图片来源@视觉中国 文 | 氨基观察 尽管生成式人工智能的重磅应用消息不断，但如果说当今什么技术最接近科幻，一定是脑机接口。 脑机接口的研究已经实现了意识打字，还实现了心灵控制，比如人类控制小鼠行为，让其完成复杂任务； 未来甚至有望实现部分丧失的感知能力再次获得，比如让盲人看得见，让瘫痪的人动起来，让聋人重新听见。更脑洞大开的，还包括永生、思维控制、机械飞升…… 在如今的时代，每一次技术的飞跃都像是一部精心编排的科幻大片，马斯克无疑是这部脑机接口大片中最耀眼的明星之一。 最新的进展，来自于马斯克创立的Neuralink。 去年5月，Neuralink终于获得fDA批准展开人体临床；1月31日，马斯克在X上发了条推文，告诉大家Neuralink的第一次人体试验，已经开始了；日前，马斯克表示，首位截瘫受试者“似乎已经完全康复，没有出现不良反应”，并且已经可以通过大脑意念移动鼠标。 看上去，商用脑机接口迈出了下一步。这意味着什么？脑接机口到底发展到哪一步了？ 脑机接口是科幻作品里常见的场景。 现实中的脑机接口，一头连着你的大脑，从纷繁密集的神经元电信号中提取你的想法，另一头连着计算机或机械等外部设备，直接绕过你的身体将想法变为控制信号并进一步执行命令。它不需要依赖你四肢的外周神经和肌肉系统就能直接建立大脑中枢和外部设备之间的直接信息交流。 马斯克在2021年发布过一只做试验的猴子。猴子通过意念操作，在电脑上打出一行字“我想吃点心”。这背后就是脑机接口技术在支撑。 而帮助残疾人获取声音的人工耳蜗则是脑机接口迄今最成功、临床应用最普及的技术。其原理是将声音信号转化成电信号直接传输给大脑，可帮助大量失聪者重新找回声音和交流的能力。 电影里出现的人物如阿凡达或钢铁侠，都是通过脑机接口技术灵活操作肢体行动，目前还无法实现。 而近年来，经过国内外科研团队多年开发，脑机接口已取得不少进展，目前分为侵入式、半侵入式和非侵入式三大技术路径。其中侵入式危险系数最高。 Neuralink采用的是侵入式方案，需要通过开颅手术，在人脑皮层中植入一个芯片，芯片读取并分析了你的脑电波之后，再把这些信号传出来。 根据Neuralink官网，植入物“N1”的大小相当于5枚硬币堆叠在一起，其构造包括：生物相容性外壳、电池、芯片与电子器件、64根线。“N1”内置的微型电池配备袖珍的感应式充电器，支持外部无线充电。此外，N1的64根丝线上分布着1024个电极，可以记录神经活动，并且极具柔性。 值得一提的是，在Neuralink规划中，植入手术并非由人类医生主刀操作，而是由机器人“R1”来完成。植入过程中，患者的一块头骨被切除，并被脑机接口取代。植入完成后，脑机接口设备将读取和分析大脑的活动，并将信息无线传输到附近的笔记本电脑或平板电脑上。 2022年初，FDA基于安全等因素拒绝了公司的临床申请。FDA担心该设备携带电极的微小线可能会迁移到大脑的其他区域；FDA还提出了是否可以在不损害脑组织的情况下移除该设备的问题，以及设备可能过热，是否会损害脑组织等一系列安全问题。 之前，一家做侵入式脑机接口的公司BrainGate，曾遇到过电极在脑子中报废的情况。原因是电极被神经胶质细胞缠住了。因此，FDA对于安全性的考虑，是大家不得不面对的现实问题。 如今，Neuralink顺利获批人体临床，并完成首例患者植入，或许意味着，在安全性等方面已经获得更多的证据。 当然，也可能是马斯克做出了妥协。此前，FDA便认为，进行更慢的分阶段试验更适合Neuralin，也就是最初植入的受试者较少，几个月后进行更多的测试。 而马斯克对这个建议不满，因为这可能会延迟FDA最终批准的进展。 但现在，Neuralink官网发布的渐冻症(ALS)患者招募计划显示，Neuralink希望被试者年满22岁，并满足四肢功能均受限、无改善一年以上、身边至少有一位亲友提供照顾的要求。整个试验为期6年，其中有18个月的基础研究。 而Neuralink表示，2024年将进行11例手术，2025年27例，2026年79例，而到2030年，这个数字将增长至22000。 这也符合FDA提出的更慢、分阶段的建议。 