所想即所得——脑机接口发展前景：跨维沟通或成现实？

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文 | 厂间八卦见闻

科幻作品甚至宗教神话之中，常常出现隔空取物，意念真成的超能力，不需要直接触碰就能够控制周围的物体。这些超能力无一不是人类对于渴望进化和改造自身的表现。在过去，超能力只存在于人们的想象之中，但随着科技的不断进步，脑机接口（BCI）的出现或许能够使其成为现实。

脑机接口发展史：从幻想到现实的缓慢过程

首先，什么是脑机接口？

脑机接口，是指在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备间建立的直接连接通路。“脑”一词意指有机生命形式的脑或神经系统。“机”意指任何处理或计算的设备，其形式可以从简单电路到硅芯片。

脑机接口概念最早出现在科幻作品之中，直到1969年，才进行了第一次真正意义上的脑机接口实验：科学家埃伯哈德将一只猴子的神经元和一个仪表盘进行了连接，然后通过神经元反馈仪表数值变动，来给猴子香蕉奖励。在经过训练之后，猴子可以通过神经元来控制仪表盘获取奖励。这一发现证明神经元具有可塑性，我们可以通过反馈机制来让神经和外部设备建立联系和控制。

直到20世纪90年代之后，人们才将动物实验之中得到的实践基础，逐渐应用于人体上。人体的早期植入设备主要被用于恢复损伤的听觉、视觉和肢体运动能力。最开始的研究主线仍然是大脑的皮层可塑性，将大脑皮层与脑机接口相适应之后，可以像控制自然肢体那样控制植入的假肢。但科学家们意识到，脑机接口能做到的应该远远不止于恢复人体功能，而是增强人体功能。

Facebook与 Neuralink:截然不同的发展方向

如今，在脑机接口研究领域取得成果的两家耳熟能详的巨头，分别是Facebook和马斯克的 Neuralink。

其中，Facebook 与加州大学旧金山分校Chang Lab 的脑机接口项目 Project Steno新进展，使痪失语患者恢复交流能力。他们在其大脑中的感觉运动皮层中植入了一片多电极列阵，用以接收并解码运动皮层传递给声道的大脑信号。通过记录皮层信号，来创建相应的计算模型来完成信号解码，并成功翻译出大脑传递的信号，准确率最高可达93％。

其实早在之前，Chang Lab 就发表过早期的 Project Steno 项目研究，该项目表明电极阵列和预测模型可以创建相对快速和复杂的思维类型系统。他们也尝试过使用大脑植入物在屏幕上触动光标，以及可视化手写字体，但效果都不太理想。

现如今，Facebook似乎打算放弃需要进行开颅手术的侵入式脑机接口，转而打造腕带设备。并在2019年收购了肌电图（EMG）腕带公司CTRL-Lab，为AR和VR提供了另一种思路，最终实现的是一种无需在人脑中植入电极的非侵入式脑机接口解决方案。这可能是为了能够扩大脑机接口产品在市场上的受众群体，毕竟不是每个人都愿意在头上开一个洞的。

目前Facebook已研发出一种可以用来意念打字的非侵入式脑机接口，此外，Facebook还与多所大学应用物理实验室等学校、机构建立合作，研究人员专门从事解码语音和语言的机器学习，希望能够建立具有先进空间分辨率的光学神经成像系统和神经假肢。但非侵入式与侵入式始终存在差距：非侵入式由于不直接与大脑接触，其对于神经元的信号接收速度和精准度远远不如侵入式。如果要达到人们对于脑机接口的最高期望值，还是侵入式更有优势。

与Facebook的保守不同，有“科学怪人”之称的马斯克，坚持研究开头颅插芯片的侵入式设备。马斯克在2016年起就成立了Neuralink，最初的目标是让瘫痪或肢体障碍的人仅凭自己的意识就能控制手机电脑，但随着近年人工智能的飞速发展，马斯克认为人类需要与人工智能相结合，成为“半机械人”，才能抵御人工智能带来的生存威胁,避免被人工智能时代所淘汰。

在2019年7月，Neuralink发布了旗下第一款脑机接口产品-“脑后插管”：将通过一台神经手术机器人进行头颅穿孔手术，向大脑内植入芯片，再利用外置的无线装置将意念发射出去，使其甚至能够与应用程序互动。而在2020年发布的产品LINKV0.9已实现完全的大脑内置，不再需要外置装置，并实现了24小时续航和无线充电功能。

技术瓶颈或成为人类脑科技的突破口

不过，侵入式接口面临最大的一个挑战就是需要解决手术时如何将对脑部的损伤降到最低的问题：随着时间流逝，穿刺电极会逐渐被炎症细胞所包裹，会导致信号缺失。而人体本身也极有可能会因为植入物产生排斥免疫反应，从而威胁生命。

与人体的其他环境不同，有人曾把大脑比作海边热带丛林：潮湿、炎热、多盐；与其它体内部位的环境不同，人类大脑的结构环境更为精妙神秘。要在这样的地方放置一个传感器，除了要考虑大脑环境的排异反应，还需要考虑植入物的耐用性，避免频繁替换造成颅内损伤。因此植入物的芯片一方面要满足对百万级神经元信息的采集处理；另一方面还需要足够小的体积，避免损伤压迫颅内组织，材质上也要尽量和颅内环境相适应。这对于现目前脑科学研究水平和生物学、电子学来讲都是一个不小的挑战。

