論馬斯克的“神經聯結”腦機接口

馬斯克（E. Musk）不但是世界首富，恐怕也是當代最語不驚人誓不休的人。他經營的公司不僅有為他賺錢的現實目標，還有科幻式的遠景暢想博取世人眼球。他的太空探索技術公司（SpaceX）雖然以可回收的太空飛船進行商業(yè)運行，但也沒有忘記打著移民火星的旗號來做廣告。旗下的神經聯結公司（Neuralink）也是如此，雖然其現實目標是在癱瘓患者腦中植入腦機接口，使患者有可能利用自己的腦信號控制外部設備，使其恢復部分行動能力。然而，他又警告世人人工智能存在統(tǒng)治人類的危險性，并宣稱他的腦機接口設備——“聯結”（link）可望把人工智能與人腦融合起來，把人變?yōu)椤俺恕保欢疫€可讓人無需語言或其他媒介就直接“傳心”，把所有的腦聯在一起就可成為一個“巨腦”。本文試圖解讀一下“聯結”技術到底有沒有值得期待的地方。

神經聯結公司

成立于2016年7月的神經聯結公司，自2019年之后多次大張旗鼓地開發(fā)布會，宣布在鼠、豬和猴等動物腦中植入“聯結”后的研究成果，并進行現場演示，每次都引起轟動。不過在此過程中也并非一切順利，由于趕進度而造成實驗動物死亡的數量超過1500只，引起維護動物權利人士的反對，馬斯克團隊中包括部分聯合創(chuàng)始人等也不斷有人退出。遞交給美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）旨在人腦中植入“聯結”的申請也一波三折，直到2023年5月26日才獲批準。同年9月20日正式宣布招募志愿者，招募對象為因頸椎損傷或漸凍癥導致四肢癱瘓的患者。目的是評估聯結和手術機器人的安全性，以及腦機接口在幫助癱瘓患者控制外部設備方面能起到什么作用。

2024年1月30日，馬斯克在社交平臺X上宣布，已于前一天成功完成首例患者的“聯結”植入，整個試驗大約需要6年時間才能完成。在此期間，患者將定期接受隨訪，以監(jiān)測試驗效果。馬斯克此前曾宣稱，2024年將進行11臺植入手術，到2030年，將為超過2.2萬人植入腦機接口。如此趕進度是因為他感到時不我待，如果不抓緊時間，人工智能就會控制人類。由于趕時間發(fā)新聞，許多報道缺乏深度的解讀。筆者從神經聯結公司成立之初就開始關注它，后面的事態(tài)發(fā)展也契合筆者長期跟蹤所形成的觀點。因為手術本身，除了倫理要求的寬嚴之外，與在豬、猴或者人身上做，并無原則性的差別，手術后的患者利用自己的腦信號控制外部設備甚至可能比動物還更方便些，因為人比動物能更好地與實驗者合作，只是在安全性方面要求要高得多而已。但“聯結”是否真的能在人腦中長期安全運行，只有等植入6年后才能下結論，這個問題絲毫沒有取巧的余地，以前的動物實驗都沒有經歷過這樣長時間的考驗。筆者以為現在就來解讀一下這個問題很有必要。

技術上有進步

腦機接口可分成兩大類，一類是無創(chuàng)傷性的，一類是創(chuàng)傷性的。前者如腦電，優(yōu)點是不需動手術、安全、易為使用者接受；缺點是信號的時空分辨率差，因所用腦信號往往不是腦直接發(fā)出的控制軀體動作的信號，而是已經過處理之后轉換成較簡單的幾類信號，通過它們來間接控制外部設備，所以可執(zhí)行的操作有限，且使用者必須經過大量的訓練，但不一定人人都適用。后者或稱“侵入性”的，優(yōu)點是直接提取指揮動作的腦信號，信號時空分辨率高，患者無需經大量訓練就能使用；缺點是要動手術，把電極長期植入腦內，這會帶來一系列安全問題。神經聯結公司的“聯結”屬于后者。經過7年研究，他們在把電極陣列直接植入腦內，提取腦信號控制外部設備等技術方面的進步，主要表現在電極、芯片和手術機器人三個方面。

柔性的多“絲”電極陣列 這種電極絲很細，寬度只有4～6微米，內含多根覆有多聚體絕緣層，僅在向外伸出的小片處有裸露的金電極，這些金電極排成一串接收信號。每個陣列共有1024個電極。與目前的腦機接口通常所用的電極相比，其電極的數量多一個數量級以上；這種電極絲細且柔軟，能隨腦的微小活動而活動，對腦造成的損傷較小。這種絲的生物相容性也較好，至少在豬腦中埋藏2個月以上沒有發(fā)現問題。

