文|氨基觀察
盡管生成式人工智能的重磅應用消息不斷，但如果說當今什么技術(shù)最接近科幻，一定是腦機接口。
腦機接口的研究已經(jīng)實現(xiàn)了意識打字，還實現(xiàn)了心靈控制，比如人類控制小鼠行為，讓其完成復雜任務；
未來甚至有望實現(xiàn)部分喪失的感知能力再次獲得，比如讓盲人看得見，讓癱瘓的人動起來，讓聾人重新聽見。更腦洞大開的，還包括永生、思維控制、機械飛升……
在如今的時代，每一次技術(shù)的飛躍都像是一部精心編排的科幻大片，馬斯克無疑是這部腦機接口大片中最耀眼的明星之一。
最新的進展，來自于馬斯克創(chuàng)立的Neuralink。
去年5月，Neuralink終于獲得fDA批準展開人體臨床；1月31日，馬斯克在X上發(fā)了條推文，告訴大家Neuralink的第一次人體試驗，已經(jīng)開始了；日前，馬斯克表示，首位截癱受試者“似乎已經(jīng)完全康復，沒有出現(xiàn)不良反應”，并且已經(jīng)可以通過大腦意念移動鼠標。
看上去，商用腦機接口邁出了下一步。這意味著什么？腦接機口到底發(fā)展到哪一步了？
01 “心靈感應”
腦機接口是科幻作品里常見的場景。
現(xiàn)實中的腦機接口，一頭連著你的大腦，從紛繁密集的神經(jīng)元電信號中提取你的想法，另一頭連著計算機或機械等外部設備，直接繞過你的身體將想法變?yōu)榭刂菩盘柌⑦M一步執(zhí)行命令。它不需要依賴你四肢的外周神經(jīng)和肌肉系統(tǒng)就能直接建立大腦中樞和外部設備之間的直接信息交流。
馬斯克在2021年發(fā)布過一只做試驗的猴子。猴子通過意念操作，在電腦上打出一行字“我想吃點心”。這背后就是腦機接口技術(shù)在支撐。
而幫助殘疾人獲取聲音的人工耳蝸則是腦機接口迄今最成功、臨床應用最普及的技術(shù)。其原理是將聲音信號轉(zhuǎn)化成電信號直接傳輸給大腦，可幫助大量失聰者重新找回聲音和交流的能力。
電影里出現(xiàn)的人物如阿凡達或鋼鐵俠，都是通過腦機接口技術(shù)靈活操作肢體行動，目前還無法實現(xiàn)。
而近年來，經(jīng)過國內(nèi)外科研團隊多年開發(fā)，腦機接口已取得不少進展，目前分為侵入式、半侵入式和非侵入式三大技術(shù)路徑。其中侵入式危險系數(shù)最高。
Neuralink采用的是侵入式方案，需要通過開顱手術(shù)，在人腦皮層中植入一個芯片，芯片讀取并分析了你的腦電波之后，再把這些信號傳出來。
根據(jù)Neuralink官網(wǎng)，植入物“N1”的大小相當于5枚硬幣堆疊在一起，其構(gòu)造包括：生物相容性外殼、電池、芯片與電子器件、64根線?！癗1”內(nèi)置的微型電池配備袖珍的感應式充電器，支持外部無線充電。此外，N1的64根絲線上分布著1024個電極，可以記錄神經(jīng)活動，并且極具柔性。
值得一提的是，在Neuralink規(guī)劃中，植入手術(shù)并非由人類醫(yī)生主刀操作，而是由機器人“R1”來完成。植入過程中，患者的一塊頭骨被切除，并被腦機接口取代。植入完成后，腦機接口設備將讀取和分析大腦的活動，并將信息無線傳輸?shù)礁浇墓P記本電腦或平板電腦上。
2022年初，F(xiàn)DA基于安全等因素拒絕了公司的臨床申請。FDA擔心該設備攜帶電極的微小線可能會遷移到大腦的其他區(qū)域；FDA還提出了是否可以在不損害腦組織的情況下移除該設備的問題，以及設備可能過熱，是否會損害腦組織等一系列安全問題。
之前，一家做侵入式腦機接口的公司BrainGate，曾遇到過電極在腦子中報廢的情況。原因是電極被神經(jīng)膠質(zhì)細胞纏住了。因此，F(xiàn)DA對于安全性的考慮，是大家不得不面對的現(xiàn)實問題。
