文|氨基觀察
盡管生成式人工智能的重磅應(yīng)用消息不斷，但如果說當(dāng)今什么技術(shù)最接近科幻，一定是腦機(jī)接口。
腦機(jī)接口的研究已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了意識(shí)打字，還實(shí)現(xiàn)了心靈控制，比如人類控制小鼠行為，讓其完成復(fù)雜任務(wù)；
未來甚至有望實(shí)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(dòng)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(jī)械飛升……
在如今的時(shí)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(jī)接口大片中最耀眼的明星之一。
最新的進(jìn)展，來自于馬斯克創(chuàng)立的Neuralink。
去年5月，Neuralink終于獲得fDA批準(zhǔn)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(yàn)，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(fù)，沒有出現(xiàn)不良反應(yīng)”，并且已經(jīng)可以通過大腦意念移動(dòng)鼠標(biāo)。
看上去，商用腦機(jī)接口邁出了下一步。這意味著什么？腦接機(jī)口到底發(fā)展到哪一步了？
01 “心靈感應(yīng)”
腦機(jī)接口是科幻作品里常見的場(chǎng)景。
現(xiàn)實(shí)中的腦機(jī)接口，一頭連著你的大腦，從紛繁密集的神經(jīng)元電信號(hào)中提取你的想法，另一頭連著計(jì)算機(jī)或機(jī)械等外部設(shè)備，直接繞過你的身體將想法變?yōu)榭刂菩盘?hào)并進(jìn)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(shè)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(yàn)的猴子。猴子通過意念操作，在電腦上打出一行字“我想吃點(diǎn)心”。這背后就是腦機(jī)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(jī)接口迄今最成功、臨床應(yīng)用最普及的技術(shù)。其原理是將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)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(dá)或鋼鐵俠，都是通過腦機(jī)接口技術(shù)靈活操作肢體行動(dòng)，目前還無法實(shí)現(xiàn)。
而近年來，經(jīng)過國(guó)內(nèi)外科研團(tuán)隊(duì)多年開發(fā)，腦機(jī)接口已取得不少進(jìn)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(xiǎn)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(gè)芯片，芯片讀取并分析了你的腦電波之后，再把這些信號(hào)傳出來。
根據(jù)Neuralink官網(wǎng)，植入物“N1”的大小相當(dāng)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。“N1”內(nèi)置的微型電池配備袖珍的感應(yīng)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(gè)電極，可以記錄神經(jīng)活動(dòng)，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(jī)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(jī)接口取代。植入完成后，腦機(jī)接口設(shè)備將讀取和分析大腦的活動(dòng)，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(qǐng)。FDA擔(dān)心該設(shè)備攜帶電極的微小線可能會(huì)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(shè)備的問題，以及設(shè)備可能過熱，是否會(huì)損害腦組織等一系列安全問題。
之前，一家做侵入式腦機(jī)接口的公司BrainGate，曾遇到過電極在腦子中報(bào)廢的情況。原因是電極被神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞纏住了。因此，F(xiàn)DA對(duì)于安全性的考慮，是大家不得不面對(duì)的現(xiàn)實(shí)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(dāng)然，也可能是馬斯克做出了妥協(xié)。此前，F(xiàn)DA便認(rèn)為，進(jìn)行更慢的分階段試驗(yàn)更適合Neuralin，也就是最初植入的受試者較少，幾個(gè)月后進(jìn)行更多的測(cè)試。
而馬斯克對(duì)這個(gè)建議不滿，因?yàn)檫@可能會(huì)延遲FDA最終批準(zhǔn)的進(jìn)展。
但現(xiàn)在，Neuralink官網(wǎng)發(fā)布的漸凍癥(ALS)患者招募計(jì)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(gè)試驗(yàn)為期6年，其中有18個(gè)月的基礎(chǔ)研究。
而Neuralink表示，2024年將進(jìn)行11例手術(shù)，2025年27例，2026年79例，而到2030年，這個(gè)數(shù)字將增長(zhǎng)至22000。
這也符合FDA提出的更慢、分階段的建議。
Neuralink的首款腦機(jī)接口產(chǎn)品名為Telepathy ”（ 心靈感應(yīng) ），馬斯克也寫下了他對(duì)產(chǎn)品前景的思考：“（未來人類）只需要思考，就可以控制手機(jī)或電腦，并通過它們控制幾乎任何設(shè)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(biāo)?！?/p>
比起所謂的把人類變成半機(jī)械人，這個(gè)目標(biāo)顯然要踏實(shí)得多，也邁出了關(guān)鍵一步。
