陳根：腦機接口是與非，再談馬斯克腦機對接

文/陳根

距離馬斯克公布升級版腦機接口和進行設備植入的手術機器人已經一周有餘，但學界對於被命名為the Link v 0.9版的腦機接口討論仍在繼續。

事實上，「腦機接口」作為前沿科技研究的熱點技術，一直頗受業界關注。2017年，馬斯克成立腦機接口公司Neuralink，兩年後，馬斯克和他的Neuralink團隊發布了其首款產品，即「腦後插管」新技術，通過向大腦植入電極的方式來讀取大腦信號，並宣布了他們進一步開發腦機接口的計劃。

可以說，腦機接口幾次在科技界掀起軒然大波，而這次的升級版腦機接口在帶來震撼過後，討論的聲音也漸趨理性。升級版的腦機接口是「言過其實」還是「確實如此」？其又將在腦機接口的發展裡佔據怎樣的地位？

從「腦後插管」到「腦中晶片」

2019年中旬，馬斯克公布了第一代腦機接口，也可以簡單描述為一個「腦後插管」技術，通過一臺神經手術機器人，像微創眼科手術一樣安全無痛地在腦袋上穿孔，向大腦內快速植入晶片，然後通過 USB-C 接口直接讀取大腦信號，並可以用 iPhone 控制。

具體來說，可以分成三步，首先，用「縫紉機」和雷射在頭骨上鑽孔，當然，不是傳統意義上的腦袋打洞，這種神經外科機器人「縫紉機」能夠每分鐘植入六根線，且微創、無血和安全。

其次，向大腦植入定製晶片，以便更好地讀取和放大來自大腦的信號。定製晶片需要植入大腦的特定地方，其中，三個位於運動區域，一個位於感受區域，而唯一外置的設備則安裝在耳後，內含一枚電池。

最後，就是信息的導出，這需要使用一種直徑4-6微米的線，而這些柔韌的線實際上是一種用類似玻璃紙的材料來做絕緣體，裡面包含有一系列連接微小電極或傳感器的導線，與其他腦機接口中使用的材料相比，它不僅對大腦損害性更小，而且還能傳輸更多數據。

一年後，一周前，馬斯克在發布會上展示關於腦機接口的最新成果，其中包括簡化後硬幣大小的Neuralink植入物和進行設備植入的手術機器人。

Neuralink 推出的新設備被命名為the Link v 0.9 版，較之初代的設備，植入步驟並沒有相差很大，但升級版的腦機接口尺寸更小，性能更好，和 Apple Watch 等智能手錶一樣能夠待機一整天，在睡覺的時候無線充電。

值得一提的是，作為植入性的醫療器材，無線技術已經有 10 多年的歷史了。包括此前植入心臟起搏器，或者深度腦刺激的設備都會有無線傳輸，但是寬帶沒有那麼大，傳的數據並不是很多，且不能無線充電。而Neuralink 的無線既傳電能，又傳數據，這意味著，作為一個電子設備，Neuralink是完整的，這也是電子設計的一個進展。

馬斯克此次所展示的晶片有 1024 個通道，而上一版本則有 3072 個通道。1024 個通道可以理解為 1024 個神經信號採集點。與 3072 個通道相比，雖然採集點少了，但在給定的腦區和範圍內（2x1 釐米範圍的運動皮層），採集到的有效數據未必受到影響。

此外，新的腦機接口搭配新版的手術機器人，相比去年的「縫紉機」看起來有了很大進步。這臺機器會對大腦結構進行掃描，小心避開危險區域，所以植入過程也不會對大腦產生傷害。

為了展示新設備，發布會現場，馬斯克展示了一群實驗豬。這些實驗豬之前曾接受過外科手術，由手術機器人將最新版的Neuralink設備植入大腦，時長約7分10秒。結果顯示，這些豬的大腦活動可以通過無線傳輸到附近一臺電腦上，讓在場所有人員看到當馬斯克撫摸它們的鼻子時，這些豬的大腦神經元有所反應。

「言過其實」還是「確實如此」？

想要了解腦機接口，首先要明確幾個相關的概念。

腦機接口（Brain-computer Interface或者Brain-machine Interface）：通過傳感器提取頭皮上、大腦皮層上電場或磁場等信號、參數，進而進行數據提取、分類和分析，最終控制體外設備對人體周邊環境進行增強或改善的人機互動裝置。

中樞神經系統（Central Nervous System, CNS）：由大腦和脊髓組成，是人體運動的命令源也是腦機-接口主要分析目標。

腦電波（Electroencephalogram, EEG）：與大腦皮層神經元活躍度密切相關，大部分學者認為其主要組成部分是神經元突觸後電位。腦電波是腦-機接口的主要信號來源之一。

分形維數（Fractal Dimension, FD）：來源於分形理論，可以用於分析數據的複雜性。是現代科學用於分析混沌動力學系統和非線性信號的工具之一。

人工神經網絡（Artificial Neural Network, ANN）：一種基於大規模計算訓練從而多層次地提取目標特徵值的數學模型。ANN常被應用於數據分析。