“聯結”芯片（link） 來自絲狀電極的腦信號傳送到一小塊只有一枚硬幣大小的芯片上，其中的集成電路包括獨立的可編程放大器、模數轉換器和用于串行數字化輸出的外圍控制電路，并把處理后的數據無線傳送給外部設備執(zhí)行動作，并能無線充電，足夠使用一天。整個芯片可以埋藏在顱骨內密封起來，不需像以前的腦機接口那樣，在顱骨上安裝USB接口進行有線傳送腦信號。這就使被植入者能“自由”使用在無線發(fā)送的距離內（5～10米）的外部設備。

手術機器人 電極絲既細又柔軟，數量眾多，需要在短時間內準確植入腦內，又要避開血管以免出血。為此他們開發(fā)了一種手術機器人，可以將電極絲植入腦內。該機器人具有自動植入模式，每分鐘最多可以植入6根絲（192個電極）。雖然整個植入過程可以自動進行，但外科醫(yī)生依然保留了完全的控制權，可以在每次植入皮層之前對電極絲的位置進行手動微調。該裝置能在1小時內完成整個手術，也不需要全身麻醉，更不需要專家團隊的手術，這都為該技術的推廣應用開辟了可能性。

豬腦實驗

在完成了這些技術后，神經聯結公司在大鼠、豬和猴身上進行實驗。在2020年8月舉行的一次演示會上展示了三頭豬：一頭無植入芯片的正常豬、一頭植入芯片又被移除的豬和一頭已植入芯片兩個月的豬。它們在發(fā)布會上表現出來的行為并沒有明顯差別。會上表演了當刺激豬鼻時所記錄到的神經信號，這表明系統(tǒng)能正常記錄1024道的神經信號，并已在豬自由活動的條件下穩(wěn)定工作了兩個月。會上還顯示了同時記錄的腦內神經信號及其在豬身上標定點的運動軌跡，系統(tǒng)通過機器學習，可以根據神經信號預測相應運動，兩者符合得相當好。這為研究實際控制外部設備打下了基礎。

猴腦實驗

2021年4月，他們在獼猴左右兩半球運動皮層的手和臂區(qū)，各埋藏了一塊聯結芯片，并訓練獼猴玩電子游戲，在猴子推動游戲機手柄時，同時記錄1024道腦信號和猴手的運動軌跡，并通過數據分析把這兩者關聯起來。即使把游戲機手柄去掉，只要猴子想象移動手柄，把記錄到的腦信號轉換成手的運動信號，就一樣可以玩電子游戲了。這使他們的研究在實際應用于臨床癱瘓患者方面又前進了一步。然而，就在2023年9月馬斯克宣布開始招募志愿者的同月份，一個醫(yī)學倫理組織披露馬斯克的公司隱瞞了一些實驗猴死亡的真正原因——植入物中有毒黏合劑泄漏引發(fā)炎癥，導致猴顱內壓升高，使腦變形和破裂。在沒有真正解決這一問題之前，任何志愿者在應募前無疑得鄭重思考。

神經聯結技術的優(yōu)勢和劣勢

目前唯一被美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準、可用于直接植入人腦內的微電極陣列，是美國猶他州黑石微系統(tǒng)（Blackrock Microsystems）公司生產的 “猶他”陣列（Utah array）。該陣列有100個剛性電極，由其采集的信號通過光纜傳送到前置放大器放大后，再接入該公司的“神經端口”（NeuroPort）主機進行信號采集、顯示、濾波、鋒電位檢測，最后經控制算法處理后驅動假體（替代某種肢體、器官或組織的醫(yī)療器械裝置）。

美國腦門（BrainGate）公司已在四肢癱瘓患者身上進行試驗的腦門系統(tǒng)所用的電極就是猶他陣列，采集到的信號有線傳送到外部設備解碼，并形成控制信號驅動機械手等外部設備。

艾倫腦科學研究所首席科學家科赫（C. Koch）評價說：“這個系統(tǒng)太笨重了。通常情況下，你不能把這個東西帶回家。它需要兩名訓練有素的工程師和一名醫(yī)生，等等。馬斯克現在的設備至少好上10倍。它有至少1000個通道，而且無需下載，就能把數據傳送到數字裝置，這很酷，對吧？” [4]很明顯，除了安全風險尚未真正解決之外，神經聯結的技術已經領先了。