Neuralink的首款脑机接口产品名为Telepathy ”（ 心灵感应 ），马斯克也写下了他对产品前景的思考：“（未来人类）只需要思考，就可以控制手机或电脑，并通过它们控制几乎任何设备。想象一下，如果霍金能比一位快速打字员或拍卖员更快地交流，这就是我们的目标。” 比起所谓的把人类变成半机械人，这个目标显然要踏实得多，也迈出了关键一步。 马斯克本就是一个充满争议的人物，他的每一次创新都会引发激烈的讨论。有人崇拜他如科技界的救世主，有人则批评他是不顾后果的梦想家。但不可否认的是，他的愿景和执行力已经多次推动了科技的边界。 正如美国布朗大学脑机接口专家约翰·多诺霍所说的，“马斯克已经以很多科学家的研究为基础，完成了很多初步工作，其中就包括我们团队从21世纪初期就开始做的工作。” 自1969年以来，科学家一直在努力推进神经系统外接的实验，探索人脑的奥秘。而脑机接口在人脑与外部设备间，创建了用于信息交换的连接通路。这能为我们带来什么呢？ 场景取决于想象力。至少在医学领域，它有许多令人期待的妙用。 人类许多疾病，是由于大脑无法连接到身体周围的神经，比如癫痫和帕金森氏症，还包括脊髓神经损伤后四肢瘫痪。而基于脑机接口，这些疾病有望得到改善。 当前药物和手术等技术对于因卒中、ALS等引起的中枢神经受损患者，缺少足够的治疗效果，患者长期处于瘫痪等功能失常状态，生活质量差。 而脑机接口的技术突破了传统机体组织修复的范围，以人机方式实现了功能的替代，具有革命性的意义，并且也在一些个案上取得突破。2014年巴西世界杯开幕式上，一位高位截瘫的青年身披借助机械辅助，利用脑机接口开出第一脚球，向全世界展示了脑机接口最直观的临床价值——为运动障碍提供辅助工具。 包括Neuralink在内的企业，正在证明这一点。国内关于脑机接口的研究也如火如荼。 2020年浙江大学团队使得一名四肢瘫痪者能精准控制外部机械臂和机械手，能够精准完成进食和握手等基本动作。除了运动辅助治疗方面的进步，语言恢复领域的脑机接口技术也大放异彩。 2023年6月，复旦大学附属华山医院牵头发布了一个适用于汉语的神经网络模型，可从颅内记录中分别解码汉语的词汇音调和基本音节并组合生成语音，通过脑机接口技术帮助音调语言发音障碍或失语症患者把“心声”直接表达出来。 可以说，脑机接口的应用起点在于医学，利用脑机接口技术获取上述大脑功能区的信息并进行分析，能为众多患者开启治疗新时代。 尽管从临床到最终上市，脑机接口仍有较长的路需要探索，设备和手术（侵入式）的安全性、稳定性、可靠性等多个问题需要解决，但众多脑卒中瘫痪人群、帕金森患者人群需要脑机接口技术恢复功能，脑机接口在医疗上的应用需求迫切且广阔。 根据麦肯锡的测算，在2030-2040年，全球脑机接口医疗应用的潜在市场规模有望达到400亿-1450亿美元，其中严肃医疗应用潜在规模在150亿-850亿美元，消费医疗应用潜在规模在250亿-600亿美元。 当前，关于消费医疗的探索同样火热。比如，有加拿大脑机接口公司推出脑波检测头环，帮助用户通过实时音频反馈来提升冥想效果。 在国内，也已有企业脑控助眠仪、脑控鼠标、冥想脑状态监测等产品，来改善失眠、抑郁。比如柔灵科技发布的一款小型化脑电监测设备Airdream，除通过脑电信号监测睡眠质量外，还搭载了家用睡眠脑电管理系统，辅助用户减压、放松，快速进入睡眠状态；杭州回车科技推出脑电智能眼罩。 总的来说，目前脑机接口设备只能作用于大脑皮层，这样可以简化深入研究所涉及的许多问题。大脑皮层主要处理很多直接信号，比如直接来自运动意图的感觉信息、听觉、视觉等。 理论上，这可以解决失明、瘫痪、听力等很多问题，只需要将设备与大脑皮层正确连接。 而根据马斯克介绍，目前Neuralink已经进入大脑大约3～4毫米深的地方，这些电极从皮层内的多个层面进行传感，大脑皮层下面还有更深的大脑系统，比如下丘脑，这些更深层次的大脑系统才是实现信息交互的目标，它还可以治疗抑郁症、上瘾、焦虑等更多疾病。 这还需要大量的科研投入和产出，还有很漫长的路要走。 如果说AI的终极目标是实现无机生命智能的极致，那脑机接口做的事就是打破有机生命智能与无机智能的信息边界，实现融合。 有关脑机接口，无数人给出了应用场景，比如意见交流、控制情绪等。