《黑客帝國》20年後，馬斯克的腦機接口到底能實現什麼？_風聞
西竹先生-长安一片月，万户捣衣声2019-08-08 14:39
7月17日，馬斯克首次公佈了他的腦機接口公司Neuralink的突破性進展。他展示了一種全新的神經接口，能夠獲取高質量的大腦皮層信號，從而更全面地記錄來自大腦的數據信息——《黑客帝國》中那個人類通過腦機接口與母體連接並維繫溝通的未來，離我們越來越近了。
文章來源丨三聯生活週刊
“你好，我是全球第一個將電極植入大腦（感覺皮層）的人類。我看了馬斯克關於腦機接口的發佈會，很酷！如果有機會的話，我也願意參與到他的人體試驗中去。”納森·科普蘭（Nathan Copeland）興奮地告訴我。
在某種意義上，34歲的納森·科普蘭是一個可以用“意念”控制外界機器的“半機器人”（Cyborg）。**“半機器人”概念讓人聯想起電影《終結者》中施瓦辛格扮演的角色，通過機械替換人體的一部分，連接大腦與機械之間的溝通。**在現實中，由於幾年前一場車禍，科普蘭的胸部以下癱瘓，他在2014年參與了匹茲堡大學實驗室的人體試驗，重獲某種“感覺”。最典型的例子是2016年科普蘭和時任美國總統奧巴馬的一場“握手”儀式——科普蘭半躺在沙發座中，大腦後方連接着數據線，由他“意念”控制的機械臂緩慢向奧巴馬的方向移動，直到“咔”的一聲，雙方的手正式地“握”上了。
納森· 科普蘭，全球第一個將電極植入大腦（感覺皮層）的人類。
總是超前一步的埃隆·馬斯克（Elon Musk）顯然有更大的野心。
7月17日，馬斯克向全球展示了他創立的腦機接口公司Neuralink近兩年來的研究成果。在整個過程中，馬斯克笑場數次，幾乎是一種“過於興奮而笑岔氣”的表現，隨着他偶被自己打斷的解説，我們能看到Neuralink的研究人員通過開顱手術，將電極植入老鼠大腦內，通過傳感器將老鼠的“想法”（想往哪裏跑的意圖）傳送到外界機器，並用軟件記錄、分析其大腦。在此過程中，傳送出的“聲音”（脈衝信號）正是老鼠大腦內神經元發射的信號，試驗通過解析該信號，達到控制機器的目的。
而這整個試驗過程，正是“腦機接口”（BMI，Brain-Machine Interface）的意義所在——在人或動物大腦和外部機器設備之間建立直接的連接通路，大腦一發出信號，機器就能執行大腦所傳達的指令，其中最核心的問題是如何與大腦進行對話以及如何進行有效的控制。馬斯克有時候會用更感性的形容——“心靈感應”（Telepathic Powers），通過你所想，實現你所要。
馬斯克曾在多個場合提及，創辦Neuralink的動力來自對人工智能未來發展的恐懼，他説：“我們已經是半機器人了，手機、電腦就是你的擴展，手指的動作或者語音指令就是交互接口，但這種交互太慢了。”這也是他研究創建腦機接口的原因之一：加快人機的交互速度。
埃隆· 馬斯克在Neuralink 發佈會現場公佈了新一代腦機接口，這種接口可以獲取高質量的大腦皮層信號。
**目前，腦機接口主要分為兩類：侵入式和非侵入式。**後者有比較廣泛、成熟的應用，例如腦電圖（EEG）、功能性磁共振成像（fMRI）等，通過腦電帽接觸頭皮的方式，間接獲取大腦皮層神經信號。而馬斯克選擇的是更為“難啃的骨頭”——侵入式腦機接口，需要開顱手術，往試驗對象的大腦裏植入電極、神經芯片、傳感器等外來設備，這一做法自然有一定危險性，但往往也能獲取更精準的神經信號。
蒂姆·漢森（Tim Hanson）曾是Neuralink的聯合創始人之一，同時也是一個熟練掌握材料科學的神經生物學家，他在接受本刊採訪時提到，“腦機接口技術是融合腦神經技術、機器學習和生物材料三方面的合作達成的，馬斯克將這幾個跨領域的學科集合起來，並找到了相應領域最優秀的人，在資金充沛的情況下，也許能將科研界的一些重大課題向前推進一大步”。
