腦機接口已經到來 - 彭博社

BrainGate，一個由斯坦福大學、布朗大學和凱斯西儲大學等高校的研究人員組成的聯盟，已經讓十幾位患者僅通過思考就能控制光標。

來源：馬克·漢倫/斯坦福大學在他生命的前54年裏，丹尼斯·德格雷是一個活躍的人。2007年，他住在加利福尼亞州的太平洋格羅夫，離海洋不遠，在一家海邊餐廳工作。他大多數早晨都去衝浪。然後，在一個下雨的夜晚，他在倒垃圾時滑倒，摔倒並撞到了下巴，脖子在第二和第三個椎骨之間斷裂。德格雷瞬間變得，正如他所説，“從鎖骨以下完全失去功能。”此後，他依賴護理人員來餵養、穿衣、清潔他，並滿足其他大多數需求。他原本預期這將是他餘生的情況。

“我前六個月真的很不一樣，”現在64歲的德格雷在梅諾帕克的一家護理設施的單人房間裏感慨道，房間裏裝飾着仙女燈、一個國家公園海報和一個6英尺高的塑料外星人。“接下來的兩年也很不一樣。坦率地説，今天早上，仍然很不一樣。”他通過吹氣進入吸管來操作他的電動輪椅。他的大部分時間都在看電視和去當地公園、圖書館以及鄰近餐廳，熟悉的工作人員幫助他進食。

不過，在過去的一年裏，週一和週三的日常被打破了。中午時分，兩到三位科學家來到護理設施。他們將停放在德格雷房間角落的計算機設備架推出，並將一根電纜插入他頭頂的插座。一旦連接成功，他大腦皮層中的一個1/6英寸見方的硅芯片使他能夠僅通過思考就移動計算機屏幕上的光標。

這種所謂的腦機接口，或稱BCI，提供了一種直接測量神經元活動並將其轉化為信息或行動的方法。為了在屏幕上操控光標，德格雷想象他的手正放在桌子上的一個球上，並試圖將其向四個方向之一滾動：左、右、向前、向後。當他在2016年9月第一次嘗試這個系統時，他説：“就像風中的大黃蜂，四處亂撞。”不過，很快他就掌握了技巧，研究人員利用他的努力教會計算機更好地解讀他的腦活動。如今，在屏幕上擺放着鍵盤的情況下，德格雷每分鐘可以打出九個半單詞。如果這在盲打的標準下聽起來不夠快，那麼，萊特飛行器也並不是一架特別快的飛機。

一根電纜從安裝在患者頭頂的插座引出，連接到一組計算機設備，這些設備與附近的顯示器進行通信。來源：馬克·漢倫/斯坦福大學德格雷一直在與BrainGate合作，這是一個由斯坦福大學、布朗大學和凱斯西儲大學等研究人員組成的聯盟，成功治療了十多名患者。BrainGate團隊是越來越多的大學科學家、政府機構和初創公司中的一員，他們試圖通過思維的力量賦予人類感知、控制和與外界溝通的能力。

到目前為止，這些進展僅限於受控環境，但有大量資金致力於將它們更快地推向世界，超出大多數人在德格雷受傷時的想象。支付服務 Braintree 的創始人布萊恩·約翰遜已承諾向一家名為Kernel的BCI初創公司投資1億美元。 Facebook Inc. 正在開發一種頭盔，稱將允許用户以每分鐘100個單詞的速度進行思維輸入。 特斯拉公司 和 SpaceX 首席執行官埃隆·馬斯克支持一家名為 Neuralink 的初創公司的類似技術，他表示這支持了他對“生物智能與數字智能更緊密融合”的願景。美國國防部的研究與開發機構—— 國防高級研究計劃局（Darpa）正在資助九個BCI項目，計劃在三到五年內將其帶到美國食品藥品監督管理局進行臨牀試驗。Darpa生物技術辦公室主任賈斯廷·桑切斯預測，醫療設備製造商將能夠將BCI硬件應用於廣泛的項目。德格雷特別關注一個項目：繞過受損的神經以重新連接他的腦部和身體。“十年後，”他説，“一個人會像我一樣摔倒，沒過多久他就會在早晨醒來，有人會給他穿上外骨骼，他會站起來走到星巴克。”

將大腦與計算機連接在一起是一個老生常談的科幻主題。想想威廉·吉布森的黑客英雄“接入”網絡空間，或者被插入到黑客帝國中的被囚禁人類，或機器人警察。然而，實際上，大腦要被破解要困難得多。它包含1000億個微觀神經元，每個神經元與成千上萬的其他神經元相連。雖然運動和感覺皮層的某些部分對應於一個人的身體部位，但大腦的大多數元素，包括負責語言和記憶的區域，並沒有那麼直觀地組織。事實上，我們幾乎完全不理解它們。

