腦機交互，極富挑戰的尖端技術

章江

馬斯克雄心勃勃

1946年2 月14日，世界上第一臺電子計算機問世，全名叫“電子數值積分和計算機”，簡稱“埃尼阿克”。自那時起，計算機便和人類的結合日趨緊密。20世紀80年代進入千家萬戶，隨后又移至人們的膝上、口袋里或者腕間。有科學家預期，它總有一天會進入人類的大腦。伊隆·馬斯克新設立的Neuralink公司就是要將這個夢想成為現實，通過將機器界面植入人腦，“動動腦”就能直接使用互聯網和它能提供的所有計算能力。提起馬斯克，人們也許并不陌生。有了Neuralink，這個硅谷鋼鐵俠創建的科技公司數量就變成了五個，其他四個分別是：生產電動汽車和電池的特斯拉公司、從事火箭研究的太空探索技術公司、制造新型太陽能屋頂的太陽能公司和采用懸浮真空列車的超回路列車公司。

馬斯克為什么要開發這種如此高風險的技術呢？因為在他看來人工智能要比這危險得多。這位企業家三年來一次又一次地發出警告：人工智能是人類目前最大的威脅。為了確保人工智能技術向“對人類有益的方向”發展，馬斯克還與Y Combinator創始人山姆·奧特曼一起，建立了非營利組織OpenAI。他反復強調用以支撐這一想法的論據是：人工智能很快將主導這個世界，人類需要欣然接納腦植入物才不至于變得無足輕重。但也有人提出異議，認為利用人為手段來增強人類智能，以此來應對人工智能的蓬勃發展，這似乎有點過火。

今年二月在迪拜舉辦的世界政府峰會上，馬斯克談到人工智能的威脅后描繪道：隨著時間推移，人們可能將會看到生物智能和機器智能的結合體。這種結合主要是出于對帶寬的考慮，就是人的大腦和數字設備之間的連接速度，特別是輸出速度。可以通過一種名為“神經織網”實現這種結合，這一科幻概念由小說家伊恩·M·班克斯構想。作為一種可注射的網狀物，“神經織網”能從硬件上將人腦和計算機連接起來，讓它們直接通信。從本質上說，就是將機器界面植入人腦。

能夠像在計算機上讀寫數據那樣自如地在人腦內讀寫數據的設備，目前仍然只停留在想象的世界中，但神經科學家并沒有就此停止對某些猜測的探究。洛杉磯南加州大學的西奧多·伯格提出，人腦植入物也許可用來存儲和提取記憶。他所說的這種大腦假體將被用于幫助那些腦部因受損而無法形成長期記憶的人。不過，如果這一想法奏效，那些大腦并沒受損的人似乎也并沒什么理由不應該要、也沒理由不想要這種假體類似的東西。馬斯克本人的想象更為大膽。他覺得可以有這樣一種植入物，讓植入者直接就能使用互聯網以及互聯網提供的所有計算能力。

向人腦植入設備

“由于手機和電腦的廣泛運用，我們實際上已經成為半機器人了，手指的動作或者語音指令就是交互接口，只不過這種交互速度太慢了。”馬斯克表示，“如果你的頭顱中有‘神經織網，就可以從腦中直接將數據無線傳輸到設備上，或者傳到有著無盡計算資源的云端。由于對人類大腦究竟如何進行信息編碼的理解仍然不足，要設計腦機接口并不容易。要用上有意義的人腦界面，還得四到五年。”

2016年7月，Neuralink公司在美國加州注冊，商標申請文件稱將打造用于治療及診斷神經系統疾病的侵入性裝置。研究的重點擺在創建可植入人腦的“腦機交互”設備，允許人腦直接與計算設備相連。終極目標是幫助人類與軟件融合，積極利用人為手段增強人腦的智能，跟上人工智能的發展腳步。

為了組建Neuralink研發團隊，馬斯克面試了1000多人，最終選定八個幫助他打造人類未來的人選。他指出，組建一個名副其實的“最強大腦”團隊本身就是一個巨大的挑戰，需要找到有能力進行跨學科研究的人才，所涉及的研究領域覆蓋從腦外科學到微觀電子學等諸多學科。招募到的有頂尖的工程師、享有盛名的神經外科醫生和世界一流的芯片設計師等，分別來自麻省理工學院、杜克大學和美國國際商用機器公司等世界知名學府和企業，研究課題包含“神經塵”“腦皮層生理學”和“人類心理物理學”等。如果說有任何人能幫助馬斯克實現他“人腦交互”愿景的話，那一定非他們莫屬了。

除了馬斯克的Neuralink公司外，還有另一家新創企業Kernel公司。它2016年10月由布萊恩·約翰遜創立，也是因提供在線支付的處理服務而致富的企業家。他確信“解開我們大腦的秘密是有史以來最為重要、意義最為重大的一個機會”，決定投資一億美元。作為計劃的第一步，Kernel工程師首先研制用于治療中風及阿爾茨海默癥等神經系統疾病的設備，最終打造出能夠強化認知能力、任何人也許都想買的植入物。

人腦與機器通信

我們的人腦有兩個重要的“層”：一是大腦邊緣系統，能夠控制情緒、進行長時間記憶和行為等；二是腦皮層，負責復雜想法、推理以及長遠規劃等。馬斯克想讓他的“腦機交互”系統成為可以協助人腦這兩個層的“第三層”。在他看來，人類或許已經具備了這個“第三層”，只是缺少一個能操控它的最好接口。