《終結者》劇照
根據公開信息，Neuralink在老鼠身上的腦機試驗成功率不低。而馬斯克計劃最早在2020年底獲得美國食品和藥物管理局（FDA）的批准，並開始對人類（以高位截癱患者為主）進行臨牀試驗。
既然馬斯克想要實現人類大腦與機器的通信，就必須要選擇獲取什麼樣的大腦信號，以及用什麼手段來記錄大腦信號。**馬斯克選擇的是最精準、也最難以採集到的信號：動作電位（Action Potential，AP），由單個神經元細胞膜的脈衝信號產生。**此次採集信號的電極也是新一代腦機接口的一大創新，即由美國國家實驗室的瓦娜莎·多洛莎（Vanessa Tolosa）研發的單根多觸點柔性電極——“線”（Threads）。
“目前市面上最廣泛應用的是猶他電極（Utah Array，100微米），但缺點是記錄位點較少（最多256個），另外有個電極叫神經像素（Neuropixel，70微米），有960個記錄位點，”中科院神經科學研究所的李晨陽告訴本刊，“馬斯克新發布的‘線’集合了這兩者的優點，不但直徑只有27.5微米，比人類頭髮絲還細，對大腦造成的損傷也較小。這套系統在96根線上分佈着3072個電極，電極越多，能被記錄的神經元信息就越豐富，因而馬斯克的新型‘線’電極會比以往的腦機接口技術傳輸更多的數據。這種電極屬於柔性電極，通過將電極絲埋入高分子材料中製成，材料本身能夠隨意彎曲。”
黑巖微系統聯合創始人弗洛倫· 索巴赫，該公司的猶他電極是目前全球唯一被FDA 批准的電極陣列。
科普蘭在匹茲堡大學進行的腦機接口試驗，所用的電極則是猶他電極。他一天4個小時，一週有一半的時間在大學實驗室進行腦機訓練。電極植入他的大腦已經有5年之久，他告訴我，隨着時間的推移，電極也會“壽終正寢”：大腦神經元發射出的信號會越來越弱，自然而然地，信號和數據的採集工作也就無法進行，就不得不把電極從腦中取出。
作為高位截癱患者，科普蘭的癱瘓由脊椎外傷引起，大腦的狀況與健康的普通人一致，他回憶在成功植入電極後的一段時間，他重新獲得了某種觸覺，“第一次感受到了我的手指在摸什麼東西，這種感覺特別奇怪”。經過更長時間的訓練，他有時開始能感覺到電流，有時感覺到壓力，大部分時候都能準確地感覺到他所有手指的位置。隨着訓練的深入，他現在能感受到某樣東西的冷熱程度了，“我是通過手指根部感受到的，通常是一種有人在擠壓的感覺”。但他也能清晰分辨，這種重新獲得的“感覺”與車禍前的感覺不一樣，“這取決於科學家們刺激我大腦中的哪一塊電極以及大腦中的哪一塊區域了”。
“就我所知，猶他電極在大腦中的植入時長從未超過5年。”科普蘭説。早年電極的硬度對大腦的確有損害，主要由於大腦組織的形態類似“豆腐腦”，隨着大腦的移動，大腦組織會移動，電極若在大腦內部固定不動，則會產生損傷。“視頻上，馬斯克的電極簡直太細了，如果他能保證電極的壽命能持續更長，或者可以安全地永久植入就更好了。”科普蘭説，他對於馬斯克未來的人體試驗很樂觀。
要保障電極安全、長期地在大腦中起效，精準地將“電極”埋入大腦皮層是另外一個難點，馬斯克的Neuralink公司採用了“縫紉機”技術。“在科研環境或在醫院使用的猶他電極，醫生不得不通過開顱‘打洞’的方式植入電極，而馬斯克的‘線’電極則通過手術機器人來進行。這是由於他所展示的電極非常細，操作難度高，需要將電極一根根地植入。”李晨陽解釋道，“而這個電極植入皮層的方式很特別，與縫紉機類似，而且在植入過程中能避開血管，更加精準地確定電極應該到達的位置，手術效果上應該會更安全”。蒂姆·漢森是這個“縫紉機”的發明者，他提到，當時在加州大學舊金山分校和伯克利大學做這一研究的時候，唯一的目標是如何使得植入物更小，更靈活，“這也是為什麼電極被做成了線的模樣，更方便被縫紉機植入”。
