腦機(jī)接口馬斯克開(kāi)出的又一味未來(lái)藥方

彭丹妮

繼電動(dòng)汽車(chē)特斯拉、發(fā)射衛(wèi)星與可回收火箭的SpaceX及超級(jí)高鐵Hyperloop之后，身兼商人和未來(lái)主義者的億萬(wàn)富翁伊隆·馬斯克，最近又把目光瞄準(zhǔn)了腦機(jī)接口技術(shù)。

“任何有關(guān)于人工智能發(fā)展速度的預(yù)測(cè)，都指向其將超越人類(lèi)。”馬斯克2016年曾表示，對(duì)此，這位“硅谷鋼鐵俠”提出的解決方式是在人類(lèi)大腦中加入一層人工智能，讓人類(lèi)與機(jī)器更快更直接地通信，在另一種意義上實(shí)現(xiàn)“進(jìn)化”。次年，馬斯克宣布啟動(dòng)一個(gè)新公司：Neuralink。

低調(diào)進(jìn)行研究?jī)赡旰螅诮衲?月17日的一場(chǎng)互聯(lián)網(wǎng)直播首秀中，Neuralink公司帶來(lái)了其最新的腦機(jī)接口技術(shù)。這款系統(tǒng)用長(zhǎng)得像縫紉機(jī)一樣的機(jī)器人，向大腦中植入超細(xì)柔性電極來(lái)監(jiān)測(cè)神經(jīng)元活動(dòng)，并將信號(hào)傳導(dǎo)至外部機(jī)器，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。馬斯克表示，希望Neuralink可以幫助治療腦部疾病，保護(hù)和增強(qiáng)人類(lèi)的大腦，并最終將人類(lèi)與人工智能融合在一起。

賽博朋克是科幻小說(shuō)的一個(gè)分支，情節(jié)通常圍繞黑客、人工智能及大型企業(yè)之間的矛盾而展開(kāi)。Neuralink新腦機(jī)接口系統(tǒng)的發(fā)布，甚至引發(fā)了人們對(duì)于賽博朋克時(shí)代提前來(lái)臨的討論：《黑客帝國(guó)》《超驗(yàn)駭客》等科幻電影中描繪的人機(jī)共生的震撼未來(lái)是否將要登場(chǎng)？

對(duì)此，美國(guó)匹茲堡大學(xué)研究腦機(jī)接口的神經(jīng)生物學(xué)教授Andrew Schwartz告訴《中國(guó)新聞周刊》，我們對(duì)于腦科學(xué)知之甚少，科幻作家們描繪的世界不過(guò)是一種猜測(cè);在可以預(yù)見(jiàn)的20年內(nèi)，如果這種技術(shù)能夠應(yīng)用于人體，那么最實(shí)際的可能性是在醫(yī)療領(lǐng)域。

站在巨人的肩膀上

Neuralink并不是第一家也不是唯一一家腦機(jī)接口（BCI）領(lǐng)域的掘金者，早在1990年代，BCI就已成為研究熱點(diǎn)。迄今為止，人與機(jī)器之間的溝通形式一直僅限于手工輸入和語(yǔ)音交互，科研人員設(shè)想借助腦機(jī)接口，開(kāi)辟人機(jī)之間一個(gè)全新的交流方式——通過(guò)大腦向機(jī)器直接發(fā)指令，即用意識(shí)控制機(jī)器。

Neuralink公司長(zhǎng)得像縫紉機(jī)的手術(shù)機(jī)器人。（左下圖）“縫紉機(jī)”機(jī)器人將電極線植入到大腦中。圖/Neuralink

就像一個(gè)無(wú)線遙控器一樣，大腦的運(yùn)動(dòng)皮層指揮軀體的行動(dòng)。擅長(zhǎng)以幽默的文風(fēng)闡釋復(fù)雜問(wèn)題的寫(xiě)作者Tim Urban解釋?zhuān)谶\(yùn)動(dòng)皮層的腦機(jī)接口的目的，就是當(dāng)這個(gè)遙控器發(fā)出一些命令的時(shí)候，腦機(jī)接口能夠收集到這個(gè)命令，將其傳達(dá)給比如假肢、機(jī)械或計(jì)算機(jī)。神經(jīng)連接你的運(yùn)動(dòng)皮層和你的手，而腦機(jī)接口就負(fù)責(zé)連接你的運(yùn)動(dòng)皮層和一臺(tái)計(jì)算機(jī)，就是這么簡(jiǎn)單。

