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脑机接口|他的脑机接口被学术大佬齐踩，但我还是想夸一下这位梦想家

虽然学术大佬们表示新款脑机接口未体现神经解码进展 ， 但还是要夸一下这位梦想家 。 他让技术变得优雅 ， 更为人所接受 。
脑机接口|他的脑机接口被学术大佬齐踩，但我还是想夸一下这位梦想家
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马斯克现场展示脑机接口设备 ， 仅一枚硬币大小
作者 | 徐斯佳
在刚刚过去的8月 ， “极客商人”埃隆马斯克举办的一场技术发布会再次引发热议 。
会上展示了其2016年创立的Neuralink公司所研发的一款“新型脑机接口”（The LINK）：一枚硬币大小的芯片样设备被植入小猪大脑 ， 不到头发丝1/10细的电极与大脑多个功能区相连 ， 将捕捉到的大脑信号无线传输到电脑 ， 后者根据这些信息准确预测出了小猪运动时各关节的位置 。
现场还展示了一款微创手术机器人 ， 能将这种设备精确嵌入人的颅骨 ， 并以每分钟192个的速度向脑组织中植入电极 。 整个手术在1小时内完成 ， 人体无需全身麻醉 ， 术后当天就能出院 。
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新型脑机接口的构造简约精巧 |整理自neuralink.com
科技感爆棚的描述 ， 很自然让人联想到“记忆复制”、“意念交流”等科幻片中人脑的酷炫开发 。 但发布会上马斯克却没有提及这些诱人概念 ， 而是低调地称这款脑机接口设备的应用切入点是医疗 ， 包括耳聋、失明、阿尔兹海默症、瘫痪等神经系统疾病 ， 以及抑郁、焦虑、成瘾等精神障碍 。
其实 ， The LINK最大的亮点也并不在医学上 。 比如 ， 在小猪身上演示的收集脑信号预判肢体的运动 ， 现在医院里给肢体麻木、肌肉无力的患者做的肌电图检查就是类似原理 ， 只要几百块钱就能做 ， 还不用手术 。 而医用的脑机接口设备 ， 也早在几十年前就有了 。
脑机接口设备其实早在我们身边
脑机接口(Brain-Computer Interface, BCI)顾名思义 ， 是在大脑和机器间建立信号传输接口的技术 。 听起来高大上 ， 但其实并不是什么新概念 。
早在上世纪70年代诞生的人工耳蜗 ， 可谓迄今技术最成功、应用最普及的脑机接口 。 对于听觉神经完好 ， 却因耳蜗损坏、无法将外界声音传递给大脑的患者 ， 人工耳蜗就能起到信号传递的作用：佩戴在耳外的麦克风和语音处理器负责收集声音 ， 然后传给事先经手术植入耳内的天线和电极 ， 转换成电冲动 ， 最后传给听觉神经 ， 大脑就能“听到”到各种声音了 。 虽然这样听到的声音会损失很多细节 ， 不能完全替代正常听觉 ， 但也能帮助患者改善生活 。
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【脑机接口|他的脑机接口被学术大佬齐踩，但我还是想夸一下这位梦想家】人工耳蜗是目前最成功的“脑机接口” ， 声音被设备处理成电刺激传给听觉神经 | 作者整理
不仅是听觉 ， 大脑的各种知觉本质上都是神经电冲动 。 理论上 ， 只要外部刺激能通过电子元件转变成大脑可接收的信号 ， 就能产生相应的知觉 。 基于这个概念 ， 与人工耳蜗相类似的人工视网膜、电子鼻、触觉手套等脑机接口产品 ， 也都陆续被开发了出来 。
近年来 ， 面向瘫痪病人的机械肢技术也在不断进步 ， 带来不少温暖人心的时刻 。
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2014年巴西世界杯开幕式上 ， 少年利亚诺·平托通过脑机接口踢出了他瘫痪后人生中的第一球 | reddit.com
这样看来 ， 无论从医学原理 ， 还是设备功能上 ， The LINK其实并未展示突破性的成果 。 那为什么还会引起如此热烈的反响呢？
The LINK确实讲了个引人入胜的故事
其实The LINK最激动人心的地方在于材料和工程技术上的创新 ， 而这可能打破了脑机接口技术发展的壁垒 。
马斯克并不是个传统意义上的科研人员 ， 他是个很会说故事的商人 ， 知道什么样的产品更吸引人、更能推向市场 。
外观上 ， The LINK很容易让人联想到苹果公司的产品——充满简约之美 。 对比其他脑机接口设备 ， 这枚仅2.3cm x 0.8cm的“颅骨硬币”足够精致小巧 。 更别说它还与时俱进地结合了多种人们熟悉的现代科技：无线蓝牙数据传输 ， 手机app管理；24小时续航芯片 ， 并支持10米以内的无线充电……可以说是相当体贴大众了 。