目前植入体设计的两个主要方向，分别是小型导电电极技术和非电气方向技术。其中，将生物学和电子学相结合的非电气方向应该会成为未来植入体的主流，哈佛大学的洪国松博士尝试制造一种SU-8柔性聚合物制成的多孔网，上面镶嵌着传感器与导电金属。这一网状结构模仿了神经组织弹性而柔软的形态，并允许神经元和其他类型细胞在其中生长，可以解决大脑对于植入体的排斥反应。

但现下以Neuralink为首的侵入式接口产品都还在动物实验阶段-因为侵入式要进行开颅手术，而这种人体实验的机会非常难得，导致目前脑机数据样本量很少。加上人们的身体情况具有普遍差异性，如果没有大量可靠的人体数据作为支撑，就很难得到精准判断。因此，目前Neuralink这类侵入式设备的发展并不那么为人所看好。

而现有脑机接口技术也仅仅是初步解决脑—机方向的输出和控制问题，在基础原理限制下，控制效率和准确率都还很低。因此如果不从根本上重构现有脑机接口技术，脑机接口应用还将继续只是一个美好设想。根据现有情况来看，脑机接口技术还离大规模商业实用确实还有很远的距离。

赛博幻想：AI+脑机接口实现“超能力”？

马斯克曾经提到过关于脑机接口技术的“四层金字塔”，用以逐级“改造”人类，实现进化。

  脑机接口第一层金字塔：修复。通过心念操纵机器，让机器替代人类身体的一些机能，修复残障人士的生理缺陷。这个技术实现后，人类可以不用说话和触碰，只要通过意念，就可以随心所欲地来控制外物，实现以意驭物的超能力。

脑机接口第二层金字塔：改善。通过脑机接口，改善大脑运行，让人时刻精神抖撒、注意力集中、思维敏捷，能够高效地去做一件事情，学习新知识的速度成倍增长。

脑机接口第三层金字塔：增强。通过脑机接口，使人类短时间内拥有大量的知识和技能，通过记忆移植，最终实现人类意识和记忆在计算机世界的“永生”。

  脑机接口第四层金字塔：沟通。有了脑机接口，人类不用语言，仅靠大脑中的脑电信号就可以彼此沟通，实现“无损”的大脑信息传输。这种脑脑交互，彼此传递的本质是神经元群的活动。不像语言的模糊和词不达意，它是一种彻底的、100%的、毫无信息扭曲的“心领神会”。

在马斯克的四层金字塔理论之中，人类逐渐实现了“超体进化”，从意念控物到实现“永生”，必定离不开AI与大脑的连接。如果人能凭大脑的意识来控制AI，那么，人类在某种程度上实现了比AI更高一级进化的同时，也将与AI之间的联系愈加密不可分，甚至融为一体。那个时候的人类，还能够被称作原本意义上的“人”吗？随着脑机接口技术的深入，也必将面临的严重的人类伦理问题：如果我们的大脑能拥有与电脑相同的开发水平，但代价是失去独立性甚至人格，你愿意么？

人类的终极进化，是AI吗？

  脑机接口虽然能使孩子一出生就拥有博士学位，精通所有种类的语言，无所不知无所不能，但这也意味着对于大多数人来说生活将会失去目的和意义，所有人都仿佛生活在一个大型虚拟世界里面。脑机接口使得人类可以借助于大脑信号间的意识层面交互实现沟通，完全摆脱了语言、肢体、表情的限制。语言对话、文字记录将会消失殆尽，而由文字语言曾经建立起来的艺术文化，都只存在于‘人脑库存’的过去式之中，那么不再使用语言文字的人类还能否创造出新的诗歌、绘画、雕塑、等形形色色的艺术。当幸福、信仰、爱、精神、同情这些代表着人性的情感和灵魂，都逐渐被编码和算法所取代，人类文明是否会受到毁灭性打击并消失殆尽？

退一步来说，数字鸿沟导致不同人群在信息获取、资源占有、财富积累等诸多方面存在本质上的差异。那么随着脑机接口技术的应用，人与人之间的数字鸿沟将被进一步扩大：脑机接口技术有助于大幅度提升人类的认知能力，从而在学习、工作等活动中具有明显优势。但是受限于技术、政治、经济等方面原因，只有少部分掌握稀缺资源的人拥有“进化”所需的条件和成本，将成为某种意义上的“人上人”，这对其它大部分普通人来讲足够造成“降维打击”。而巨大的数字鸿沟无疑会导致人类社会中公平公正的丧失，引发尖锐的社会矛盾。

脑机接口，将人类进化需求的野心具象化，揭示了人类对于死亡和无能的恐惧，这其实是人类诞生以来就一直面临的问题，如今随着时代的进步，人类可以用科技医疗的手段逐渐延缓死亡的到来，用知识技术的沟通填补无能的空缺。也正是因为死亡和无能两大恐惧，人类的科技和文明才不断进步。如果脑机接口消除了这两项恐惧，我们下一个用以寄托的目标，会是什么？

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