腦機接口的發展和腦科學的進步密切相關。大腦屬於中樞神經系統，其包含了大約870億個神經元。大腦時時刻刻接受來自視神經、聽覺神經等，以及周圍神經系統（Peripheral Nervous System）傳送過來的信號。大腦將這些信號進行解析，並產生感覺，進而對外在環境做出反應形成運動信號。運動信號再通過脊髓傳達到周圍神經系統，進而控制肌肉控制人的身體，做出複雜（高級）運動行為（比如彈鋼琴，彈吉他）。

當腦神經開始處理信息，就會產生相應的電磁信號。從神經元的構造來看，當神經元傳達信號時，神經元內外的帶電離子流動形成電流，電流到達突觸後激發化學反應繼續傳遞信號給下一個神經元。

當一定數量的神經元像集成電路一樣一起工作時，就可以產生能被宏觀的電極所探測到的電磁信號。而電磁型號的變化，則反映出當前皮層區域的活躍程度。這些信號經過放大，編譯變成了包含信息的信號。這樣研究人員就可以進行數據分析，用算法推測出大腦想表達的東西。

而目前的晶片植入主要針對運動皮層，而運動皮層信號的解碼技術早已實現，不是難點，一般算法或機器學習都可以搞定。相反，當腦機接口涉及解碼人類語言，決策或意識內容，那麼就意味著，需要神經解碼的技術進步。

儘管Neuralink 目前能解決與動作有關的信號解碼，但與人的思維意識還有很大距離。從目前技術來看，神經科學知識依然是技術的桎梏所在。現代醫學對一些疾病了解還不夠深，所以即使現在已經做好了植入系統的硬體、軟體和 FDA 的許可，但依舊不能解決最根本的問題，而只有在神經科學或者研究到位下才能真正做到。

腦機接口前路何在？

顯然，腦機接口的發展不會是一蹴而就的。

初級的腦機接口是使用腦神經的信號控制體外裝置，從而滿足自己的特殊需求的系統。早先美國國防部資助的項目就提出了「腦控機械臂」的需求，期望以腦機結合的手段幫助戰爭中那些 「缺胳膊少腿」的傷兵。藉助於腦機接口和機械臂，讓他們能實現生活自理。

今年，來自查爾默斯理工大學等研究人員的報告稱，有史以來最先進的仿生假肢之一又取得了新的突破與成功。該系統被整合到病人的神經中，讓他們只需想一想就能控制假肢，就像使用自然肢體一樣。

馬斯克在發布會上也表示，未來人人都可以在腦部植入一個晶片，解決從記憶力喪失到聽力喪失、失明、癱瘓、抑鬱、失眠、極度疼痛、焦慮、成癮、中風、腦部損害等一系列問題。

但這還只是第一步，馬斯克長遠的目標是迎接「超人認知」（superhuman cognition）時代的到來。這源於馬斯克過對人工智慧（AI）的擔憂，馬斯克認為，人類需要與人工智慧結合為一體才能避免未來人工智慧變得過於強大而摧毀人類這一最遭情況的出現。

這就涉及到更高級的腦機接口，即可以在人的控制下，對自己的意識和記憶進行改造，並且可以和外界（網際網路或個人伺服器）進行雙向的交流，而人腦也可以變成一個可有限訪問的節點伺服器進行信息傳送。

更高級的腦機接口是對人類的增強。通過腦機接口，我們可以短時間內擁有大量的知識和技能，獲得一般人類無法擁有的超能力。

記憶移植就是這個領域研究的重點。現在，美國科學家已經發現大腦海馬體的記憶密碼，開始嘗試用晶片備份記憶，然後把晶片植入另一個大腦，實現記憶移植。這個實驗已經在猴子身上取得成功。這項技術的終極目的，正是通過腦機接口技術，把大量的信息和資料傳輸到大腦裡，或把大腦的意識上傳到計算機，最終實現人類意識合記憶在計算機世界的永生。

當腦機接口下潛至深層時，則真正達到了馬斯克所構想的人機結合。即人類不用語言，僅靠大腦中的腦電信號就可以彼此溝通，實現「無損」的大腦信息傳輸。這種腦腦交互，彼此傳遞的本質是神經元群的活動。不像語言的模糊和詞不達意，它是一種徹底的、100%的、毫無信息扭曲的「心領神會」。

事實上，腦機接口作為一項新興技術，已經站在了時代的風口，與此同時的是巨大的爭議和質疑，是除了技術壁壘外，必然面對的傳統倫理的拷問。而如何平衡一項新技術的發展與約束，則將成為很長時間內科學發展中的一道難題。

毫無意外，關於腦機接口的技術構想隨著科學的發展都將成為現實，但無論何種腦機接口真正落地以前，我們仍要面對科技倫理的拷問，只有輔之以人性，科技才能有溫度。