而最重要的是 ， The LINK是一款优雅的植入式脑机接口 。
以往研究大脑深层功能的植入式设备 ， 要做开颅手术植入芯片 ， 而且能植入的电极数量也非常有限 ， 金属或者玻璃的材质容易引起排异反应 。 总体上创伤大 ， 风险高 ， 研究仅局限于小规模的动物实验 。
而与之对应的非植入式的脑机接口设备 ， 好比这种满脑袋插满电极的头套 ， 从头皮表面采集信号 。 暂且不提这顶着一堆线的粗陋形象 ， 关键是这样收集到的脑电信号容易被环境噪音干扰 ， 精度大打折扣 。
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非植入式的头套电极 。 | theconversation.com
人们也尝试过其他更抗噪的方法 ， 比如磁共振扫描 。 大脑的某个区域活跃时 ， 局部的血流也会发生变化 ， 通过收集不同行为时大脑的血流分布图 ， 也能整理出一定规律 。
但不管怎样 ， 这些非植入式设备仍有难以逾越的壁垒：无法做到双向信号传输 ， 只能由大脑向外单向输出信号 。 而即使是这样的单向传输 ， 外部设备能接收到的信号也非常笼统模糊 。
我们知道 ， 大脑具有多任务性 ， 比如你的手指不断刷着手机屏幕才能读到这里 。 隔着皮肤收集的信号 ， 或扫描的整体图像 ， 都是大脑众多信号叠加后的产物 ， 无法反映出大脑内部各个功能区域的运行、协作情况 ， 更别提破解大脑信号的编码机制了 。
再者 ， 每个人都拥有独一无二的记忆和情感 ， 世界上也没有完全相同的大脑 。 设备繁琐的非植入式接口难以普及 ， 研究只能获得极少数人的大脑活动数据 ， 那么得到的结论必然无法适用到广泛人群 ， 对人脑认知原理的研究难免如管中窥豹 。
所以 ， 要了解大脑的多任务工作模式 ， 以及人类行为和情感的个体化差异 ， 研发能接触脑组织、多区域采集信号的植入式脑机接口 ， 是必然趋势 。
在此不得不佩服马斯克的毒辣眼光 。 2015美国哈佛大学的一个团队发明了一种导电聚合物网状材料 ， 这种微米级的纤细材质十分柔软、具有流动性 ， 可通过注射植入活体内 。 由于兼具纳米电极和半导体的性质 ， 这简直是植入式脑机接口梦寐以求的材料 。 该研究于2015年8月正式发表于《自然纳米科技》期刊 ， 之后不到1年 ， 马斯克就成立了Neuralink公司 ， 并开始以这种材料为基础 ， 研发新型植入性脑机接口 。 于是就有了现在的The LINK 。
The LINK能向大脑植入多达1,024个电极 ， 触及更多大脑区域 。 和脑中血管的直径相比 ， 仅5微米细的电极侵袭性很低 ， 植入过程中能有效避开血管位置 ， 减少出血 。 并且 ， 这种聚合物和细胞的相容性很好 ， 不易引起排异反应 ， 插入部位组织损伤的修复物质渗出少 ， 电信号传递的灵敏性更高 。
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The LINK的核心材料是一种可注射的导电聚合物 ， 右图为该材料与脑部血管对比 |作者整理
一项新技术如果能做到容易使用、容易理解 ， 安全可行 ， 就更有可能收获人们的兴趣和信心 ， 从而招募到更多专业人才、志愿受试者和资金 ， 这将非常有利于科学研究和应用推广 。 从发布会的效果来看 ， 无论从科学还是商业角度 ， The LINK都足够吸睛 。 大家有兴趣可以去浏览一下Neuralink的官方网页 ， 感受一下文案 。
https://neuralink.com/
科幻与现实：看似近在咫尺 ， 实则远隔光年
The LINK能做到信号的无线传输 ， 那么理论上 ， 只要有对应的电子接口 ， 信号就能被接收并传达指令 。 也就是说 ， 大脑“动动念头”就能隔空驱动其他物体 。
你可能并不需要像哈利波特一样召唤扫把 。 但试想能把一辆特斯拉召唤到身边 ， 是不是还挺帅的？这在技术上其实已经不是什么难事了 。
但人们感兴趣的远不止于此 。 如果人脑的信息可以自由地上传或下载 ， 那么无论多复杂的知识和技能我们短时间内就能学会 。 在《黑客帝国》电影中 ， 崔妮蒂打了个电话就在脑中下载了直升机的驾驶程序 ， 还记得那句淡定的“Not yet”吗？
不会驾驶直升机不要紧 ， 在大脑中下载一个程序 ， 就分分钟搞定 。 |《黑客帝国》
而做到这一点的前提是掌握大脑的信息编码模式 ， 并在大脑和计算机之间直接进行高流量的双向信息传输 。
又或者 ， 当我们对大脑的功能区域划分了如指掌后 ， 对每个人都无法逃避的情感问题 ， 就可以选择只关闭负面的情绪来减轻痛苦了 。
如果痛苦情绪可以像开关一样被关闭 。 | 《吸血鬼日记》
而这些是人类技术迄今无法企及的 。 人类可以编写电脑程序 ， 来解读部分大脑信号 ， 但对脑内信号的编码机制依旧知之甚少 。
