脑机接口|被马斯克吹上风口的脑机接口：“人机共存”是在玩火？
如果时间能够倒流回3年前 ， 我们去街头进行随机采访问大家是否知道什么是脑机接口 ， 绝大多数人的答案会是：这是什么黑科技？但如果是在今天 ， 相信听说的人不在少数 。
这一巨大的转变很大程度上归功于媒体 ， 还有最近被热议的马斯克和他的“三只小猪”的故事 。
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来源：Neuralink官网
就在上周（8月29日） ， 马斯克召开了Neuralink发布会 ， 通过现场直播向世人展示了这样一套脑机接口新设备 。
不过进行的不是人体试验 ， 而是将芯片植入了猪的体内 ， 并表示小猪们“健康”又“快乐” 。
他表示 ， 该技术在治疗抑郁症、失眠、疼痛、癫痫、失明、失忆、中风等多种神经系统疾病方面有巨大潜能 。
这场全球瞩目的直播 ， 再次点燃了人们对脑机接口技术的认识和期待 。
所以我们今天就来摆一摆“脑机接口”这个“龙门阵” 。
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1、到底什么是脑机接口？
大家可以思考这样一个问题：如果有一天你有机会去获得任何知识和能力 ， 甚至是对抗死亡来保存你的思想和意识 。
但是实现这个的前提是：你需要在没有任何问题的大脑上开颅并且植入电极 。 这就是我们下面要说的脑机接口 。
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脑机接口 ， 字面意义其实很简单 ， 它是连接“大脑”和“机器“之间的一套媒介系统 。
那大脑指的是什么呢？脑（Brain）指的是有机生命形式的脑或神经系统” ， 而并非仅仅是抽象的心智 ， 例如你吃火锅时的脑花吃的就是这个“脑” 。
脑机接口首先要做的第一件事 ， 就是从这个“大脑”中提取出我们是如何高效地对外界事物进行表达的 。
第二个关键词：“机” ， 它指的是任何可以进行信息处理或者计算的设备” ， 其形式可以从简单电路到硅芯片 ， 再到计算机 ， 甚至是一个简单的外接设备 。 例如我们所看到的霍金的轮椅 ， 给人喝水的机械臂都是属于“机”的一部分 。
脑机接口最后的一部分就是“接口” ， 它指的是用于信息交换的中介物 ， 用于连接脑和机的部分 ， 起到的是信息交换的作用 。 大脑对于外界事物有着我们难以理解的表达形式 ， 所以我们也需要将大脑的表达形式翻译成机器能听懂的语言 ， 然后执行 ， 完成动作 。
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脑机接口就是联结有机体思想与无机体执行之间的媒介或者系统 ， 它的功能是把一个大脑对于表达外界事物的信息用机器能听懂的语言进行理解并且执行 。
那有了这样一个神奇的系统 ， 我们能用它做什么呢？世界会因为这个变成什么样子呢？
2、脑机接口能用来干什么？
人们在通常提到或者理解脑机接口时 ， 通常说到的就是脑控 ， 也就是用我们大家用大脑来控制机器 。
虽然霍金的这个轮椅不是脑机接口 ， 但是它是一个很好的类比：霍金只能依靠他的轮椅与外界交流 ， 轮椅集成了很多高科技的技术 ， 能够将霍金想要表达的东西都能顺畅地呈现出来 。
脑机接口既然是一套媒介系统 ， 那么意味着这套系统是双向的 ， 也就是信息不仅你能够从大脑流向机器 ， 也能够从机器流向大脑 ， 让大脑产生视觉、听觉、味觉等等各种感知觉 。
比如我们经常说的人工耳蜗 ， 人工义眼 ， 马斯克所说的用脑机接口来治疗疾病等等就属于这个范畴 。
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所以 ， 实际上脑机接口是分成两大类的：一类是大脑控制机器 ， 而另一类则是机器让大脑产生感觉 。
脑机接口起源于1969年埃伯哈德·费兹教授的一个著名实验 ， 实验将猴子大脑中的一个神经元连接到了放在猴子眼前的仪表盘 。 如果神经元能够产生一个电流的时候 ， 这个电流经过放大电路的放大 ， 就会导致仪表盘的指针会转动 。
如果猴子可以通过某种方式不停地刺激这个神经元产生反应 ， 那么它就能让仪表盘的指针不停地发生转动 ， 同时它就能不停地得到香蕉味的丸子作为奖励 。
渐渐地 ， 猴子越来越擅长去玩游戏 ， 学会了如何用意念来控制脑机接口系统吐出香蕉丸 。
如今马斯克是如何实现这套脑机接口系统的呢？是否真如大众媒体所说的那样取得了巨大的进展呢？
3、马斯克的脑机接口技术
马斯克的智能手术机器人可以在一小时内自动完成电极植入手术：
开颅 ， 取下很小的一块与设备大小形状吻合的头骨 ， 植入电极和电线 ， 最后安装脑机接口设备填补头骨的空缺 ， 而且这个手术机器人能够绕开血管 ， 不会有特别明显的损伤 。
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电极在进入脑子以后 ， 就能把脑内的信号通过替代颅骨的脑机接口设备传递出来呈现给大家 ， 我们就能去感知和改变大脑的活动 。
马斯克通过呈现出来的大脑信号预测了小猪关节活动和身体运动 。
发布会现场的三只小猪 ， 展示了芯片如何从脑部接收神经元信号：
Joyce 没有接受过植入手术；
Dorothy 曾植入过脑机接口设备 ， 现在已经移除 ， 伤口已经完全愈合；