神經聯結技術推廣應用的根本障礙在于，需要把大量電極直接植入腦內所帶來的安全風險。哥倫比亞大學電氣與生物醫(yī)學工程的謝潑德（K. Shepard）認為，對于涉及健康人的應用來說，非侵入性方法具有真正的優(yōu)勢。他說道：“我很難想象，在我的一生中，有一天會有健康人愿意接受手術，將植入物放進自己的腦袋里。”其實，即使是患者，在接受顱內手術之前，我猜也會有激烈的思想斗爭：做還是不做？

除了上述兩類采集腦信號的方法外，有人發(fā)明了一種介于這兩者之間的像安裝心臟血管支架那樣，通過微創(chuàng)手術把電極陣列由血管放入運動皮層區(qū)內，電極陣列釋放后張開來，附著在血管壁上，這雖然還沒有直接緊靠或插入神經元進行記錄，但是已經算是無需開顱就盡可能靠近運動神經元而監(jiān)視其活動了。

2022年7月，在獲得FDA批準后，紐約的一家澳大利亞公司Synchron把一小段長度不到4厘米的圓柱形空心電極網，在一位漸凍癥患者身上通過其頸靜脈，導入到運動皮層的血管后張開，附著在血管壁上，電極網上共有16個電極（在此之前，他們已在澳大利亞做過4例相同手術，全部成功，到2023年1月已植入一年多，未發(fā)現安全問題）。和植入血管支架略有不同的是，電極上需要有導線與事先植入患者胸部的設備相連。胸部的設備把腦信號放大后，通過藍牙傳輸給電腦或者智能手機。由于電極數少，而且不是直接記錄單個神經元的活動，所以，這種設備只能讓患者逐一挑選屏幕上所顯示的字母，以組成文字命令。不過，這依然使原來不能動彈的漸凍癥患者終于又可以和外界溝通了。患者可以發(fā)電子郵件、網購、召喚醫(yī)療服務等。[5]從安全性和患者容易接受的角度看，這種電極網確實要優(yōu)于神經聯結，且在臨床應用上也確實領先。但是如果解決了安全問題，那么在控制的精確性和應用的可能性方面，神經聯結可能更有其優(yōu)勢。

神經聯結在原理上并無重大創(chuàng)新

2003年，腦機接口先驅、巴西裔美國神經科學家尼可萊利斯（M. Nicolelis）及其同事就曾將電極陣列植入猴腦的運動皮層，利用由此檢測到的神經信號控制機械臂，進行伸手和抓取動作，開創(chuàng)了通過腦植入物控制外界設備的先河。2008年1月15日，他們甚至用實驗室中一頭猴的腦信號控制遠在日本京都的機器人和猴子同步行走，轟動了世界。其實，神經聯結公司直到現在所做的工作，其基本原理都已寫在尼可萊利斯在2011年出版的書[6]中了，他在書中甚至還提出了腦腦接口的概念。

在人腦中植入微電極陣列的第一例發(fā)生在2002年。2004—2006年，研究人員對4名四肢癱瘓患者用腦門系統(tǒng)進行了臨床試驗。患者可以用自己的腦信號控制電腦屏幕上的光標，使他能夠打開電子郵件，并操作電視設備等。后續(xù)研究一直進行至今，2012年5月，一位女患者用腦門系統(tǒng)讓機械臂給自己拿取咖啡罐，這是她15年來第一次能夠在無人幫助的情況下喝到咖啡。

其實，現在所有在皮層中插入電極陣列的技術都僅限于使癱瘓患者恢復部分運動功能并非偶然，因為在這方面腦科學研究已經提供了堅實的理論基礎：首先是驅使軀體各部分運動的控制中心在皮層中有相當精確的定位，科學家知道應該把電極陣列插到皮層什么位置；其次是決定肢體運動方向的并非是單個特異的運動神經元，而是一大群神經元的集體活動，科學家不需要海底撈針式地尋找這種高度特異化的個別神經元，只需記錄相應部位一大群神經元的活動，把這些神經元的活動信號經過處理與受試者肢體的運動方向建立對應關系，就可以驅動外部設備的動作了。這些思想早已有之，并非是神經聯結公司的獨創(chuàng)。