測量大腦活動的最少侵入性工具是腦電圖（EEG），它通過固定在頭皮上的電極陣列工作，並測量每個點的電場強度。這種設備安全、便宜且不精確，最適合用於要求研究人員僅區分需要截然不同思維的大腦活動的應用：左與右，上與下。為了恢復四肢癱瘓者的功能，腦機接口（BCI）設備需要更高的精度和速度。目前，實現這一目標的唯一方法是將傳感器直接固定在大腦皮層上。

這種腦機接口（BCI）提供了一種直接測量神經元活動並將其轉化為信息或行動的方法。來源：馬克·漢倫/斯坦福大學切開大腦插入電極的過程就像你想的那樣棘手和危險。（也許更危險一點。）但自1950年代以來，人們一直在這樣做，儘管引起了一些公眾的抗議，當時有爭議的神經學家何塞·羅德里格斯·德爾加多對癲癇和精神分裂症患者的皮層進行了實驗。在90年代，神經科學家菲爾·肯尼迪在患有“鎖定綜合症”的受試者大腦中植入電極，這是一種幾乎所有自願肌肉癱瘓的狀態，除了控制眼睛的肌肉，以便他們能夠打出信息。（FDA因安全問題停止了肯尼迪的工作。）大約在那個時候，布朗大學教授約翰·多諾休開始開發神經接口，以研究大腦如何將思想轉化為行動，這最終導致了BrainGate項目的誕生。

“這個領域進展得非常非常快，”布朗神經運動實驗室的負責人大衞·博頓説。過去一年尤其令人印象深刻。匹茲堡大學醫學中心的研究人員將機器人手指的觸覺傳感器連接到一名癱瘓男子的感覺皮層，使他能夠感受到觸摸的物體。在凱斯西儲大學，科學家將一名癱瘓男子的運動皮層與一台電刺激他手臂肌肉的計算機連接，使他能夠將一叉食物從盤子送到嘴裏。在布朗，博頓的團隊在一隻猴子的運動皮層中植入電極和無線發射器，並將其連接到一台與動物腿部相連的接收器，恢復了它的行走動作。

綜合來看，這些程序為因事故或疾病導致的神經系統故障提供了人工替代的路線圖。四肢癱瘓患者的思維可以重新連接到他們自己的肌肉，或與機器連接。博頓説，這只是時間問題，而不是是否的問題。

正如激光矯視手術從庫布里克式的噩夢變成了午餐時間可以做的事情，腦植入物也可能成為治療帕金森病、癲癇或慢性疼痛等疾病的合理干預措施。它們甚至可能通過增加記憶存儲或僅通過思想實現交流來改善健康的大腦。

盯着天花板看久了，很容易擔心腦機接口（BCI）更黑暗的可能性。那種讓我們從身體和思想中解脱出來的賽博融合，也可能給其他人提供進入的方式。一旦微型機器人能夠改變人們的情緒，它們還能改變什麼？垃圾郵件、社交媒體成癮或黑客攻擊在你大腦中是什麼樣子？

這還有一段時間，正如德格雷所指出的。他一直在閲讀BCI研究，並相信他最終能夠做到比每分鐘打九個半字更多的事情。“我們正在建立基礎，學習如何直接從皮層控制事物，”他説。

屏幕上的鍵盤讓患者可以輸入文字。來源：馬克·漢倫/斯坦福大學已經有幾家公司，包括 雷神公司 和 洛克希德·馬丁公司，開發了增強健康身體力量的動力外骨骼。如果科學家能夠開發出讓四肢癱瘓者感知和操控物體的傳感器和執行器，他們就可以將人類和外骨骼整合成一個完全功能的半機械人。這將不是一項小成就——神經學家並不完全理解我們的腦如何無縫協調感覺和行動——但總有一天，癱瘓將有效地成為一個解決的問題。

這項技術還將延伸用户與機器之間的距離。機器人指尖上的壓力敏感墊可以將信息傳遞到下一個房間、下一個州或半個世界之外用户的感覺皮層，而反方向傳輸的運動信息可以引導機器人手臂行動。“大腦位於何處並不重要，”德格雷説。“我總有一天會像鳥一樣飛。字面上説，天空是極限。”

德格雷準備迎接變化。他的呼吸操作輪椅可以讓他從卧室到BrainGate的斯坦福實驗室往返2.5英里，但他表示，輪椅最好的功能是通過吹氣操控輪椅屏幕上的數字菜單，使自己抬高額外的13英寸。那13英寸的差距意味着“我可以坐在酒吧裏看電視上的足球比賽，和旁邊的人聊天，就像其他人一樣。”他想象着，去掉他所感受到的其他社交障礙。

我建議，與人一對一重新連接的潛力可能是巨大的。“巨大的，”德格雷説。“全大寫字母，後面加上兩個感嘆號。巨大的。”