Gertrude两个月前被植入脑机接口设备 。
小猪在手术之后的健康 ， 并且可以在一段时间之后安全取出 ， 验证了设备的安全性 。
马斯克的脑机接口系统的优势则是在工程应用领域的推进 。
此前的研究 ， 头顶戴着一盒方形的盒子 ， 然后这个盒子连着线 ， 走来走去会受到线的影响和长度的制约 ， 非常不方便 。
而马斯克则简化了这个设备 ， 将有线设备变成了无线传输而且只有硬币大小 ， 这样也允许了多个设备的同时植入 。
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在发布会上 ， 马斯克将脑机接口与疾病的治疗关联到一起 ， 世界上有相当大比例的一部分人会遭遇各种不同类型的与神经相关的疾病 ， 如：头号敌人“阿兹海默” ， 癫痫 ， 抑郁症以及精神分裂症等疾病 。
在目前医学领域内 ， 通过在颅内植入电极来治疗这些疾病已经取得一定的进展 。 未来的蓝图总是美好 ， 但发展终究是否如预期所盼？
4、脑机接口离实现还有多远？
脑机接口是一个看起来简单 ， 但是实践起来却十分困难 ， 需要多学科协同发展 。
我们如何去正确的理解我们的大脑 ， 人类对于大脑的探索还只是停留在婴儿期 ， 如何在有限的理解下去研发一个高精度的脑机接口系统这是非常具备挑战性 ， 大脑的信息应该如何正确的解码还原信息 ， 然后进行操作 ， 非常需要神经科学家们的努力与付出 。
例如 ， 美国的脑计划、欧盟的脑计划、以及即将呼之欲出的中国脑计划都是在这方面的投入、努力与付出 。
这也是目前马斯克的脑机接口系统目前的一个主要短板 ， 同时马斯克对脑机制和原理缺乏足够的关注和难度想象 ， 所以这也是为什么在科研圈内大多数人认为今年发布会缺乏在科学方面的重要进展 ， 而更多的是工程方面的革新 。
这一研究目前在国内也有所发展 。 今年1月 ， 浙江大学宣布完成了国内第一例电极植入的脑机接口临床研究 ， 这一重要的科研成果实现了利用大脑信号精确控制外部机械臂的三维运动 。
虽然此项研究在工程等领域还与国外存在许多差距 ， 但也意味着我国的技术水平已经开始跻身世界先进水平 。
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患者通过“意念”控制机械手臂吃油条 。 图源：浙江大学官方微信公号
有了脑机接口 ， 我们可以实现意念打字 ， 大脑控制假肢 ， 帮助盲人恢复视力 ， 聋哑人恢复听力 。
无需耳机 ， 直接将音乐输入大脑是《黑镜》中一项颇为科幻的场景 ， 但不久的将来 ， 我们或许真的可以实现 。
不用药物 ， 通过脑机接口来调节大脑中的化学物质水平 ， 从而控制情绪障碍 。
脑机接口除了在医疗健康领域具备上述显著的优势 ， 是否也有在其他领域的重要作用呢？
第一 ， 教育领域 。
在去年曾经报道出浙江一个小学利用脑机接口头环监控小学生注意力的新闻 ， 暂且不论此事件对于伦理的挑战和违背 ， 但是我们依稀可以窥见脑机接口能够帮助学生训练和提高学习效率面所存在的潜力；
第二 ， 在科技领域与人工智能的结合 。
人工智能的发展催生了替代人力的智能机器人 ， 那么脑机接口与人工智能机器人的结合 ， 则能将从人脑提取的信息传输到智能设备 ， 从而实现更高程度的机器人智能性的提高 ， 减少任务完成所需的时间 。
通过脑波来控制家里灯光的开关 ， 特斯拉汽车的启动与紧急转弯 ， 刹车智能操作或许是未来的常态 。
第三 ， 军事科技领域 。
当脑机接口的精度能够达到可信赖级别时 ， 可以更好地帮助军人操控无人机 ， 就像《黑客帝国》中我们可以通过脑机接口开直升飞机 ， 遥控F-35战斗机 ， 从事危险作战任务 ， 减少人员伤亡 。
此外 ， 我们还可以通过与外骨骼装甲的结合来提升士兵的单兵作战能力 。
第四 ， 你所看不见的未来 。
除了人机交互的增强 ， 那脑机接口是否可以提升人人之间交互的有效性呢？或许 ， 在这一点上 ， 我们也是可以想象的 ， 跨越时间与空间的限制 ， 脑机接口可以在将人脑与人脑互联 ， 但就目前的发展现状与伦理而言 ， 这似乎也只能停留于想象 。
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即使马斯克表示这一产品获得了FDA给予的突破性设备认证 ， 并将进一步投入到人体临床试验之中 ， 但是这一技术永远需要真正面对的问题则是伦理难题 ， 技术层面的问题则仅仅只是技术而已 ， 但是伦理问题则带来的应该是人们对这件事情的探索和认知上的思考 。
如何保证认知自由权、思想隐私权不被侵犯？如何避免脑机接口设备成为犯罪分子操纵人的工具？
我们发明一项技术的意图是好的 ， 探索物质世界、增长人类知识 ， 试图造福人类 ， 但是技术自我生长 ， 它的表现可能会超出普通人类的认知 。 有些实验甚至可能打开“潘多拉的盒子” 。
但是 ， 我们太关注科技进步本身 ， 却时常没有好好讨论它可以怎样与我们共生 。
在颠覆性科技的跃迁进程中 ， 我们应该建立怎样的是非观：科技向善 。
【脑机接口|被马斯克吹上风口的脑机接口：“人机共存”是在玩火？】作者丨邓虎 ， 中科院认知神经科学博士 ， 清华大学助理研究员
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