實(shí)現(xiàn)大腦信號(hào)收集與傳達(dá)的過(guò)程，要涉及一系列工程難題。比如，打開(kāi)顱骨插入電極的侵入式接口。雖然有探測(cè)神經(jīng)元信號(hào)質(zhì)量較高的優(yōu)點(diǎn)，但也存在感染風(fēng)險(xiǎn)、生物相容性差等問(wèn)題。2006 年，一位脊髓麻痹患者接受了BCI 植入，他可以控制電腦鼠標(biāo)，甚至玩游戲。從那以后，作為科學(xué)研究的一部分，陸續(xù)有癱瘓病人在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂移動(dòng)等動(dòng)作控制。

他們使用的系統(tǒng)均為BrainGate，是世界上第一個(gè)類(lèi)似的腦機(jī)接口系統(tǒng)，由布朗大學(xué)開(kāi)發(fā)。科研人員將一種名為“猶他陣列”的電極列陣植入癱瘓病人的運(yùn)動(dòng)皮層。當(dāng)病人想要抬手或做其他活動(dòng)時(shí)，電極便可檢測(cè)到被這些意圖激活的神經(jīng)元，然后將信號(hào)傳導(dǎo)給機(jī)器，讓其完成對(duì)應(yīng)命令。

BrainGate系統(tǒng)中使用的猶他電極是一組堅(jiān)硬的針，最多適用于 128 個(gè)電極，使用起來(lái)就像往大腦里扎進(jìn)一個(gè)刺猬，對(duì)人體不夠友好。這種材質(zhì)在長(zhǎng)期使用中還會(huì)逐漸暴露出弊端，比如，大腦在顱骨內(nèi)可以自由移動(dòng)，但針無(wú)法隨之移動(dòng)，日積月累的磨損最終會(huì)導(dǎo)致接口損壞。

近來(lái)，根據(jù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，最先進(jìn)的電極是比利時(shí)公司Imec研發(fā)的神經(jīng)像素，上面集成了960個(gè)記錄位點(diǎn)，可以一次收集成千上萬(wàn)個(gè)腦細(xì)胞的數(shù)據(jù)，不過(guò)這只是單根電極，無(wú)法實(shí)現(xiàn)記錄的廣度。

傳感器組示意圖：固定在顱骨上的若干個(gè)傳感器，一邊連接植入顱內(nèi)運(yùn)動(dòng)皮層或者軀體感覺(jué)皮層的電極線，從大腦內(nèi)捕獲信息，一邊連接放在耳后的外部接收器。圖/Neuralink

相較而言，Neuralink使用的這套系統(tǒng)在96根電極線上掛滿3072個(gè)觸點(diǎn)，比以往的腦機(jī)接口技術(shù)能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)。更妙的是，這種電極線由薄而柔韌的聚合物材料制造，柔軟而靈活，且直徑僅約為人類(lèi)頭發(fā)的四分之一。這些電極線就像一串串珍珠，只不過(guò)在這條導(dǎo)電線上串起來(lái)的是一系列微小電極和傳感器，它們可從大量細(xì)胞中捕獲信息并將其無(wú)線發(fā)送到計(jì)算機(jī)以供分析。

這些柔性電極都會(huì)被埋藏在皮質(zhì)中，隨著大腦浮動(dòng)，所以不用擔(dān)心像“鋼針”般的猶他陣列那樣會(huì)劃傷大腦組織的問(wèn)題，由于這些高分子細(xì)線足夠靈活，隨大腦的位移也不會(huì)磨損自身。一位生物科學(xué)領(lǐng)域的教授接受《紐約時(shí)報(bào)》采訪時(shí)評(píng)論稱(chēng)，Neuralink線程的靈活性的確是一個(gè)進(jìn)步，不過(guò)，研究人員仍然需要證明這種電極線可以在大腦環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間生存，因?yàn)檫@種環(huán)境中的鹽溶液會(huì)使許多塑料變質(zhì)。

靈活與柔軟也意味著植入難度的大幅升級(jí)。對(duì)此，Neuralink 帶來(lái)了第二項(xiàng)重要突破——可以每分鐘自動(dòng)插入 6 根線程（192 個(gè)電極）的“神經(jīng)外科機(jī)器人”。這個(gè)機(jī)器人很像顯微鏡和縫紉機(jī)的混合體，它使用的所謂計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)，能夠閃避大腦血管的位置，減少大腦炎癥反應(yīng)的產(chǎn)生;工作起來(lái)就像縫紉機(jī)一樣，將一根根電極快速而安全地植入到大腦皮層中。據(jù)媒體報(bào)道，“縫紉機(jī)”機(jī)器人已在19個(gè)動(dòng)物中植入電極，87%的試驗(yàn)是成功的。