以上只是由電極記錄大腦中的信號，若要把信號傳輸到腦外的機器上，則需要另外一種傳感器。在發佈會上公佈的這個傳感器是一塊芯片，它將會被釘在顱骨上，尺寸大小甚至小於手指的指尖。通過這個傳感器，科學家們可以更好地讀取、清理和放大大腦的信號，而且更為重要的是，“由於體積小，這個小尺寸大幅度增加了腦機接口的實用性”，李晨陽補充。我聯想到了科普蘭大腦後面連接着的“大型裝備”，甚至包括一根很粗的傳輸線。科普蘭告訴我，目前腦機接口的技術實現，依然需要多個計算機、特殊的設備和電線等組成，距離腦機接口“生活化”的場景還非常遠。
未來的消費品
腦機接口的探索早在20世紀六七十年代就開始了。蒂姆指出，至今為止，在靈長類動物身上腦機接口效果最好的試驗誕生於上世紀80年代，由杜克大學（Duke University）米加·尼可萊利斯（Miguel Nicolelis）領導的小組進行的這一試驗，證實了猿猴在閉環的操作性條件作用下（Closed-loop Operant Conditioning），可以快速學會自由地控制初級運動皮層中單個神經元的放電頻率。簡單來説，在猴子的大腦運動皮層插入猶他電極，並讓它學會用鼠標打遊戲，贏了就獎賞。一段時間後，研究人員斷開了鼠標與電腦的連接，讓猴子繼續打遊戲，剛開始鼠標在電腦屏幕上亂跑，但沒過多久，猴子就學會了用神經電信號來控制遊戲的進程。
本刊聯繫了有“機械戰甲之父”之稱的米加·尼可萊利斯。尼可萊利斯表達了自己對Neuralink發佈會的態度：“你可以看一下我2003年在杜克發佈的論文，這是第一代腦機接口正式面世的時間，而這也是馬斯克的Neuralink公司最早期的想法源頭，但現在各界媒體都根本不會提到這個事實了。”
尼可萊利斯所發明的仿生外骨骼（宛如機械戰甲）確實是腦機接口領域的一個里程碑。在2014年巴西世界盃開幕式上，一位脊髓受損導致下肢完全癱瘓的男子朱利安通過大腦控制外骨骼，想象身體的某部位在運動，由此產生的腦電信號控制外部機械裝置，成功在巴西的體育場做到了“開球”這一舉動。而這一腳的背後，是由尼可萊利斯所帶領的致力於腦機接口研發計劃“再次行走”（Walk Again Project）長達30年的研究。但由於諸多因素，尼可萊利斯的後期試驗進展相當緩慢，其中一個原因是經費受限。本刊採訪了一位不願具名的美國神經生物科學家，他將申請經費比作“撒胡椒麪兒”：****“重要的研究問題太多了，申請的經費有限，具體選擇切入哪個領域至關重要。”
如今，資金充沛的馬斯克風風火火地“闖入”腦機接口這一領域，恰是他看到了人類未來發展的“奇點”——技術發展將會在很短的時間內發生極大而接近於無限的進步。當此轉折點來臨的時候，舊的社會模式將一去不復返，新的規則開始主宰這個世界。人類在朝“半機器人”的方向發展，人與手機、電腦等一系列機器漸漸捆綁在一起，成為不可分的共同體，與此同時，人工智能的技術革命也在以超乎我們認知的速度開展，作為堅定的“AI威脅論”的支持者，馬斯克發出過警告，機器很可能會以指數級的速度將我們拋得越來越遠，只有與機器共生才是未來的生存方式。
於是，馬斯克毅然決然地要在腦機接口領域後來者居上。他的Neuralink，目前已有90名員工，在2017年成立後的幾個月內迅速募集到近2700萬美元（約1.8億人民幣），而目前公開的融資金額1.5億美元中，有1億就來自馬斯克本人。
