人類首次植入腦機(jī)接口芯片！《黑客帝國》成為現(xiàn)實？

2024年1月30日，埃隆·馬斯克在社交平臺X（原推特）上發(fā)表了一條消息，“神經(jīng)連接公司（Neuralink）成功進(jìn)行了首例腦機(jī)接口人體植入手術(shù)，植入者的恢復(fù)狀況良好。而且，植入的腦機(jī)接口設(shè)備運(yùn)行良好，已經(jīng)接收到了植入者腦部的神經(jīng)信號?！?/p>

埃隆·馬斯克X消息截圖

而首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院團(tuán)隊與清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院團(tuán)隊，也于近日共同對外宣布，腦機(jī)接口取得階段性進(jìn)展，全球首例接受植入式硬膜外電極腦機(jī)接口輔助治療的四肢截癱患者，實現(xiàn)了自主腦控喝水。

圖片截自相關(guān)視頻

這表明，腦機(jī)接口已經(jīng)取得了不小的進(jìn)步，很多網(wǎng)友甚至開始擔(dān)心會有《黑客帝國》《攻殼機(jī)動隊》中，黑客借助腦機(jī)接口控制別人的事情發(fā)生。這種擔(dān)心有道理嗎？腦機(jī)接口究竟能派上什么用場呢？下面咱們就來詳細(xì)聊聊。

腦機(jī)接口是個新概念嗎？

這次馬斯克的“神經(jīng)連接公司”植入人體的設(shè)備，是下圖中這款叫做Telepathy的設(shè)備（神經(jīng)連接公司官網(wǎng)稱之為N1植入體）。

神經(jīng)連接公司的“N1植入體”，圖片截取自Neuralink官網(wǎng)

那么，這是一項史無前例突破嗎？

雖然很多媒體使用了“首例人體植入”之類的詞匯報道此事。但需要注意的是，這只是神經(jīng)連接公司的首次人體實驗，而不是腦機(jī)接口的首次實驗。腦機(jī)接口這個概念則可以追溯到1973年，加州大學(xué)洛杉磯分校的雅克·維達(dá)爾（JacquesVidal）首次提出了“腦機(jī)接口”（brain-computerinterface，簡稱BCI）。

而20世紀(jì)70年代，就有團(tuán)隊嘗試了腦機(jī)接口設(shè)備的人體植入實驗并成功了。而更早的時候，雖然沒有腦機(jī)接口的概念，很多人卻已經(jīng)做了該領(lǐng)域的研究（見下圖）。

腦機(jī)接口研究歷史，圖片來源：參考文獻(xiàn)

所以說，馬斯克本次手術(shù)成功，準(zhǔn)確地說是在前人基礎(chǔ)上又邁出了重要的一步。

近期的兩個成功案例，都做了植入，那么機(jī)接口非得往腦袋里安個零件嗎？像很多科幻片里那樣戴個頭盔就能接入不是更方便嗎？這就要講講腦機(jī)接口的兩種類型了——非侵入式腦機(jī)接口和侵入式腦機(jī)接口，下面就分別說說。

非侵入式腦機(jī)接口

非侵入式腦機(jī)接口聽著高大上，但很多朋友說不定用過，因為在醫(yī)院里我們可能會接觸到腦電圖檢查，腦電圖（EEG）就是很多非侵入式腦機(jī)接口的基礎(chǔ)。

醫(yī)生們可以用腦電圖來判斷大腦的功能，檢測疾病。而通過訓(xùn)練，人們也可以通過調(diào)整自己的思緒，發(fā)出某些特定的腦電波，來實現(xiàn)特定功能。