02 開啟治療新時(shí)代
馬斯克本就是一個(gè)充滿爭(zhēng)議的人物，他的每一次創(chuàng)新都會(huì)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(píng)他是不顧后果的夢(mèng)想家。但不可否認(rèn)的是，他的愿景和執(zhí)行力已經(jīng)多次推動(dòng)了科技的邊界。
正如美國(guó)布朗大學(xué)腦機(jī)接口專家約翰·多諾霍所說的，“馬斯克已經(jīng)以很多科學(xué)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(tuán)隊(duì)從21世紀(jì)初期就開始做的工作。”
自1969年以來，科學(xué)家一直在努力推進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)外接的實(shí)驗(yàn)，探索人腦的奧秘。而腦機(jī)接口在人腦與外部設(shè)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(chǎng)景取決于想象力。至少在醫(yī)學(xué)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(jī)接口，這些疾病有望得到改善。
當(dāng)前藥物和手術(shù)等技術(shù)對(duì)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(zhǎng)期處于癱瘓等功能失常狀態(tài)，生活質(zhì)量差。
而腦機(jī)接口的技術(shù)突破了傳統(tǒng)機(jī)體組織修復(fù)的范圍，以人機(jī)方式實(shí)現(xiàn)了功能的替代，具有革命性的意義，并且也在一些個(gè)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(jī)械輔助，利用腦機(jī)接口開出第一腳球，向全世界展示了腦機(jī)接口最直觀的臨床價(jià)值——為運(yùn)動(dòng)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(diǎn)。國(guó)內(nèi)關(guān)于腦機(jī)接口的研究也如火如荼。
2020年浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)使得一名四肢癱瘓者能精準(zhǔn)控制外部機(jī)械臂和機(jī)械手，能夠精準(zhǔn)完成進(jìn)食和握手等基本動(dòng)作。除了運(yùn)動(dòng)輔助治療方面的進(jìn)步，語言恢復(fù)領(lǐng)域的腦機(jī)接口技術(shù)也大放異彩。
2023年6月，復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院牽頭發(fā)布了一個(gè)適用于漢語的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jī)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(dá)出來。
可以說，腦機(jī)接口的應(yīng)用起點(diǎn)在于醫(yī)學(xué)，利用腦機(jī)接口技術(shù)獲取上述大腦功能區(qū)的信息并進(jìn)行分析，能為眾多患者開啟治療新時(shí)代。
盡管從臨床到最終上市，腦機(jī)接口仍有較長(zhǎng)的路需要探索，設(shè)備和手術(shù)（侵入式）的安全性、穩(wěn)定性、可靠性等多個(gè)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(jī)接口技術(shù)恢復(fù)功能，腦機(jī)接口在醫(yī)療上的應(yīng)用需求迫切且廣闊。
根據(jù)麥肯錫的測(cè)算，在2030-2040年，全球腦機(jī)接口醫(yī)療應(yīng)用的潛在市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到400億-1450億美元，其中嚴(yán)肅醫(yī)療應(yīng)用潛在規(guī)模在150億-850億美元，消費(fèi)醫(yī)療應(yīng)用潛在規(guī)模在250億-600億美元。
當(dāng)前，關(guān)于消費(fèi)醫(yī)療的探索同樣火熱。比如，有加拿大腦機(jī)接口公司推出腦波檢測(cè)頭環(huán)，幫助用戶通過實(shí)時(shí)音頻反饋來提升冥想效果。
在國(guó)內(nèi)，也已有企業(yè)腦控助眠儀、腦控鼠標(biāo)、冥想腦狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(cè)設(shè)備Airdream，除通過腦電信號(hào)監(jiān)測(cè)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(jìn)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(jī)接口設(shè)備只能作用于大腦皮層，這樣可以簡(jiǎn)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(hào)，比如直接來自運(yùn)動(dòng)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(shè)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(jìn)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(gè)層面進(jìn)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(shí)現(xiàn)信息交互的目標(biāo)，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(zhǎng)的路要走。
03 需要時(shí)間的回答
如果說AI的終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)無機(jī)生命智能的極致，那腦機(jī)接口做的事就是打破有機(jī)生命智能與無機(jī)智能的信息邊界，實(shí)現(xiàn)融合。