還有一個(gè)棘手的問(wèn)題是，電極記錄到的信號(hào)非常微小，且大腦內(nèi)的環(huán)境比較復(fù)雜，存在各種噪音。發(fā)布會(huì)當(dāng)晚，Neuralink在生物學(xué)預(yù)印論文網(wǎng)站biorxiv上發(fā)布了學(xué)術(shù)論文，透露了更多細(xì)節(jié)。文章指出，他們研發(fā)了一種定制化集成電路，可以更好地讀取、過(guò)濾和放大所收集的信號(hào)。該芯片還設(shè)計(jì)了一種特殊處理單元 ，能夠單獨(dú)對(duì)每個(gè)通道進(jìn)行預(yù)處理，并將最后記錄到的細(xì)胞膜表面電位轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

不過(guò)，目前數(shù)據(jù)的傳輸只能通過(guò)有線連接。該團(tuán)隊(duì)希望最后能夠通過(guò)將一種傳感器芯片植入人體來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線操作。具體來(lái)說(shuō)：Neuralink打算在大腦四個(gè)區(qū)域植入傳感器，三個(gè)位于運(yùn)動(dòng)皮層，一個(gè)位于軀體感覺(jué)皮層，然后在耳后放置一個(gè)外部接收器，并可以通過(guò)蘋(píng)果手機(jī)APP控制。

有專(zhuān)家認(rèn)為，這次發(fā)布體現(xiàn)了整體解決方案上高水平的綜合集成，多項(xiàng)技術(shù)都在以往基礎(chǔ)上有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。據(jù)《麻省理工科技評(píng)論》報(bào)道，柔性電極并非該團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)，而是利用得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校 Chong Xie 等人開(kāi)發(fā)的技術(shù)，不過(guò)，Neuralink解決了從植入到后期信號(hào)處理的一套流程。

賽博朋克遠(yuǎn)未到來(lái)

馬斯克擅長(zhǎng)將看似天馬行空的想法付諸實(shí)踐并推動(dòng)技術(shù)的商業(yè)化。Neuralink主席霍達(dá)克在發(fā)布會(huì)上表示，起初，他也不確定這個(gè)技術(shù)是個(gè)好想法，但馬斯克最終讓他相信這是可能的。在成立之初，馬斯克會(huì)見(jiàn)了1000多人，最終招募了神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域、腦外科、臨床試驗(yàn)等眾多領(lǐng)域著名學(xué)者到其麾下工作，包括美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的工程師與柔性電極專(zhuān)家 Vanessa Tolosa、主要負(fù)責(zé)腦機(jī)接口算法的美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校教授 Philip Sabes等。馬斯克也指出，這場(chǎng)發(fā)布會(huì)的主要?jiǎng)訖C(jī)是招募，讓更多的人才加入到Neuralink來(lái)。

不過(guò)，Neuralink并非這一技術(shù)領(lǐng)域的唯一玩家，事實(shí)上，它面臨的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手不在少數(shù)。據(jù)《華爾街日?qǐng)?bào)》2017年報(bào)道，F(xiàn)acebook 新的秘密項(xiàng)目向腦機(jī)接口工程師和神經(jīng)科學(xué)家發(fā)布了招聘信息;美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃署（DARPA）也計(jì)劃在 4 年內(nèi)投資 6000 萬(wàn)美元開(kāi)發(fā)植入式神經(jīng)接口技術(shù)，Neuralink推出的縫紉機(jī)器人也是由該部門(mén)所開(kāi)發(fā)。

美國(guó)匹茲堡大學(xué)腦機(jī)接口研究學(xué)者Andrew Schwartz指出，這項(xiàng)技術(shù)涉及的眾多組件，別的團(tuán)隊(duì)也同時(shí)在研發(fā)，但比起他們，Neuralink的一大壓倒性優(yōu)勢(shì)非常實(shí)在：錢(qián)包充裕，而且能有效地推進(jìn)他們的研究。不過(guò)最后能做出怎樣的成果，他表示還有待繼續(xù)觀望。

