脑机交互，极富挑战的尖端技术

章江

马斯克雄心勃勃

1946年2 月14日，世界上第一台电子计算机问世，全名叫“电子数值积分和计算机”，简称“埃尼阿克”。自那时起，计算机便和人类的结合日趋紧密。20世纪80年代进入千家万户，随后又移至人们的膝上、口袋里或者腕间。有科学家预期，它总有一天会进入人类的大脑。伊隆·马斯克新设立的Neuralink公司就是要将这个梦想成为现实，通过将机器界面植入人脑，“动动脑”就能直接使用互联网和它能提供的所有计算能力。提起马斯克，人们也许并不陌生。有了Neuralink，这个硅谷钢铁侠创建的科技公司数量就变成了五个，其他四个分别是：生产电动汽车和电池的特斯拉公司、从事火箭研究的太空探索技术公司、制造新型太阳能屋顶的太阳能公司和采用悬浮真空列车的超回路列车公司。

马斯克为什么要开发这种如此高风险的技术呢？因为在他看来人工智能要比这危险得多。这位企业家三年来一次又一次地发出警告：人工智能是人类目前最大的威胁。为了确保人工智能技术向“对人类有益的方向”发展，马斯克还与Y Combinator创始人山姆·奥特曼一起，建立了非营利组织OpenAI。他反复强调用以支撑这一想法的论据是：人工智能很快将主导这个世界，人类需要欣然接纳脑植入物才不至于变得无足轻重。但也有人提出异议，认为利用人为手段来增强人类智能，以此来应对人工智能的蓬勃发展，这似乎有点过火。

今年二月在迪拜举办的世界政府峰会上，马斯克谈到人工智能的威胁后描绘道：随着时间推移，人们可能将会看到生物智能和机器智能的结合体。这种结合主要是出于对带宽的考虑，就是人的大脑和数字设备之间的连接速度，特别是输出速度。可以通过一种名为“神经织网”实现这种结合，这一科幻概念由小说家伊恩·M·班克斯构想。作为一种可注射的网状物，“神经织网”能从硬件上将人脑和计算机连接起来，让它们直接通信。从本质上说，就是將机器界面植入人脑。

能够像在计算机上读写数据那样自如地在人脑内读写数据的设备，目前仍然只停留在想象的世界中，但神经科学家并没有就此停止对某些猜测的探究。洛杉矶南加州大学的西奥多·伯格提出，人脑植入物也许可用来存储和提取记忆。他所说的这种大脑假体将被用于帮助那些脑部因受损而无法形成长期记忆的人。不过，如果这一想法奏效，那些大脑并没受损的人似乎也并没什么理由不应该要、也没理由不想要这种假体类似的东西。马斯克本人的想象更为大胆。他觉得可以有这样一种植入物，让植入者直接就能使用互联网以及互联网提供的所有计算能力。

向人脑植入设备

“由于手机和电脑的广泛运用，我们实际上已经成为半机器人了，手指的动作或者语音指令就是交互接口，只不过这种交互速度太慢了。”马斯克表示，“如果你的头颅中有‘神经织网，就可以从脑中直接将数据无线传输到设备上，或者传到有着无尽计算资源的云端。由于对人类大脑究竟如何进行信息编码的理解仍然不足，要设计脑机接口并不容易。要用上有意义的人脑界面，还得四到五年。”

2016年7月，Neuralink公司在美国加州注册，商标申请文件称将打造用于治疗及诊断神经系统疾病的侵入性装置。研究的重点摆在创建可植入人脑的“脑机交互”设备，允许人脑直接与计算设备相连。终极目标是帮助人类与软件融合，积极利用人为手段增强人脑的智能，跟上人工智能的发展脚步。

为了组建Neuralink研发团队，马斯克面试了1000多人，最终选定八个帮助他打造人类未来的人选。他指出，组建一个名副其实的“最强大脑”团队本身就是一个巨大的挑战，需要找到有能力进行跨学科研究的人才，所涉及的研究领域覆盖从脑外科学到微观电子学等诸多学科。招募到的有顶尖的工程师、享有盛名的神经外科医生和世界一流的芯片设计师等，分别来自麻省理工学院、杜克大学和美国国际商用机器公司等世界知名学府和企业，研究课题包含“神经尘”“脑皮层生理学”和“人类心理物理学”等。如果说有任何人能帮助马斯克实现他“人脑交互”愿景的话，那一定非他们莫属了。

除了马斯克的Neuralink公司外，还有另一家新创企业Kernel公司。它2016年10月由布莱恩·约翰逊创立，也是因提供在线支付的处理服务而致富的企业家。他确信“解开我们大脑的秘密是有史以来最为重要、意义最为重大的一个机会”，决定投资一亿美元。作为计划的第一步，Kernel工程师首先研制用于治疗中风及阿尔茨海默症等神经系统疾病的设备，最终打造出能够强化认知能力、任何人也许都想买的植入物。

人脑与机器通信

我们的人脑有两个重要的“层”：一是大脑边缘系统，能够控制情绪、进行长时间记忆和行为等；二是脑皮层，负责复杂想法、推理以及长远规划等。马斯克想让他的“脑机交互”系统成为可以协助人脑这两个层的“第三层”。在他看来，人类或许已经具备了这个“第三层”，只是缺少一个能操控它的最好接口。

