從醫學到腦機接口，他用實踐證明「意念」控制機器人的可能

科幻電影中的賽博格（Cyborg）技術不斷刷新著我們對「半機械人」的認知，從上世紀七八十年代的《攻殼機動隊》、《銀翼殺手》到後來的《阿凡達》、《明日邊緣》等，各種超越思維的想像，讓人機聯動成為了可能。而在現代，面對人工智慧的來勢洶洶，很多人開始擔心未來世界會不會變成由機器人主宰。

「鋼鐵俠」馬斯克就是其中之一，他曾表示：「未來人類需要與機器合體成賽博格，才能避免被人工智慧淘汰」。為此，這位成功的企業家召集了數位在神經科學、工程學等領域各有所長的科學家，成立了 Neuralink，試圖通過腦機接口技術來避免人工智慧的威脅。

與馬斯克創辦的其它公司一樣，Neuralink 擁有瘋狂基因——希望在短期內完成看似不可能的目標。當然，其員工也有著相同的想法。

比如，Neuralink 有一位聯合創始人 Max Hodak。人如其名，他的想法也是非常 「瘋狂馬克斯」。在他的個人網頁上寫著：我相信我們這一代的基本目標之一是理解意識的物理學，並學會用它來設計。我熱切地期待著一個比特多於原子的世界。

根據 LinkedIn 我們了解到，Max 本科四年在杜克大學 Miguel Nicolelis 教授的實驗室擔任助理研究員，參與了恆河猴的腦機接口的研究。Miguel Nicolelis 教授是誰？用一句話來說，他是腦機接口的先驅人物，其研究對計算機科學、人工智慧和生物醫學工程領域的基礎和應用研究帶來了深遠的影響。

夢起世界盃，「圓夢」世界盃

1970 年 6 月 21 日，這一天，義大利和巴西正在爭奪世界盃最後的冠軍。9 歲的 Miguel Nicolelis 坐在電視機前看著這一切。比賽結束，巴西奪冠，眾人歡呼。Miguel 只是繼續安靜地坐著，腦海裡卻在不斷重播進最後一球時候的情景：球場上，八名運動員幾乎沒有說話，也沒有眼神交流，但他們就好像是一個共同體的延伸，可以感受到彼此的想法，並展開行動。這對當時的 Miguel 來說有些深奧，但和許多其他孩子一樣，他也希望有朝一日自己能成為世界盃賽場上的戰士。

2014 年，Miguel 以「另類」的方式實現了自己的願望：他為一位癱瘓少年做了一套「機械戰甲」，讓少年用大腦控制機械外肢，成功為巴西世界盃完成了開球。雖然不是真的踢世界盃，但作為神經科學家，他成為了一位為全球數以億計行動困難的人帶來希望的英雄。

圖 | 身穿「機械戰甲」的癱瘓少年為 2014 年世界盃開球

Miguel 發明的仿生外骨骼是由患者大腦控制的，受到了 1970 年世界盃巴西奪冠隊的啟發，即該外骨骼是人身體的延伸。換句話說，對癱瘓的人來說，他的大腦本質上會將外骨骼視為身體上的一條腿。這並不是什麼「神論」。多年以來，Miguel Nicolelis 在神經可塑性領域的研究表明，大腦能夠重塑自己，以適應外部環境的變化，並且融入新的元素。

從醫學到腦機接口

在他杜克大學的實驗室裡，桌上放滿了仿生外骨骼的草圖，此外，還有一張一個男人抱著猴子的照片。

「這是 Jon Kaas。」 Miguel 說，「他是過去50年間，美國最偉大的科學家之一」。也正是 Jon 在神經可塑性上的研究，為 Miguel 取得的成就奠定了基礎。「神經可塑性是我們一切工作的基礎。Kaas 是我們的英雄。」

Kaas 進行可塑性早期研究的時候，Miguel 正就讀於聖保羅大學的醫學專業。雖然從中學開始就打算當一名神經外科醫生，但在即將完成目標的時候，他的興趣點轉向了是否可以創建大腦的 3D 地圖。在導師的建議下，Miguel 前往美國哈內曼大學，師從 John Chapin 進行博士後工作，專注於可同時讀取多個神經元的傳感器的研究。

在接下來的五年裡，他們成功開發了一款頭髮絲粗細的傳感器，將其植入大腦後，可同時閱讀數十個神經元。1994 年，Miguel 成為了杜克大學助理教授，自此開始了一系列的動物實驗，並不斷取得成績。

讓「意念」控制機械臂成為可能

1999年，Miguel 創造出了第一臺腦機接口裝置（brain-machine interface，BMI），這是一種可以讓人類大腦控制機器運動的設備。BMI 可以從神經元中讀取信號，並將其轉換為機器指令，這個過程就好比人類大腦將信號先發送到脊髓，然後再到肌肉的方式。

2000 年，其團隊成功證明貓頭鷹可以同時控制放置於不同地方的兩個機械臂；一隻成年的恆河猴可以通過腦機接口去控制視頻遊戲操縱杆；另一隻猴子還可以通過自己的「意念」控制電腦光標的移動。

2001 年，這項技術被列入《麻省理工科技評論》「全球十大突破性技術」（10 Breakthrough Technologies）。

2004 年，腦機接口首次在人體中進行測試，參與的人包括 11 名將進行神腦刺激手術的帕金森患者，Miguel 的團隊則獲得了在手術過程中向其腦內植入傳感器的許可。通過讓患者玩視頻遊戲，然後連結腦機接口，帕金森患者們學會了用自己的大腦控制遊戲。

2008 年，是 Miguel 團隊最著名的一個實驗。他們在一隻名為 Idoya 的成年雌性恆河猴大腦中植入了一次可以讀取 250-300 個神經元信號的電極。當 Idoya 在杜克大學實驗室的跑步機上跑步時，放置於日本的人性機器人開始接收信號，不久之後也開始進行運動。Idoya 可以在跑步機的屏幕上觀看機器人運動。令人驚訝的是，機器人從 Idoya 大腦接收命令的速度要比 Idoya 的腿還快，同時，當 Idoya 的雙腿停止運動，但大腦還在思考走路的時候，機器人也還一直保持行走的狀態。

2011 年，Miguel 出版書籍 Beyond Boundaries，並推出了「重拾行走計劃」（Walk Again Project）。

2013 年，「重拾行走計劃」獲得了巴西政府的資金支持。同年，Miguel 和巴西科學家首次實現了兩隻老鼠之間的腦機接口交流。

2014 年，Miguel 成功讓一位高位截癱的男孩用自己的大腦控制機械外骨骼為巴西世界盃完成了開球。

2016 年，「重拾行走計劃」的研究成果首次發表在《自然》旗下的《科學報告上》。

所有這些看起來不可思議的舉動，都成為了現實。那麼，現在腦機接口技術究竟發展到了什麼階段？未來又將如何造福全世界數以億計的行動困難的人？腦機接口技術先驅 Miguel Nicolelis 教授以線上方式，在 EmTech China 2020 的現場，為我們帶來答案。