如果在腦機制研究上沒有更新的突破，那么腦機接口的臨床應用可能主要只限于幫助癱瘓患者恢復部分行動能力。馬斯克說：“我們能夠解決從記憶力喪失到聽力喪失、失明、癱瘓、抑郁、失眠、極度疼痛、焦慮、成癮、中風、腦部損害等一系列問題”，這恐怕難以實現。正如神經科學家霍維茨（G. Horwitz）所說：“如果你想讓我移動我的手臂，我知道把電極放在哪里。”“即使你能夠在我腦中的任何地方插入電極，如果你想讓我投拜登或特朗普的票，我也不知道你應該刺激哪里才能實現，或者以什么方式進行刺激才行。”[4]

科赫說道：“人們重視技術，尤其是在硅谷，因為這就是硅谷要做的事。它不是關于科學，而是關于工程。但我認為，從某種意義上說，技術是最簡單的。”“我們知道，三磅可興奮的腦物質產生視知覺、運動和痛苦，都是服從自然規(guī)律的生物信號，但對每秒流經數百億個細胞的數萬億個鋒電位如何構成特定的看到的圖像、聲音或運動，我們所知甚少。這并非受到技術上的限制，而是受到科學上的限制。”[4] 馬斯克看來恐怕還得更深入理解腦科學才行。

總之，從原理上來說，神經聯結并沒有多少創(chuàng)新之處。

“人和人工智能共生”與“全腦接口傳心”的迷思

馬斯克曾一再說，他創(chuàng)立神經聯結公司的初衷是緣于他對人工智能飛速發(fā)展的憂慮。2014年以來，他在多種場合反復警告過人工智能的危險性，人們需要認真對待。[7]

他提出：“我們所面臨的選擇，要么不是被拋在后面，成為無用之物，或是像寵物一樣，也就是像家貓之類一樣；要么就最終想辦法與人工智能共生融合。”他開出的藥方是開發(fā)可植入腦的腦機接口，使腦能和計算機以至云進行實時交流，使人工智能成為腦的一部分，通過將人類與人工智能融合，賦予人類超強的智力，成為超人，實現人與人工智能的共生。

馬斯克在2020年小豬演示會上，答記者問時又重申：“我們腦的許多努力是忙于把思想壓縮成話，而話很慢……實際上，我們可以發(fā)送我們的真實思想，這種交流顯然要好得多，因為我們可以把我們沒有經過壓縮的實際的概念、實際的思想傳送給他人。這是某種非語言內容的自愿的觀念上的傳心。”

筆者以為，要想建立全腦接口，無論從實際可行性，還是原則上來講，都存在很大的問題。首先，腦中有860億個神經元，要想同時測量那么多神經元的活動，這在實際上是不可能的。當然全腦接口的支持者也可以爭辯說，將來也可能發(fā)展出完全不同于迄今為止所采用的電極的新技術，但這都還只是一些設想。即使實現了可同時記錄所有神經元的電活動，如何處理這樣超海量的數據也是個大問題，且僅僅記錄神經元的電信號是否就能反映腦的全貌，也難斷言。因為腦本質上是一種電-化學機器，除了電活動之外，像神經遞質、神經調質之類的化學物質在腦活動中也起著極其重要的作用，全腦接口完全沒有考慮這些因素。此外腦中比神經元數更多的神經膠質細胞在腦中究竟起什么作用，也是一個并不清楚的問題，全腦接口也完全不考慮這一問題。關于這些問題以及所謂的“心智上傳”和“數字永生”都只是一種迷思。要詳細分析這些問題，說來話長，筆者在和卡爾·施拉根霍夫博士的討論中已有詳細的分析，[8]此處不再贅述。

即使真能解決腦和機器的雙向交流，如果認為只要人和人工智能融合起來之后，人工智能再強大也都成了人的一部分，因此受到人的控制。實際上，如果兩家聯合，一強一弱，必然是強者占主導地位，馬斯克既然擔心人工智能超過人類，那么兩者融合的結果必然是人工智能成了聯合體的靈魂，人則成了傀儡，成為人工智能的工具。一點都沒有解決他的擔心。

