼人類語言，決策或意識(shí)內(nèi)容，那么就意味著，需要神經(jīng)解碼的技術(shù)進(jìn)步。

　　盡管 Neuralink 目前能解決與動(dòng)作有關(guān)的信號(hào)解碼，但與人的思維意識(shí)還有很大距離。從目前技術(shù)來看，神經(jīng)科學(xué)知識(shí)依然是技術(shù)的桎梏所在。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對一些疾病了解還不夠深，所以即使現(xiàn)在已經(jīng)做好了植入系統(tǒng)的硬件、軟件和 FDA 的許可，但依舊不能解決最根本的問題，而只有在神經(jīng)科學(xué)或者研究到位下才能真正做到。

　　腦機(jī)接口前路何在?

　　顯然，腦機(jī)接口的發(fā)展不會(huì)是一蹴而就的。

　　初級的腦機(jī)接口是使用腦神經(jīng)的信號(hào)控制體外裝置，從而滿足自己的特殊需求的系統(tǒng)。早先美國國防部資助的項(xiàng)目就提出了“腦控機(jī)械臂”的需求，期望以腦機(jī)結(jié)合的手段幫助戰(zhàn)爭中那些 “缺胳膊少腿”的傷兵。借助于腦機(jī)接口和機(jī)械臂，讓他們能實(shí)現(xiàn)生活自理。

　　今年，來自查爾默斯理工大學(xué)等研究人員的報(bào)告稱，有史以來最先進(jìn)的仿生假肢之一又取得了新的突破與成功。該系統(tǒng)被整合到病人的神經(jīng)中，讓他們只需想一想就能控制假肢，就像使用自然肢體一樣。

　　馬斯克在發(fā)布會(huì)上也表示，未來人人都可以在腦部植入一個(gè)芯片，解決從記憶力喪失到聽力喪失、失明、癱瘓、抑郁、失眠、極度疼痛、焦慮、成癮、中風(fēng)、腦部損害等一系列問題。

　　但這還只是第一步，馬斯克長遠(yuǎn)的目標(biāo)是迎接“超人認(rèn)知”(superhuman cognition)時(shí)代的到來。這源于馬斯克過對人工智能(AI)的擔(dān)憂，馬斯克認(rèn)為，人類需要與人工智能結(jié)合為一體才能避免未來人工智能變得過于強(qiáng)大而摧毀人類這一最遭情況的出現(xiàn)。

　　這就涉及到更高級的腦機(jī)接口，即可以在人的控制下，對自己的意識(shí)和記憶進(jìn)行改造，并且可以和外界(互聯(lián)網(wǎng)或個(gè)人服務(wù)器)進(jìn)行雙向的交流，而人腦也可以變成一個(gè)可有限訪問的節(jié)點(diǎn)服務(wù)器進(jìn)行信息傳送。

　　更高級的腦機(jī)接口是對人類的增強(qiáng)。通過腦機(jī)接口，我們可以短時(shí)間內(nèi)擁有大量的知識(shí)和技能，獲得一般人類無法擁有的超能力。

　　記憶移植就是這個(gè)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。現(xiàn)在，美國科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大腦海馬體的記憶密碼，開始嘗試用芯片備份記憶，然后把芯片植入另一個(gè)大腦，實(shí)現(xiàn)記憶移植。這個(gè)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)在猴子身上取得成功。這項(xiàng)技術(shù)的終極目的，正是通過腦機(jī)接口技術(shù)，把大量的信息和資料傳輸?shù)酱竽X里，或把大腦的意識(shí)上傳到計(jì)算機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)人類意識(shí)合記憶在計(jì)算機(jī)世界的永生。

　　當(dāng)腦機(jī)接口下潛至深層時(shí)，則真正達(dá)到了馬斯克所構(gòu)想的人機(jī)結(jié)合。即人類不用語言，僅靠大腦中的腦電信號(hào)就可以彼此溝通，實(shí)現(xiàn)“無損”的大腦信息傳輸。這種腦腦交互，彼此傳遞的本質(zhì)是神經(jīng)元群的活動(dòng)。不像語言的模糊和詞不達(dá)意，它是一種徹底的、100% 的、毫無信息扭曲的“心領(lǐng)神會(huì)”。

　　事實(shí)上，腦機(jī)接口作為一項(xiàng)新興技術(shù)，已經(jīng)站在了時(shí)代的風(fēng)口，與此同時(shí)的是巨大的爭議和質(zhì)疑，是除了技術(shù)壁壘外，必然面對的傳統(tǒng)倫理的拷問。而如何平衡一項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)展與約束，則將成為很長時(shí)間內(nèi)科學(xué)發(fā)展中的一道難題。

　　毫無意外，關(guān)于腦機(jī)接口的技術(shù)構(gòu)想隨著科學(xué)的發(fā)展都將成為現(xiàn)實(shí)，但無論何種腦機(jī)接口真正落地以前，我們?nèi)砸鎸萍紓惱淼目絾枺挥休o之以人性，科技才能有溫度。
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