Neuralink的目標是將目前所掌握的技術直接放到我們的大腦里，將需要借助手機才能將自己的想法傳送給另一個人這種交流方式取而代之，替換成大腦對大腦的直接傳輸。“值得慶幸的是，我們完全有能力去控制這點，”馬斯克強調道，“別人是不可能讀取你的想法，你必須先同意讓他們讀取。如果你不同意的話，這事就成不了。就像假如你不讓嘴巴說話的話，你的嘴巴就蹦不出一個字。”

Neuralink不會通過“腦機交互”系統將人變成一臺行走的計算機，該公司傾力推出的第一款產品將更具針對性，用于幫助那些腦部因中風、癌灶或先天畸形等受到嚴重損傷的人。就像太空探索技術公司會利用替國際空間站運送貨物所賺取的資金來資助它對可回收火箭的研發，或是特斯拉電動汽車公司會利用它前期電動車產品的銷售利潤來資助它對新電池的研發那樣，Neuralink在早期將通過幫助治療疾病或是幫助殘障人士所賺取的資金來資助它研發尖端的“腦機交互”技術。至于何時能讓健康人用上進行心靈通信的技術，馬斯克估計要在Neuralink的產品被殘障人士用上8—10年，在此基礎上做進一步研發之后。endprint

馬斯克以往所取得的成就或許讓創新看起來變得容易了，因此對Neuralink這家新公司想法的復雜性變得有些簡單。實際上，要實現“腦機接口”，Neuralink需要解決一系列的難題。由于人腦的復雜性，以及研究人員目前對組成人腦的細胞協同工作的原理理解得并不充分，設計人機接口可謂困難重重。即使在理論上變得簡單易行，然而要讓硬質的現代化計算硅片跟生物學中黏濕的軟組織相融合也不會很容易。植入物常常會對周圍的組織造成創傷，將它們放入相應位置的手術本身也存在風險。

到目前為止，科學家還從未實現過將超過200個數量的電極一次性裝入人腦。為了實現這個能改變世界的新式交互方式，Neuralink團隊正在考慮一個像100萬個能同時記錄數據的神經元一樣的東西。這就要求不但要找到一個能讓我們的大腦同這些電極進行高效交流的方法，而且還需要解決將這些電極放置到人腦當中的具體操作問題。

從醫療用途入手

科學家正在尋找其他的辦法，并且有所突破。例如，邁阿密佛羅里達國際大學薩克拉特·齊茲洛夫博士領導的團隊使用的磁電粒子十分微小，能夠與單個神經細胞產生的電場相互作用。他們將數百億這種粒子一次性注射進小鼠尾部的血管中，然后用磁鐵將它們引至小鼠的大腦，每個粒子都會在外部磁場的刺激下產生電場。從理論上說或許可利用這種粒子來影響附近神經細胞的電位狀態，實質上就是重新編排這些細胞。再如，加利福尼亞州大學伯克利分校何塞·卡梅納教授及其同事正在開創另外一種替代辦法，使用一粒米大小的裝置將射向它們的超聲波能量轉化為電能來刺激神經或肌肉細胞。超聲波能穿透身體，因而無需電線就可驅動和控制這種裝置。

目前常見的腦界面名叫“猶他電極陣列”，使用時將這個布滿針狀電極的小塊插入大腦表層，只能向大腦發送最粗糙的信號。雖然齊茲洛夫和卡梅納所采用技術造成的創傷都小于“猶他電極陣列”，然而面臨的問題是沒有人了解軟件的天然對等物的工作機制，即大腦是如何進行信息編碼的。現有的這種接口只能接受訓練，而不能遵循指令行事。只有在大腦信號能被正確理解的情況下，才能有效地發布指令。

目前尚不清楚馬斯克和約翰遜的商業運作會采用何種技術路線，不過Kernel最近收購了從麻省理工學院剝離出來的肯德爾研究公司。該公司制造的裝置利用光而不是電來刺激大腦。但這兩家公司共同的假設似乎是一個明智的行事方法，即醫療上的用途也許會指向以消費者為導向的應用。

另外不容忽視的是，監管審批將成為Neuralink技術研發和推廣應用過程中一個很大的影響因素。人們或許會對此感到害怕，因為他們不敢讓別人切開他們的大腦來放置一些高科技的機械小玩意兒，Neuralink公司可能會因此面對種種非議。據美國知名皮尤研究機構最新發布的一份調查報告，比起基因編輯，民眾甚至更擔心“腦機交互”，甚至會無端地害怕自己腦子里的電腦萬一被黑客“黑”了怎么辦。

目前，只能在科幻小說讀到有關“腦機接口”的描述。最新的醫療研究表明，電極陣列和其他植入物可以被用來幫助改善帕金森病、癲癇癥和其他神經退化性疾病對人們的影響。然而，現在全世界在顱骨中安裝復雜的植入物的人少之又少，用了最基本刺激裝置的患者數量也大約只有幾萬人。究其原因，在于對人腦進行侵入性手術并植入物體危險性很大，只有當其他醫療方法無力對患者進行治療，才會選擇進行這樣的手術來緩解病情。

編輯：成韻 chengyunpipi@126.comendprint