好了，人脑要和电脑连一起了

袁斯来

特斯拉CEO马斯克也盯上了脑机交互。今年4月，他宣布自己成立了一家新公司NeuraLink，要开发一种名为“神经织网”（Neural Lace）的微型设备。这种柔性的网状设备能直接注射入大脑，收集和模拟大脑的电极信号。人的听觉、视觉、嗅觉甚至记忆都能“复制”。马斯克将其称为：感知读心术（consensual telepathy）。

其实，早在1990年代，科学家就在使用功能性磁共振成像仪等设备，让人脑与电脑相连，并试图“读取”人类的思想了，但它们非常笨重，人类的大脑需要被大型的机器完全罩起来，头上还要布满传感器—这种“脑机接口”方式并不自然。

马斯克的设想可谓解决了这一问题。但事实上，他已经落后了一步，美国国防部早就开始了类似的研究。

今年1月，美国国防部发布了一个野心勃勃的“神经工程系统设计”计划（Neural Engineering System Design，简称NESD），投入6500万美元，在和脑神经研究相关的高校和公司中挑选了6家机构，试图开发一些技术，同时记录人脑中100万个神经元的数据。这项技术能让残障人士更好地和外界交流，以及控制外置设 备。

相对于人大脑中的860亿个神经元，100万个微不足道，人类大脑深处的秘密还非常复杂。“但是我们如果能够直接将模拟信号传输入脑，NESD或许能够延伸出全新的神经学治疗方案。”发布这项计划的Phillip Alvelda说。

Paradromics是被选中的6家机构中唯一的商业公司，它将负责领导其中的一个和语言有关的项目，并获得了1800万美元经费。

Paradromics正在研发的是一种名为“神经I/O巴士”（Neural Input–Output Bus，简称NIOB）的技术，它能读取人的思想，解码人的语言，让电脑代替不能说话的人发声。不仅如此，它还能模拟视觉信号，植入盲人的大脑，让他们直接在脑海中“看见”身边发生的事。

整个过程听起来似乎也很简单：只用在大脑中植入几束“纤维导线”，再连接到位于颅骨的芯片上，最后通过头皮外的外部模块接入电脑。这套脑机装置，通过设置在脑内的芯片实时分析神经元的信号，在某种程度上就可以实现“读心”的功能。

这个计划的关键就是一束束微导线，它们必须足够纤细，才能在植入大脑后不会损伤脑组织，而且还得有一定的长度，才能连接到头颅的芯片。

实际上，早在1920年代，英国科学家G. F. Taylor就发现了一种加工金属导线的办法，通过高温加热，能在液态细金属丝外，包上一层已经软化的玻璃，冷却后就成了“夹心”管。到了1950年代，一位叫Ulitovski的苏联科学家完善了这种加工方法，那个时候就做出了直径只有几微米的导线。到了1960年代，一家不知名的罗马尼亚小公司生产出了直径只有20微米的绝缘线圈。

不过没有人能想到，半個世纪后，这些细线竟然能将大脑和机器连接起来。

当时，Paradromics的创始人Matt Angle还是美国一家研究所的研究生，专攻的方向是大脑中的嗅球部分，他想弄清楚神经元如何控制大脑嗅觉，但因为没有办法同时记录多个神经元的信号，研究进展很不顺利。

一次偶然，Angle听到教授和人聊起了那家罗马尼亚公司做出的金属丝。那个时候，这种金属线出现最多的地方是酒店：厂家会把这种带着磁性的线织到毛巾里，防止顾客退房时顺手牵羊。Angle立刻意识到，这种技术在他的研究中应该有更广阔的应用空间。

在此前，要做植入物的脑机交互，部件不够小，损伤大脑不说，工程还特别繁复。每一根金属丝都得焊接一个芯片，所以如果要记录100万个神经元的数据，估计花几十年时间也不一定能完成焊接。

但Paradromics用的技术，能够将这些金属丝集合成一束，全部植入脑中。这2万根金属丝将记录100万个神经元的信息，直径只有10至20微米，大概是一根头发丝的1/6，不过长度能达到几毫米。它们类似于电线，只是电芯由铂金或黄金这类贵金属制成，而绝缘壳用的是玻璃。

植入这些线束，只能通过脑部手术。因为尺寸足够迷你，线束不会造成强烈的排斥反应。据Angle介绍，它们起码能在人体里待上18个月。“我们相信，未来能够让这个过程延续至数年。”他对《第一财经周刊》说。

脑机连接的过程并不复杂。Paradromics会把这些线分成4束，每一束会记录20万个神经元信息。将线的一头削尖后，这把有尖头的“小刷子”能刺入脑部。这些线头不会穿过神经元，而是刺穿神经元周围的某个点。另一头则会抛光，和传感器表面触碰。这些传感器安装在能增强信号的CMOS芯片上。Angle把这个连接导线的传感器叫作“像素”。它可以记录和传输脑电压信号，也就是大脑的活动信号。

由于是在大脑内部操作，要保证有尽可能多的线头能接上传感器，Angle在芯片上随机安装了上万个传感器，他把它们称为“飞机着陆场”。这有些像是打靶，只能尽量提高命中率，但由于记录够多，少数的遗漏不会造成影响。

植入的系统还必须判断哪些信息是有用的，哪些是冗余的。毕竟，CMOS芯片无法承载每秒50G的数据。而且，这些信息还必须通过无线传输，发送到位于头皮的外部模块上，才能和计算机交互。

“能实现脑机交互，主要还是依赖导线器件性能的提升，还有CMOS芯片计算能力的增强。”Angle说。只要信号传输到了体外，实际上分析就很容易了。“我们的目标就是要尽量减少设备的外露。国防部要求，我们的装置不能让任何导线暴露在体外，因为会有感染的风险，机械也容易发生故障。所以，我们会将头骨部分在植入芯片后放回原位，直接用你自己的脑部组织保护这些植入物。”

Paradromics的任务和语言相关，所记录的是颞上回的信号，也就是人们说出的话语被大脑接收后对应的信号。NIOB分析每一个发音能转化成的“音素”，记录下对应的大脑反应，就能够知道说某句话时，这个人的脑中究竟在想些什么。

这种“逆向学习”的想法，来自于伯克利大学的神经科学家Robert Knight的研究—人们会产生对于声音的想象，也就是“听觉意象”（auditory imagery），例如有时人们脑中会不由自主地回荡起某个旋律。听觉意像和听觉感知（auditory perception）实际上是同一部分神经元在起作用。所以只要知道脑中的“旋律”，就能够逆向反推声音，让电脑“唱出这首歌”。

Paradromics沿用了类似的原理，只需要记录下人们飞速运转的脑海中，究竟在想些什么，就能根据这些信息，重现他们要表达的语言，并将人们的默读用电子合成器朗读出来。

对于有语言障碍的人士来说，如果能够在电脑的帮助下重新“发声”，肯定是振奋人心的，不过这项技术要实际投入使用还得花些时间。毕竟，它是要用只有一分硬币大小的芯片、几束比头发丝还细的导线，读取和分析100万神经元的信息。

另外，NIOB目前还只是单向的，也就是只能将电脑的信息输出，而暂时不能输入。这也是Paradromics这家公司未来要突破的。“双向交流的技术如果实现，甚至能让NIOB替代大脑中的受损区域。”Angle说。