如今，Neuralink順利獲批人體臨床，并完成首例患者植入，或許意味著，在安全性等方面已經(jīng)獲得更多的證據(jù)。
當然，也可能是馬斯克做出了妥協(xié)。此前，F(xiàn)DA便認為，進行更慢的分階段試驗更適合Neuralin，也就是最初植入的受試者較少，幾個月后進行更多的測試。
而馬斯克對這個建議不滿，因為這可能會延遲FDA最終批準的進展。
但現(xiàn)在，Neuralink官網(wǎng)發(fā)布的漸凍癥(ALS)患者招募計劃顯示，Neuralink希望被試者年滿22歲，并滿足四肢功能均受限、無改善一年以上、身邊至少有一位親友提供照顧的要求。整個試驗為期6年，其中有18個月的基礎(chǔ)研究。
而Neuralink表示，2024年將進行11例手術(shù)，2025年27例，2026年79例，而到2030年，這個數(shù)字將增長至22000。
這也符合FDA提出的更慢、分階段的建議。
Neuralink的首款腦機接口產(chǎn)品名為Telepathy ”（ 心靈感應 ），馬斯克也寫下了他對產(chǎn)品前景的思考：“（未來人類）只需要思考，就可以控制手機或電腦，并通過它們控制幾乎任何設備。想象一下，如果霍金能比一位快速打字員或拍賣員更快地交流，這就是我們的目標?！?/p>
比起所謂的把人類變成半機械人，這個目標顯然要踏實得多，也邁出了關(guān)鍵一步。
02 開啟治療新時代
馬斯克本就是一個充滿爭議的人物，他的每一次創(chuàng)新都會引發(fā)激烈的討論。有人崇拜他如科技界的救世主，有人則批評他是不顧后果的夢想家。但不可否認的是，他的愿景和執(zhí)行力已經(jīng)多次推動了科技的邊界。
正如美國布朗大學腦機接口專家約翰·多諾霍所說的，“馬斯克已經(jīng)以很多科學家的研究為基礎(chǔ)，完成了很多初步工作，其中就包括我們團隊從21世紀初期就開始做的工作。”
自1969年以來，科學家一直在努力推進神經(jīng)系統(tǒng)外接的實驗，探索人腦的奧秘。而腦機接口在人腦與外部設備間，創(chuàng)建了用于信息交換的連接通路。這能為我們帶來什么呢？
場景取決于想象力。至少在醫(yī)學領(lǐng)域，它有許多令人期待的妙用。
人類許多疾病，是由于大腦無法連接到身體周圍的神經(jīng)，比如癲癇和帕金森氏癥，還包括脊髓神經(jīng)損傷后四肢癱瘓。而基于腦機接口，這些疾病有望得到改善。
當前藥物和手術(shù)等技術(shù)對于因卒中、ALS等引起的中樞神經(jīng)受損患者，缺少足夠的治療效果，患者長期處于癱瘓等功能失常狀態(tài)，生活質(zhì)量差。
而腦機接口的技術(shù)突破了傳統(tǒng)機體組織修復的范圍，以人機方式實現(xiàn)了功能的替代，具有革命性的意義，并且也在一些個案上取得突破。2014年巴西世界杯開幕式上，一位高位截癱的青年身披借助機械輔助，利用腦機接口開出第一腳球，向全世界展示了腦機接口最直觀的臨床價值——為運動障礙提供輔助工具。
包括Neuralink在內(nèi)的企業(yè)，正在證明這一點。國內(nèi)關(guān)于腦機接口的研究也如火如荼。
2020年浙江大學團隊使得一名四肢癱瘓者能精準控制外部機械臂和機械手，能夠精準完成進食和握手等基本動作。除了運動輔助治療方面的進步，語言恢復領(lǐng)域的腦機接口技術(shù)也大放異彩。
2023年6月，復旦大學附屬華山醫(yī)院牽頭發(fā)布了一個適用于漢語的神經(jīng)網(wǎng)絡模型，可從顱內(nèi)記錄中分別解碼漢語的詞匯音調(diào)和基本音節(jié)并組合生成語音，通過腦機接口技術(shù)幫助音調(diào)語言發(fā)音障礙或失語癥患者把“心聲”直接表達出來。