虽然马斯克声称The LINK的无线传输是双向的 ， 外部信号能对小猪的大脑能产生影响 ， 但到底是怎样的影响他也没说 ， 咱也不敢多问 ， 想必是会让小猪尴尬的 。
人类大脑含有860亿个神经元 ， 和无数的次级突触 ， The LINK的区区1,024个电极看得到的只能算是头上的一小片星空 ， 而在那之外是无垠的宇宙 。 就算按照摩尔定律“每18个月芯片的性能提高一倍” ， 脑机接口要能全面收集人脑神经网络的信号 ， 也得等到猴年马月了 。
但好消息是 ， 神经科学家们推算 ， 当脑机接口产品能够同时监测100万个神经元的实时信号时 ， 就足以达到用人脑操控交通工具、人机交互无需鼠标键盘 ， 直接通过脑机接口传递信息的程度了 。 那么假设The LINK的1,024条电极 ， 每条只测量一个神经元活动 ， 距离理想中具备100万个神经元带宽的脑机接口 ， 大约需要15年的时间 ， 也就是大概2035年前后 ， 这就有盼头多了 。
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十几年后的“脑机交互” ， 或许可以期盼一下 。 |来自网络
可能有人会说 ， 和基因编辑技术一样 ， 脑机交互达到一定境界后难免会引发安全性和伦理上的难题 ， 这项技术是又一个“潘多拉”魔盒 。
但无论如何 ， 科技的进步势在必行 。 纵观整个人类的进化史 ， 其实就是一部连续数千年的“人类认知史” 。 而眼下 ， 人类文明要通往全新的高度 ， 也只有建立在对大脑的认知不断深入的基础上 ， 否则在这个信息爆炸的时代 ， 对信息量的接受和处理 ， 对世界个体的了解终将令我们不堪重负 。 而只要达尔文的“适者生存法则”依旧成立 ， 能帮助人类适应时代变化的技术也将得以保留和发展 ， 而无法适应的个体或技术也终将被淘汰 。
（责编 高佩雯）
题外话：
“极客商人”改造人类社会的野心
深挖了一番新型脑机接口的技术背景后 ， 对马斯克的产品发布会的评价又出现了各种声音 。 有人称他展示的新型脑机接口为“人类下一阶段文明的钥匙” ， 也有人认为这和他既往的各个创业项目一样 ， 科技外壳的华丽下实际并没有多少实质性亮点 ， 而且在缺乏数据支撑的情况下 ， 把还没有达到的功能吹嘘得太玄乎 ， 对一些关键难题却避重就轻 ， 实在缺乏学术的严谨态度 。
但像上文中已经说到的 ， 马斯克本来就不是传统的科研人员 ， 他最擅长的是挖掘科技项目规模化商业推广的潜力 。 对于被他称为0.9版的The LINK脑机接口 ， 当下最要紧的或许正是画个美好的蓝图 ， 聚拢顶尖人才 ， 吸引资金 ， 继续技术攻关 。 事实上他确实在这么做 ， Neuralink公司创立才短短4年 ， 却已经是行业内的佼佼者 ， 并刺激了整个行业的加速发展 。
这位净资产超过1000亿美元的“科技发烧友”常常脑洞大开 ， 语出惊人 ， 大有“能用钱解决的问题都不是问题”的“壕”爽 。
但难得的是 ， 这位老兄并不是只在嘴上立flag ， 他吹的牛几乎都能变成现实 ， 而且效率很高 。 从可回收火箭、太空互联网“星链”计划、地下高速隧道 ， 到这次的脑机接口 ， 马斯克那些大胆超前 ， 科技感炸裂的创业项目都在不断为人们带来惊喜 。
同时我们还要看到 ， 除了敢想敢做不差钱 ， 国家的基础科研实力也是造梦的必要支撑 。 如果没有这种质地纤柔的导电聚合物做可注射型电极 ， The LINK的突破性就缺少了最重要的材料基础 。 另一方面 ， 医学、材料学、物理、工学等基础学科的交叉融合 ， 科研人员、商人、乃至普通民众共同关注、参与的项目才更有机会创造出超常的成果 。
用马斯克本人的话说 ， 一件事只要在物理上无法证明不可行 ， 那就是肯定可以做到的 ， 至于其他的困难都可以克服 。 他也正是以这种理念鼓励他的团队 ， 不计一切代价以最快的速度达到目标 。 这种乘风破浪的精神 ， 可能正是在没有超级英雄也没有超能力的现实中 ， 支持着我们带着效率有限的大脑和容易疲惫的身心 ， 不断勇攀高峰的力量吧 。
参考资料：
1.https://www.csee.umbc.edu/2015/02/debate-ethics-of-brain-computer-interface-technology/
2. https://www.who.int/bulletin/volumes/97/3/19-020319/zh/
3. Liu J, Fu T M, Cheng Z, et al.Syringe-injectable electronics[J]. NatNa, 2015, 10(7): 629-636.


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