人机共生？马斯克的疯狂“实验”还很遥远

作者|云希  来源|杭派工程师(ID：hpgcsv)

马斯克又一次站在了风口浪尖。

继自家的SpaceX火箭升空，特斯拉的股价一骑绝尘后，马斯克又带着最新的脑机接口设备出现在众人眼前。

在2020年8月29日的这场发布会上，这位科学狂人兴奋地展现了自己创立的脑机接口公司Neuralink最新的脑机接口设备LinkV0.9，可以自动完成手术的机器人以及在小猪身上植入设备后的实验情况。

脑机接口本身具备的科幻色彩加上马斯克本人的名气，让这场发布会瞬间点燃各大媒体头条。

人们不禁陷入狂热的想象，《黑镜》等科幻片中脑后插入下载知识，记忆存储转移乃至“数字永生”的画面真的要实现了吗？

不可否认，马斯克立吹过的牛大都实现了，但今时今日，透过欢呼，回归冷静，马斯克的宏伟“脑机”蓝图，还很遥远。

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脑机接口（BMI，Brain-Machine Interface）诞生于上世纪。1924年，德国精神科医生汉斯.伯格记录了人类大脑中发出的微弱活动即如今的脑电波EEG，开启了人类对大脑的探索。

随后几十年，脑机接口开始进入实验室并在猴子、白鼠等动物上进行研究。

20世纪90年末到21世纪初，BMI迎来第一轮研究高潮，并逐渐在治疗瘫痪、癫痫、帕金森和阿兹海默等病症中发挥出效力。

全球首个用侵入式脑机接口来恢复部分运动的成功案例发生于2005年。脑机接口公司Cyberkinetics获得美国FDA批准，在9位病人身上进行了运动皮层的脑机接口临床实验，四肢瘫痪的Matt Nagle成为第一个用侵入式脑机接口来控制机械臂的病人，通过植入脑中的电极阵列，他仅凭借运动意念就能完成机械臂和电脑光标的移动。

2014年，在巴西世界杯开幕式上，一名高位截瘫患者通过控制穿戴的机械外骨骼，为世界杯开出第一球。此事在世界各地广为流传，成为BMI研究的里程碑。

美国国防高级研究计划局（DARPA）也一直在关注着脑机领域。近年来，美国军方一直致力于研究无创/微创脑机接口计划N3以及可靠神经接口技术RE-NET，旨在让军人用脑信号与机器进行交互操作和治疗因身体或精神问题而退伍的军人。

而马斯克则是在2016年成立了Neuralink进入脑机接口领域并在3年后的首次发布会上展现了研发成果。

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在2019年7月的那场发布会上，马斯克展现了Neuralink找到的高效实现脑机接口的方法——“高宽带脑机接口系统”。

当时的手术机器人名为“缝纫机”，它可以将比头发丝还细的4-6微米细线（上面布满了一系列微小电极和传感器，最多可以拥有3071个电极）像穿针引线一样缝进大脑，还能避开血管，避免大脑出现炎症。但植入者需要在耳后佩戴设备进行信号接收。

当时马斯克就放言，将在2020年实现人体脑机实验。

一年过去了，马斯克的火箭上了天，特斯拉风靡全球，而他也带着三只小猪和脑机接口回来了。

相比于去年在小鼠上植入的有线脑机接口相比，最新植入设备的通信能力提升百倍，尺寸也更小仅为硬币大小（23mm*8mm），更重要的是，它实现了无线连接。

马斯克称，The Link的连接距离为5-10米，可以和手机无线连接，还能在睡觉的时候无线充电，就像安装在你脑中的Fitbit手环。

新版的手术机器人也有所进阶，除了能避开血管，还会对大脑结构进行扫描，谨慎避开危险区，避免植入过程对大脑造成伤害。

借助这套设备，Neuralink在过去几个月用三只猪进行了实验。

小猪Joyce没有接受过植入；Dorothy接受过手术，现已移除设备，伤口愈合后和其他小猪一样健康；本场发布会主角格特鲁德仍然佩戴了Link设备，在1024个电极作用下，它脑内的电波信号清晰可见。通过脑电路图，研究人员准确预测到了小猪关节的位置。

通过感知脑信号，马斯克希望能感知甚至改善大脑活动，如中风、听觉缺失、记忆力缺失等，“你的感受、痛苦都是电子信号，修正这些信号，就能解决一切问题，”

诚然马斯克的Neuralink在手术机器人和植入器件的微型化和无线传输设计上取得了显著进展，但脑机接口技术离马斯克和公众心中理想的样子依然很遥远。

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“马斯克在工程上的进展值得肯定，但技术上并没有太多让人兴奋的突破。”清华大学脑机接口专家洪波教授【1】和交叉信息研究院的马恺声博士等业内人士都不约而同地表示。

理想中的脑机接口不仅能完成采集信号这一输出过程，还能实现将特定的指令进行编码，通过脑机接口传达给指定部位并完成大脑反馈这一输入过程。

简单来说，即：采集信号---解码----再编码-----输入反馈。

我们想象中的通过脑机接口下载知识、转移记忆或数字永生，就需要通过编码将记忆或者知识转化成大脑能接受的信号输入才能实现。

可以说，神经信号编解码，才是脑机接口最富有想象力的地方也最困难的地方。

但就发布会上展示的内容而言，马斯克只简单展示了小猪四肢运动和脑内神经放电的关系，在神经信号解码方面并没有进一步的突破。

据公众号《品玩》报道，一位有神经解剖经验的中国科学院大学模式识别与智能系统博士如此评价：从神经元经电刺激之后的放电反应到神经信号写入之间的距离，恐怕比学会爬行到超光速跨时空虫洞旅行距离还远。