可以說，腦機接口的應用起點在于醫(yī)學，利用腦機接口技術(shù)獲取上述大腦功能區(qū)的信息并進行分析，能為眾多患者開啟治療新時代。
盡管從臨床到最終上市，腦機接口仍有較長的路需要探索，設備和手術(shù)（侵入式）的安全性、穩(wěn)定性、可靠性等多個問題需要解決，但眾多腦卒中癱瘓人群、帕金森患者人群需要腦機接口技術(shù)恢復功能，腦機接口在醫(yī)療上的應用需求迫切且廣闊。
根據(jù)麥肯錫的測算，在2030-2040年，全球腦機接口醫(yī)療應用的潛在市場規(guī)模有望達到400億-1450億美元，其中嚴肅醫(yī)療應用潛在規(guī)模在150億-850億美元，消費醫(yī)療應用潛在規(guī)模在250億-600億美元。
當前，關(guān)于消費醫(yī)療的探索同樣火熱。比如，有加拿大腦機接口公司推出腦波檢測頭環(huán)，幫助用戶通過實時音頻反饋來提升冥想效果。
在國內(nèi)，也已有企業(yè)腦控助眠儀、腦控鼠標、冥想腦狀態(tài)監(jiān)測等產(chǎn)品，來改善失眠、抑郁。比如柔靈科技發(fā)布的一款小型化腦電監(jiān)測設備Airdream，除通過腦電信號監(jiān)測睡眠質(zhì)量外，還搭載了家用睡眠腦電管理系統(tǒng)，輔助用戶減壓、放松，快速進入睡眠狀態(tài)；杭州回車科技推出腦電智能眼罩。
總的來說，目前腦機接口設備只能作用于大腦皮層，這樣可以簡化深入研究所涉及的許多問題。大腦皮層主要處理很多直接信號，比如直接來自運動意圖的感覺信息、聽覺、視覺等。
理論上，這可以解決失明、癱瘓、聽力等很多問題，只需要將設備與大腦皮層正確連接。
而根據(jù)馬斯克介紹，目前Neuralink已經(jīng)進入大腦大約3～4毫米深的地方，這些電極從皮層內(nèi)的多個層面進行傳感，大腦皮層下面還有更深的大腦系統(tǒng)，比如下丘腦，這些更深層次的大腦系統(tǒng)才是實現(xiàn)信息交互的目標，它還可以治療抑郁癥、上癮、焦慮等更多疾病。
這還需要大量的科研投入和產(chǎn)出，還有很漫長的路要走。
03 需要時間的回答
如果說AI的終極目標是實現(xiàn)無機生命智能的極致，那腦機接口做的事就是打破有機生命智能與無機智能的信息邊界，實現(xiàn)融合。
有關(guān)腦機接口，無數(shù)人給出了應用場景，比如意見交流、控制情緒等。短期看，太過于高估，長遠看，又太過于低估。
馬斯克曾說過，要讓盲人重見光明，讓殘疾人恢復行動能力，甚至還談到了人和人工智能的融合。這也讓腦機接口廣泛出圈。
但實際上，“讓盲人看得見，讓癱瘓的人動起來，讓聾人重新聽見”已經(jīng)是一句流傳了25年的老話了。而無數(shù)科學家正在為這個最終目標努力。
目前的問題是，恢復感官輸入（如視覺）涉及大腦中的電刺激，與僅記錄單細胞神經(jīng)活動相比是完全不同的。目前，尚沒有任何證據(jù)表明目前的神經(jīng)植入物裝置可以以任何方式創(chuàng)建感官系統(tǒng)。
換句話說，腦機接口技術(shù)作為一門新興的研究領(lǐng)域，發(fā)展仍在早期，涉及計算機科學、神經(jīng)科學、心理認知科學、生物醫(yī)學工程、數(shù)學、信號處理、臨床醫(yī)學、自動控制等多個領(lǐng)域，仍有大量的問題尚待解決。
比如，如何處理數(shù)量龐大且復雜的神經(jīng)元。
腦機接口可以有很多不同的種類，用于提供多種功能。但所有研究腦機接口的科學家都在努力解決這兩個問題：如何從大腦中輸出正確的信息？如何將正確的信息輸入到大腦？
這兩件事情一直在你的大腦自然地發(fā)生。你在看這句話時，你的眼睛正在做出一系列特定的水平動作。這是大腦神經(jīng)元將信息輸出到一臺機器（你的雙眼），機器接收命令并作出響應。