馬斯克雖然是企業(yè)界的奇才，但并非腦科學家。他的錯誤不禁使筆者想起魯迅在其雜文《名人和名言》中說過的話：“（聽名人的指點）必須有相當的警戒。因為是：博識家的話多淺，專門家的話多悖的。”“他們（指專門家，引者注）的悖，未必悖在講述他們的專門，是悖在倚專家之名，來論他所專門以外的事。社會上崇敬名人，于是以為名人的話就是名言，卻忘記了他之所以得名是哪一種學問或事業(yè)。名人被崇奉所誘惑，也忘記了自己之所以得名是哪一種學問或事業(yè)，漸以為一切無不勝人，無所不談，于是乎就悖起來了。”[9]馬斯克是一位首屈一指的企業(yè)家，也是一位技術專家，但是他對腦科學只是淺嘗即止，在他所專門的之外，他往往把腦當成了肉體版的計算機，而說出錯話。例如，馬斯克說過：“每個通道都既可讀出，又可寫入。”這里，他用了計算機技術中的兩個術語：從存儲器中復制其中的數字信號或是向存儲器存放數字信號。對腦來說，我們確實可以記錄神經元所發(fā)送的神經信號，這或許可以說是讀出（當然，如何解釋這種“讀出”，或者說解碼依然是個大問題，但這是另一個問題了），但是我們如何能向腦寫入信號呢？我們能做的只是選擇性地刺激腦的局部組織，而后來的效果則完全是腦自己的反應了。神經細胞并不會存儲刺激信號。在這里，馬斯克錯把工程技術上的“寫入”概念用到了生物學上。既然我們現在對如何向腦“寫入”還一無所知，那么，我們如何在兩個裝有腦機接口的人腦之間實現真正的通信呢？現在所謂“傳心”的腦-腦接口其實只不過是一種噱頭。[10]

筆者以為，在可預見的將來，并不存在馬斯克危言聳聽的危險，他開的藥方也不解決任何問題。在這個問題上，他究竟是拯救人類的先知，還是又一個危言聳聽的煉金術士，請讀者自己判斷吧！

[1]Elon Musk Neuralink. An integrated brain-machine interface platform with thousands of channels. bioRxiv， [2019-7-9].https：// doi.org/10.1101/703801.

[2]Pardes A. Elon Musk is about to show off his neuralink brain implant. Wired， [2020-08-28]. https：//www.wired.com/ story/elon-musk-neuralink-brain-implant-v2-demo/？bxid= 5cec254afc942d3ada0b6b70cndid=48167859esrc=so urce=EDT_WIR_NEWSLETTER_0_SCIENCE_ZZutm_ brand=wiredutm_campaign=aud-devutm_mailing=WIR_ Daily_082820_Scienceutm_medium=emailutm_ source=nlutm_term=list1_p2.

[3]維基百科條目. Brain implant. https：//en.wikipedia.org/wiki/Brain_ implant.

[4]Adam Rogers. Neuralink is impressive tech， wrapped in Musk hype. Wired， [2020-04-09]. https：//www.wired.com/story/neuralinkis-impressive-tech-wrapped-in-musk-hype/？bxid=5cec254afc 942d3ada0b6b70cndid=48167859esrc=desktopInterstitialsource=EDT_WIR_NEWSLETTER_0_DAILY_ZZutm_ brand=wiredutm_campaign=aud-devutm_content=Finalutm_ mailing=WIR_Daily_090620utm_medium=emailutm_ source=nlutm_term=list2_p5）

[5]Ha K. Switzer Z. Synchron announces publication of brain-computer interface clinical trial in JAMA Neurology. Businesswire， [2023-01-09]. https：//www.businesswire.com/news/home/20230106005449/ en/Synchron-Announces-Publication-of-Brain-Computer-InterfaceClinical-Trial-in-JAMA-Neurology.

[6]Nicolelis M. Beyond boundaries： the new neuroscience of connecting brains with machines and how it will change our lives. New York：Times Books，2011.

[7]Chadwick J. The terrifying ‘Neuralink’ machine that Elon Musk will use to turn humans into cyborgs by putting a chip in their BRAIN gets an ‘awesome’ upgrade， the tech billionaire claims. Daily Mail， [2020-2-7]. https：//www.dailymail.co.uk/sciencetech/ article-7977943/Elon-Musk-promises-awesome-update-Neuralinkbrain-implant.html.

[8]顧凡及， 卡爾·施拉根霍夫. 腦與人工智能系列： 一位德國工程師與一位中國科學家之間的對話. 顧凡及， 譯. 上海： 上海教育出版社，2019.

[9]魯迅. 且介亭雜文二集. 北京： 人民文學出版社， 1973.

[10]顧凡及. 心心相印的夢想， 腦腦接口的真相： 馬斯克追求的“傳心術”有可能實現嗎？微信公眾號： 返樸. [ 2022-03-01].

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