而且这次马斯克只采集和预测了运动区域的信号，“这是相对而言最简单的区域，在大脑皮层，”马恺声博士说，“而最有想象力的有可能涉及到意识、记忆和情感的海马体等深脑部分，发布会上没有提及”。

人类的大脑中有1000亿个神经元，这相当于宇宙中星系的数量。每个神经元都有着跟洛杉矶一样的复杂程度。一根神经元还连接了一万根神经元，这就形成了500万亿条链接。它们以人类无法理解的速度互相交流，并发出电子信号。

我们的意识如何形成，记忆如何存储，知识如何消化，整个过程中器官和神经是如何协同工作的…...越往深脑探索，复杂越是指数级升高，人类离解码大脑，还很遥远。

即便完成编解码，将外界信息输入反馈又是一个难题。

当我们双眼正在阅读文章时候，屏幕散发的光子会进入视网膜，刺激皮质枕叶中的神经元，让这些文字形成的图像进入思维，紧接着这幅图像会刺激到另一部分神经元，用以解读图像中包含的信息。

目前，像这样处理二维画面的计算视觉技术虽然比较成熟，但我们生活中更多的是三维影像，而且除了视觉还有听觉、触觉、嗅觉等，这些数据的编解码难度也不小。

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除了编解码问题，植入设备本身也是一直以来困扰着科学家们的难题。

首先是植入。

人的大脑中拥有两层脑血屏障，一层是由脑毛细血管壁与神经胶质细胞形成的血浆与脑细胞之间的屏障，另一层则是脉络丛形成的血浆和脑脊液之间的屏障。它们可以阻止某些有害成分进入脑组织内。

早在1885年就有科学家发现，静脉主色苯胺染料后，全身组织均被染色，唯独脑部维持原样，这正是因为脑血屏障的存在。

除了暴力扎入外，如何让设备穿过脑血屏障进入指定位置，仍旧是个问题。

可以看到先前的大部分侵入式脑机技术中，植入患者大脑中的设备较大还需要连线操作和充电，这不仅容易感染还会被大脑视作为入侵物，从而生成疤痕组织，干扰信号传输。

最理想的方式便是让植入的设备变得越来越小，与此同时还要保持高效的性能。

美国军方DARPA曾经有小组提出利用磁离子导入植入设备。让带有设备的磁性金属球通过血压进入人体，再借助磁场将百分之30左右的金属球吸引到脑部穿过屏障。

但磁场很难控制方向且设备一向很大，无法满足便捷性的需求。

清华大学的马恺声博士已经做出了300*700微米小米粒大小的微创植入性设备，未来他希望能做出15微米即神经细胞大小的植入性设备，几乎无创地以磁力驱动放入大脑中，并且用超声的方式解决供电问题。当然这也在研发阶段。

其次是生物兼容。

成功植入人脑的设备能呆多久，过程中的感染等安全问题如何避免，同样是座难以跨越的大山。

美国FDA唯一批准用于临床的脑电采集微电机是“犹他阵列”，但Neuralink认为其探针坚硬会划伤大脑，进而采用了柔性聚合物。

虽然在发布会上，马斯克宣传植入设备的小猪2个月来十分健康，但这并不能代表什么，现有的植入性设备很多能保证半年的安全存活时间，马博士说。

实际上，美国FDA希望不易移除的医疗设备能在人体中至少安全存在10年。

除了技术和材料，脑机接口将引发的伦理问题同样值得深思。

脑机接口设施若被非法使用（如恶意输入信号，更改信号阈值等）极有可能引发脑部混乱及受损。 

而理想状态下，这项技术不但能采集人类已表达的信息，还能够解读大脑隐私的想法，并传递到外部设备。这意味着每个人的想法都有了窥视的途径，届时人类的隐私又如何能保障呢？

但不可否认的是，Neuralink团队在两方面取得了显著进展，一方面是缝纫机式的手术机器人大大改进，可在大动物和人类大脑自动植入上千根电极丝，上次是一个只能用于大鼠的原型机… ... 另一方面是植入器件的微型化和无线传输设计，洪波教授表示。【1】

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站在未来，回望过去，从蒸汽机和电力主导的工业革命，到信息革命和如今的人工智能时代，科技进阶一直是人类文明发展的动力。

每一次革命都伴随着担忧和争议，但没有人愿意固守原地或者倒退回农耕时代，我们每个人都在主动或被动地被科技重塑着。

B站UP主“老师好我叫何同学”播放量超过2000万的作品《5G在日常使用中的真实体验》中，何同学向前搜索了2012年4G刚萌芽时人们对于新技术的预测。那时的人们对4G的想象只是“更快”，没有人能预见短视频和直播的出现。

技术演进本身所带来的变革远超人们的视野。

脑机接口同样也是如此，我们既要怀着对科技的美好期待，也要保持冷静和理性警惕随着而来的潜在危险。

7月10日，在回答Twitter上网友“Neuralink是否可以用来训练大脑导致上瘾和抑郁的部分？”时，马斯克回答：“当然，这既伟大又可怕”。

 （感谢清华大学马恺声博士对本文的指导与贡献）

参考资料：

【1】《怎么夸马斯克都不为过，但不好意思，“脑机接口”离让你永生还远着呢》，

           公众号《品玩》

【2】《脑机接口技术离“治疗”还有多远》，动脉网

编者按：本文转载自微信公众号：杭派工程师(ID：hpgcsv)，作者：云希