輸入及輸出信息是大腦神經(jīng)元的工作。腦機接口要做的就是介入到這個過程當中。
這聽起來并不難。但是，整個大腦皮質(zhì)的體積大約為50萬立方毫米，在這個空間里大約有200億個神經(jīng)元細胞體。每立方毫米的皮質(zhì)平均含有約4萬個神經(jīng)元。但神經(jīng)元細胞體只是神經(jīng)元的一小部分結(jié)構(gòu)。
除此之外，大腦中還有與神經(jīng)元數(shù)量差不多的膠質(zhì)細胞，以及血管。每立方毫米的皮質(zhì)里面的毛細血管加起來的總長度可以達到一米。
而腦機接口的技術(shù)工程師如果要做到對于大腦信號進行極為精準的捕捉或反饋，就需要在這一立方毫米區(qū)域里面捕捉特定的一些神經(jīng)元細胞體發(fā)出的信號，或刺激某些特定的細胞體發(fā)出工程師需要的信號。難度之高可見一斑。
對比非侵入式，侵入式腦機接口可以更好地接收神經(jīng)元信號，但需要電纜來傳輸大量數(shù)據(jù)。
此外，工程上更大的難度還包括成本控制，能否通過合理的流程和工藝來降低成本實現(xiàn)商業(yè)化。
再比如，關(guān)于腦機接口的摩爾定律。
根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，以目前腦機接口技術(shù)以平均7.4年才能使可同時記錄的神經(jīng)元數(shù)量翻倍的速度計算，要達到同時記錄100萬個神經(jīng)元需要等到2100年，而要記錄人腦中的所有神經(jīng)元，則要等到2225年。
因此，腦機接口如何解決帶寬問題成為了學術(shù)研究、產(chǎn)業(yè)突破的關(guān)鍵點。多諾霍表示，關(guān)于巨大的數(shù)據(jù)量，Neuralink提出的解決方案比想象中更實用。
Neuralink沒有去追求全帶寬、高速率的信息獲取方式，而是使用藍牙。這樣能獲得的信息量較少，由于帶寬的限制，通過這種方式從大腦中取出的信息量無法將每一個神經(jīng)元的活動都分離出來。但它卻是有效的，這種方法已經(jīng)足以達到用神經(jīng)活動控制電腦的目標了。
除此之外，如何提高信號識別的精度、如何改善信號處理方法使之系統(tǒng)化、通用化也是需要解決的問題。
當然，這些技術(shù)問題，正在被科學家和工程師們一一的攻克。
一項技術(shù)從最開始發(fā)明到終端應用，需要走很長很長的路，不止是技術(shù)的問題，還有人文倫理哲學的參與。畢竟，沒有科學的人文是愚昧的，而沒有人文的科學是危險的。
當人的大腦意識可以被準確的讀取，意味著大腦當中豐富的隱私數(shù)據(jù)將有可能會被泄露或竊取。隨著腦機接口技術(shù)的發(fā)展，未來，無疑將需要提供足夠安全的措施來保障用戶的隱私數(shù)據(jù)安全。
“對我而言，大腦是思想，幻想和異議自由的一個安全的地方，在沒有任何保護的情況下，我們已經(jīng)接近跨越最后的隱私邊界?！泵绹趴舜髮W神經(jīng)倫理學教授尼塔法拉哈尼表示。
04 總結(jié)
就像電影《奧本海默》里的故事，第一次引爆原子彈有兩種可能的結(jié)果：一是產(chǎn)生巨大的爆炸，二是地球就會毀滅。他們當時不知道關(guān)于原子彈的答案，即使是頂級科學家，目前也無法準確描繪腦機接口的未來。畢竟，很多事情的發(fā)生都是無法預料的。
關(guān)于腦機接口工程方面的問題在于，能否制造出體積更小、帶寬更大的低功耗信息傳輸方式。
這方面的答案似乎是肯定的。但還有一些其他技術(shù)難題目前很難解決，在關(guān)鍵試驗結(jié)果出來之前，誰也無法知道最終答案會是什么。
但這也正是科學的本質(zhì)，你永遠不知道轉(zhuǎn)角處會出現(xiàn)什么。