Neuralink由馬斯克成立于2017年，總部位于美國(guó)硅谷，目前擁有約 90 名員工，迄今為止已經(jīng)融資 1.58 億美元，其中至少有1億美元來(lái)自CEO馬斯克。據(jù)美國(guó)證券交易委員會(huì)（SEC）的文件顯示，今年5月，Neuralink 完成了此前 5100 萬(wàn)美元輪次融資中 3900 萬(wàn)美元的入賬。

Andrew Schwartz表示，這次馬斯克團(tuán)隊(duì)推出的科技主要是機(jī)械方面的創(chuàng)新，與科學(xué)不沾邊。過(guò)去類(lèi)似的系統(tǒng)已經(jīng)被證明具有幫助人們恢復(fù)行動(dòng)能力的潛力，但是龐雜的、不便于移動(dòng)的各式設(shè)備限制了這種方法走出實(shí)驗(yàn)室。而現(xiàn)在，Neuralink則在硬件上進(jìn)行創(chuàng)新，包括提高神經(jīng)元的記錄數(shù)量、將電極微型化處理，并通過(guò)無(wú)線方式替代人機(jī)之間的傳輸線，最終讓那些日常依賴這類(lèi)設(shè)備的人群更有可能常規(guī)使用。一言以蔽之，這些創(chuàng)新讓規(guī)模化使用成為可能。

美國(guó)南加州大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)系助理教授Andrew Hires告訴《中國(guó)新聞周刊》，Neuralink提供的解決方案尚未被應(yīng)用到人體身上，如果成功用于人類(lèi)，將會(huì)是當(dāng)前該領(lǐng)域最為先進(jìn)的技術(shù)。“就像實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)清晰度向高清電視機(jī)的飛躍，不過(guò)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到4K/8K級(jí)超高清電視的水平。”

“這一方向的技術(shù)進(jìn)步將有力推動(dòng)腦科學(xué)的研究。以毫秒量級(jí)的時(shí)間分辨率同時(shí)觀察并調(diào)控成千上萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)，將可能帶來(lái)腦科學(xué)研究范式的變化，從以往注意單個(gè)或是較少數(shù)量神經(jīng)元的研究，轉(zhuǎn)變到理解大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)與信息處理和腦功能的關(guān)系上來(lái)。”中科院自動(dòng)化所模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、腦網(wǎng)絡(luò)組北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任余山在接受媒體采訪時(shí)如此評(píng)價(jià)。

2017年，Tim Urban在Neuralink團(tuán)隊(duì)的幫助下，專(zhuān)門(mén)寫(xiě)了一篇關(guān)于腦機(jī)接口的長(zhǎng)文。他在文中指出，Neuralink依然面臨諸多挑戰(zhàn)，比如，如何處理人腦浩瀚的信息量——對(duì)于思想來(lái)說(shuō)，幾百個(gè)電極遠(yuǎn)不足以用來(lái)交流除了最簡(jiǎn)單的信息之外的東西。當(dāng)談到心目中那個(gè)能夠改變世界的腦機(jī)接口的時(shí)候，Neuralink團(tuán)隊(duì)給出的數(shù)字是“同時(shí)記錄一百萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元”。

在公司剛剛成立時(shí)，有報(bào)道稱(chēng) Neuralink 的第一批產(chǎn)品會(huì)被應(yīng)用于治療腦疾病，如癲癇或重度抑郁癥。中科院半導(dǎo)體研究所研究員王毅軍近日接受媒體采訪時(shí)表示，目前來(lái)看Neuralink公司的腦機(jī)接口系統(tǒng)更像一套通用的平臺(tái)工具，既可以用來(lái)診療神經(jīng)系統(tǒng)疾病，也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)通訊控制，又可以用來(lái)進(jìn)行神經(jīng)科學(xué)研究。可以根據(jù)具體用途來(lái)確定電極該植入大腦的哪個(gè)區(qū)域。

霍達(dá)克則表示，希望有朝一日——或許是不久的將來(lái)，Neuralink能夠幫助人類(lèi)擺脫一系列疾病，例如幫助癱瘓病人恢復(fù)行動(dòng)能力或幫助人們聽(tīng)、說(shuō)、看。該公司希望通過(guò)美國(guó)FDA的批準(zhǔn)，爭(zhēng)取最早于明年開(kāi)始人體臨床試驗(yàn);該團(tuán)隊(duì)的腦外科醫(yī)生Matthew MacDougall則表示，安全性是一個(gè)非常重要的目標(biāo)，最終他們希望這項(xiàng)技術(shù)就像激光眼科手術(shù)一樣可靠。