有關(guān)腦機(jī)接口，無數(shù)人給出了應(yīng)用場(chǎng)景，比如意見交流、控制情緒等。短期看，太過于高估，長(zhǎng)遠(yuǎn)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(fù)行動(dòng)能力，甚至還談到了人和人工智能的融合。這也讓腦機(jī)接口廣泛出圈。
但實(shí)際上，“讓盲人看得見，讓癱瘓的人動(dòng)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(xué)家正在為這個(gè)最終目標(biāo)努力。
目前的問題是，恢復(fù)感官輸入（如視覺）涉及大腦中的電刺激，與僅記錄單細(xì)胞神經(jīng)活動(dòng)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(jī)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(jì)算機(jī)科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、心理認(rèn)知科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、數(shù)學(xué)、信號(hào)處理、臨床醫(yī)學(xué)、自動(dòng)控制等多個(gè)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(fù)雜的神經(jīng)元。
腦機(jī)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(jī)接口的科學(xué)家都在努力解決這兩個(gè)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(shí)，你的眼睛正在做出一系列特定的水平動(dòng)作。這是大腦神經(jīng)元將信息輸出到一臺(tái)機(jī)器（你的雙眼），機(jī)器接收命令并作出響應(yīng)。
輸入及輸出信息是大腦神經(jīng)元的工作。腦機(jī)接口要做的就是介入到這個(gè)過程當(dāng)中。
這聽起來并不難。但是，整個(gè)大腦皮質(zhì)的體積大約為50萬立方毫米，在這個(gè)空間里大約有200億個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞體。每立方毫米的皮質(zhì)平均含有約4萬個(gè)神經(jīng)元。但神經(jīng)元細(xì)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(xì)胞，以及血管。每立方毫米的皮質(zhì)里面的毛細(xì)血管加起來的總長(zhǎng)度可以達(dá)到一米。
而腦機(jī)接口的技術(shù)工程師如果要做到對(duì)于大腦信號(hào)進(jìn)行極為精準(zhǔn)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(xì)胞體發(fā)出的信號(hào)，或刺激某些特定的細(xì)胞體發(fā)出工程師需要的信號(hào)。難度之高可見一斑。
對(duì)比非侵入式，侵入式腦機(jī)接口可以更好地接收神經(jīng)元信號(hào)，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(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
再比如，關(guān)于腦機(jī)接口的摩爾定律。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，以目前腦機(jī)接口技術(shù)以平均7.4年才能使可同時(shí)記錄的神經(jīng)元數(shù)量翻倍的速度計(jì)算，要達(dá)到同時(shí)記錄100萬個(gè)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(jī)接口如何解決帶寬問題成為了學(xué)術(shù)研究、產(chǎn)業(yè)突破的關(guān)鍵點(diǎn)。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(shí)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(lán)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(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)都分離出來。但它卻是有效的，這種方法已經(jīng)足以達(dá)到用神經(jīng)活動(dòng)控制電腦的目標(biāo)了。
除此之外，如何提高信號(hào)識(shí)別的精度、如何改善信號(hào)處理方法使之系統(tǒng)化、通用化也是需要解決的問題。
當(dāng)然，這些技術(shù)問題，正在被科學(xué)家和工程師們一一的攻克。
一項(xiàng)技術(shù)從最開始發(fā)明到終端應(yīng)用，需要走很長(zhǎng)很長(zhǎng)的路，不止是技術(shù)的問題，還有人文倫理哲學(xué)的參與。畢竟，沒有科學(xué)的人文是愚昧的，而沒有人文的科學(xué)是危險(xiǎn)的。
當(dāng)人的大腦意識(shí)可以被準(zhǔn)確的讀取，意味著大腦當(dāng)中豐富的隱私數(shù)據(jù)將有可能會(huì)被泄露或竊取。隨著腦機(jī)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(duì)我而言，大腦是思想，幻想和異議自由的一個(gè)安全的地方，在沒有任何保護(hù)的情況下，我們已經(jīng)接近跨越最后的隱私邊界。”美國(guó)杜克大學(xué)神經(jīng)倫理學(xué)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(huì)毀滅。他們當(dāng)時(shí)不知道關(guān)于原子彈的答案，即使是頂級(jí)科學(xué)家，目前也無法準(zhǔn)確描繪腦機(jī)接口的未來。畢竟，很多事情的發(fā)生都是無法預(yù)料的。
關(guān)于腦機(jī)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(yàn)結(jié)果出來之前，誰也無法知道最終答案會(huì)是什么。
但這也正是科學(xué)的本質(zhì)，你永遠(yuǎn)不知道轉(zhuǎn)角處會(huì)出現(xiàn)什么。