Neuralink的目标是将目前所掌握的技术直接放到我们的大脑里，将需要借助手机才能将自己的想法传送给另一个人这种交流方式取而代之，替换成大脑对大脑的直接传输。“值得庆幸的是，我们完全有能力去控制这点，”马斯克强调道，“别人是不可能读取你的想法，你必须先同意让他们读取。如果你不同意的话，这事就成不了。就像假如你不让嘴巴说话的话，你的嘴巴就蹦不出一个字。”

Neuralink不会通过“脑机交互”系统将人变成一台行走的计算机，该公司倾力推出的第一款产品将更具针对性，用于帮助那些脑部因中风、癌灶或先天畸形等受到严重损伤的人。就像太空探索技术公司会利用替国际空间站运送货物所赚取的资金来资助它对可回收火箭的研发，或是特斯拉电动汽车公司会利用它前期电动车产品的销售利润来资助它对新电池的研发那样，Neuralink在早期将通过帮助治疗疾病或是帮助残障人士所赚取的资金来资助它研发尖端的“脑机交互”技术。至于何时能让健康人用上进行心灵通信的技术，马斯克估计要在Neuralink的产品被残障人士用上8—10年，在此基础上做进一步研发之后。endprint

马斯克以往所取得的成就或许让创新看起来变得容易了，因此对Neuralink这家新公司想法的复杂性变得有些简单。实际上，要实现“脑机接口”，Neuralink需要解决一系列的难题。由于人脑的复杂性，以及研究人员目前对组成人脑的细胞协同工作的原理理解得并不充分，设计人机接口可谓困难重重。即使在理论上变得简单易行，然而要让硬质的现代化计算硅片跟生物学中黏湿的软组织相融合也不会很容易。植入物常常会对周围的组织造成创伤，将它们放入相应位置的手术本身也存在风险。

到目前为止，科学家还从未实现过将超过200个数量的电极一次性装入人脑。为了实现这个能改变世界的新式交互方式，Neuralink团队正在考虑一个像100万个能同时记录数据的神经元一样的东西。这就要求不但要找到一个能让我们的大脑同这些电极进行高效交流的方法，而且还需要解决将这些电极放置到人脑当中的具体操作问题。

从医疗用途入手

科学家正在寻找其他的办法，并且有所突破。例如，迈阿密佛罗里达国际大学萨克拉特·齐兹洛夫博士领导的团队使用的磁电粒子十分微小，能够与单个神经细胞产生的电场相互作用。他们将数百亿这种粒子一次性注射进小鼠尾部的血管中，然后用磁铁将它们引至小鼠的大脑，每个粒子都会在外部磁场的刺激下产生电场。从理论上说或许可利用这种粒子来影响附近神经细胞的电位状态，实质上就是重新编排这些细胞。再如，加利福尼亚州大学伯克利分校何塞·卡梅纳教授及其同事正在开创另外一种替代办法，使用一粒米大小的装置将射向它们的超声波能量转化为电能来刺激神经或肌肉细胞。超声波能穿透身体，因而无需电线就可驱动和控制这种装置。

目前常见的脑界面名叫“犹他电极阵列”，使用时将这个布满针状电极的小塊插入大脑表层，只能向大脑发送最粗糙的信号。虽然齐兹洛夫和卡梅纳所采用技术造成的创伤都小于“犹他电极阵列”，然而面临的问题是没有人了解软件的天然对等物的工作机制，即大脑是如何进行信息编码的。现有的这种接口只能接受训练，而不能遵循指令行事。只有在大脑信号能被正确理解的情况下，才能有效地发布指令。

目前尚不清楚马斯克和约翰逊的商业运作会采用何种技术路线，不过Kernel最近收购了从麻省理工学院剥离出来的肯德尔研究公司。该公司制造的装置利用光而不是电来刺激大脑。但这两家公司共同的假设似乎是一个明智的行事方法，即医疗上的用途也许会指向以消费者为导向的应用。

另外不容忽视的是，监管审批将成为Neuralink技术研发和推广应用过程中一个很大的影响因素。人们或许会对此感到害怕，因为他们不敢让别人切开他们的大脑来放置一些高科技的机械小玩意儿，Neuralink公司可能会因此面对种种非议。据美国知名皮尤研究机构最新发布的一份调查报告，比起基因编辑，民众甚至更担心“脑机交互”，甚至会无端地害怕自己脑子里的电脑万一被黑客“黑”了怎么办。

目前，只能在科幻小说读到有关“脑机接口”的描述。最新的医疗研究表明，电极阵列和其他植入物可以被用来帮助改善帕金森病、癫痫症和其他神经退化性疾病对人们的影响。然而，现在全世界在颅骨中安装复杂的植入物的人少之又少，用了最基本刺激装置的患者数量也大约只有几万人。究其原因，在于对人脑进行侵入性手术并植入物体危险性很大，只有当其他医疗方法无力对患者进行治疗，才会选择进行这样的手术来缓解病情。

编辑：成韵 chengyunpipi@126.comendprint