短期看，太过于高估，长远看，又太过于低估。 马斯克曾说过，要让盲人重见光明，让残疾人恢复行动能力，甚至还谈到了人和人工智能的融合。这也让脑机接口广泛出圈。 但实际上，“让盲人看得见，让瘫痪的人动起来，让聋人重新听见”已经是一句流传了25年的老话了。而无数科学家正在为这个最终目标努力。 目前的问题是，恢复感官输入（如视觉）涉及大脑中的电刺激，与仅记录单细胞神经活动相比是完全不同的。目前，尚没有任何证据表明目前的神经植入物装置可以以任何方式创建感官系统。 换句话说，脑机接口技术作为一门新兴的研究领域，发展仍在早期，涉及计算机科学、神经科学、心理认知科学、生物医学工程、数学、信号处理、临床医学、自动控制等多个领域，仍有大量的问题尚待解决。 比如，如何处理数量庞大且复杂的神经元。 脑机接口可以有很多不同的种类，用于提供多种功能。但所有研究脑机接口的科学家都在努力解决这两个问题：如何从大脑中输出正确的信息？如何将正确的信息输入到大脑？ 这两件事情一直在你的大脑自然地发生。你在看这句话时，你的眼睛正在做出一系列特定的水平动作。这是大脑神经元将信息输出到一台机器（你的双眼），机器接收命令并作出响应。 输入及输出信息是大脑神经元的工作。脑机接口要做的就是介入到这个过程当中。 这听起来并不难。但是，整个大脑皮质的体积大约为50万立方毫米，在这个空间里大约有200亿个神经元细胞体。每立方毫米的皮质平均含有约4万个神经元。但神经元细胞体只是神经元的一小部分结构。 除此之外，大脑中还有与神经元数量差不多的胶质细胞，以及血管。每立方毫米的皮质里面的毛细血管加起来的总长度可以达到一米。 而脑机接口的技术工程师如果要做到对于大脑信号进行极为精准的捕捉或反馈，就需要在这一立方毫米区域里面捕捉特定的一些神经元细胞体发出的信号，或刺激某些特定的细胞体发出工程师需要的信号。难度之高可见一斑。 对比非侵入式，侵入式脑机接口可以更好地接收神经元信号，但需要电缆来传输大量数据。 此外，工程上更大的难度还包括成本控制，能否通过合理的流程和工艺来降低成本实现商业化。 再比如，关于脑机接口的摩尔定律。 根据统计数据显示，以目前脑机接口技术以平均7.4年才能使可同时记录的神经元数量翻倍的速度计算，要达到同时记录100万个神经元需要等到2100年，而要记录人脑中的所有神经元，则要等到2225年。 因此，脑机接口如何解决带宽问题成为了学术研究、产业突破的关键点。多诺霍表示，关于巨大的数据量，Neuralink提出的解决方案比想象中更实用。 Neuralink没有去追求全带宽、高速率的信息获取方式，而是使用蓝牙。这样能获得的信息量较少，由于带宽的限制，通过这种方式从大脑中取出的信息量无法将每一个神经元的活动都分离出来。但它却是有效的，这种方法已经足以达到用神经活动控制电脑的目标了。 除此之外，如何提高信号识别的精度、如何改善信号处理方法使之系统化、通用化也是需要解决的问题。 当然，这些技术问题，正在被科学家和工程师们一一的攻克。 一项技术从最开始发明到终端应用，需要走很长很长的路，不止是技术的问题，还有人文伦理哲学的参与。毕竟，没有科学的人文是愚昧的，而没有人文的科学是危险的。 当人的大脑意识可以被准确的读取，意味着大脑当中丰富的隐私数据将有可能会被泄露或窃取。随着脑机接口技术的发展，未来，无疑将需要提供足够安全的措施来保障用户的隐私数据安全。 “对我而言，大脑是思想，幻想和异议自由的一个安全的地方，在没有任何保护的情况下，我们已经接近跨越最后的隐私边界。”美国杜克大学神经伦理学教授尼塔法拉哈尼表示。 就像电影《奥本海默》里的故事，第一次引爆原子弹有两种可能的结果：一是产生巨大的爆炸，二是地球就会毁灭。他们当时不知道关于原子弹的答案，即使是顶级科学家，目前也无法准确描绘脑机接口的未来。毕竟，很多事情的发生都是无法预料的。 关于脑机接口工程方面的问题在于，能否制造出体积更小、带宽更大的低功耗信息传输方式。 这方面的答案似乎是肯定的。但还有一些其他技术难题目前很难解决，在关键试验结果出来之前，谁也无法知道最终答案会是什么。 但这也正是科学的本质，你永远不知道转角处会出现什么。