事實上，馬斯克在發佈會上所展示的成果之一，尤其在電極領域確有某種意義上的“競爭”對手——也就是目前唯一被FDA批准在科研和商業領域應用的猶他電極。該電極於1997年誕生於美國猶他大學的Bionic Technologies公司，兩位創始人布萊恩·哈特（Brian Hatt）和理查德·諾曼（Richard A. Normann）教授是猶他電極陣列的發明者，之後所有業務被黑巖微系統（Black Rock Microsystems）在2008年5月收購。本刊採訪了黑巖的聯合創始人弗洛倫·索巴赫（Florian Solzbacher），他表示：“我認為馬斯克當天的發佈會並不算是‘發佈產品’，他算是展示了一種內部測試的‘原型機’，其效果就和前沿的學術研究機構展示科研成果類似。但令人驚訝的是，他在這麼短時間內從零做到了這個層級的效果展示。”
馬斯克提到，明年末也許能在高位截癱患者羣體身上做人體試驗：植入4塊芯片，3塊植入到大腦的運動皮層，同時給軀體感覺皮層提供閉環反饋。但對於一個商業公司來説，Neuralink更想做的是為普通大眾提供腦機接口。馬斯克甚至希望將之打造成一個人們會推薦給家人朋友的產品，一個能做到“心靈感應”的設備。
Neuralink 計劃未來開啓人體試驗後，在被試者大腦中植入四個電極，其中三個位於運動皮層，另一個位於感覺皮層。唯一外接的裝置將被安裝在耳後，內含一枚電池。
**對於普通人來説，在人機交互方面，我們從敲擊鍵盤輸出信息到語音輸入“聽”到信息，這儼然是一個效率的提升。**但按照馬斯克的意思，我們如今與手機和計算機之間的溝通效率依然太慢。**如果未來腦機接口成為某種生活場景中的產品，人們直接與大腦信號打交道，手和嘴都不必用來作為信息輸入的接口，通過直接解讀大腦信號來獲取信息，人類的學習和記憶能力就會比利用現有的物理溝通方式增強好幾個層級。**舉個直白的例子，我現在正蜷縮在沙發裏寫這篇稿子，由於長時間固定不變的姿態，導致我的頸椎非常不適，若未來我的大腦中植入電極，並配有腦機接口，我也許可以用“葛優躺”的姿勢，想着想着，稿子就寫完了。
在此次發佈會上，Neuralink提出的N1傳感器確實簡化了腦機接口的設計，讓腦機接口應用於生活變得更有可能。然而，在接受本刊採訪的受訪者中，只有科普蘭有躍躍欲試的態度。“美國民眾本身對於侵入式腦機接口有很高的接受度，即便是傳統的猶他電極，也有應用於多名高位截癱患者的案例，但這個數字在中國還是零。”李晨陽説。
但我的確很難想象，一個普通消費者會為了這款產品去做開顱手術。“**在健康患者身上進行人體試驗依然是一個道德問題，以及作為一個社會的整體，我們是否願意支持這個問題。**我進入這一領域的個人動力是幫助失去運動和感覺功能的人重新獲得行動能力和獨立性，但對於監管機構和大部分醫療機構來説，它們不會接受任何可能對健康人羣造成傷害的技術。”
黑巖的弗洛倫·索巴赫説，“而且大眾經常低估的是，從原理到產品的轉化成本要比原型機本身高几個數量級，一個合格的應用於臨牀的腦機接口需要等待第一批參與試驗的患者有了幾年的數據之後，才能進行改進，從而影響更多的患者。我們當時花了10年時間才真正開展了人體試驗，後來又花了10年時間在腦機接口的領域裏建立起了金標準。”弗洛倫言下之意便是，**目前應用最廣泛的猶他電極有着令人欣慰的穩定性，也經歷了時間的洗禮。**弗洛倫也提到了使用他們產品的納森·科普蘭：“他最近還被邀請到亞洲參與電子遊戲比賽了，當時他就帶着他的腦機接口去的。”
我問科普蘭：“你是真的感覺自己是一個“半機器人？”他的回答很冷靜：“我依然能感覺到自己只是個人類，但我同時也在創造未來。其實，所有這些前沿研究都不會讓我直接受益，一旦我的志願者身份告一段落，我就不會再用到腦機接口，畢竟這依然只是實驗室的產物。對我來説，我只是在協助研究人員收集信息，希望未來的某一天，讓其他的人真正使用這項技術。”