比如1965年，實驗音樂作曲家阿爾文·盧西爾（AlvinLucier）就通過讓人腦產(chǎn)生阿爾法波，來操縱打擊樂器，制作樂曲。

除了用來創(chuàng)作樂曲，非侵入式腦機(jī)接口還有更多實際用處。比如在20世紀(jì)90年代，神經(jīng)生物學(xué)家尼爾斯·比爾鮑默（NielsBirbaumer）開始訓(xùn)練10名幾乎癱瘓的癲癇患者通過腦電波來輸入字符，雖然輸入速度很慢，但對于幾乎癱瘓的病人來說，這已經(jīng)是非常了不起的了。

在2021年，研究者們也通過基于腦電圖的非侵入式腦機(jī)接口，收集中風(fēng)患者腦部的電信號，對電信號進(jìn)行分析之后，讓機(jī)器人輔助患者進(jìn)行手部運(yùn)動，促進(jìn)手部運(yùn)動功能恢復(fù)。

除了檢測腦電波，非侵入式腦機(jī)接口也可以通過其他手段來判斷大腦的動態(tài)，一家叫做Kernel的公司，就通過一個像頭盔一樣的紅外設(shè)備檢測頭部的血液中某些成分的變化，從而間接推斷大腦的神經(jīng)活動。這個設(shè)備可以識別出一個人正在聽什么歌曲，還能夠幫助醫(yī)生進(jìn)行一些跟大腦有關(guān)的疾病篩查。

非侵入式腦機(jī)接口設(shè)備的特點是，可以直接從外部檢測大腦信號，不需要進(jìn)行手術(shù)，實驗比較方便，且風(fēng)險比較低。但因為頭骨、皮膚的干擾，非侵入式的腦機(jī)接口的分辨率會受到影響。如果能夠直接從大腦皮層接收信號，能夠獲得更準(zhǔn)確的神經(jīng)信號，這需要另一種腦機(jī)接口——侵入式腦機(jī)接口。

侵入式腦機(jī)接口

侵入式腦機(jī)接口需要進(jìn)行手術(shù)，將電極植入到大腦皮層或者灰質(zhì)中，從而獲取更準(zhǔn)確的信號，這次的N1植入體就屬于這一類。

早在1978年，侵入式腦機(jī)接口就已經(jīng)進(jìn)行了人體實驗。當(dāng)時，科學(xué)家威廉·多貝爾（WilliamDobelle）希望通過侵入式腦機(jī)接口設(shè)備幫助非先天性失明患者“重建視覺”。

多貝爾在一位非先天性失明的患者視覺皮層內(nèi)植入了電極設(shè)備。這個電極設(shè)備與患者眼鏡上的攝像頭相連接，攝像頭在采集到周圍環(huán)境的光信號之后，把信號發(fā)射到電極，電極刺激受試者大腦中的視覺皮層，讓失明的人重新“看到光”。這也是最早的侵入式腦機(jī)接口人體實驗。

除了能夠解決視覺問題，侵入式腦機(jī)接口在移動光標(biāo)和控制假肢方面也有很多應(yīng)用。比如，在1998年，一位患“鎖定綜合征”（幾乎完全癱瘓，不能移動四肢）的患者植入了腦機(jī)接口設(shè)備，通過這個設(shè)備，患者能夠用“意念”操縱電腦光標(biāo)。

而2024年1月神經(jīng)連接公司的侵入式腦機(jī)接口設(shè)備，能夠?qū)W習(xí)使用者的腦電波和意圖之間的關(guān)系。按照馬斯克的說法，這個設(shè)備能夠幫助使用者操控手機(jī)電腦，以及手機(jī)電腦連接著的任何設(shè)備。

當(dāng)然了，侵入式腦機(jī)接口也并非沒有缺點。最顯而易見的就是手術(shù)風(fēng)險了，而且手術(shù)后，傷口處可能會產(chǎn)生瘢痕組織，影響電極接收到的信號。另外，人體可能會對植入物產(chǎn)生排異反應(yīng)，這可能會對植入者的身體產(chǎn)生負(fù)面影響，還可能造成感染。所以，侵入式腦機(jī)接口和非侵入式腦機(jī)接口并沒有絕對的誰好誰壞，要綜合判斷效果和風(fēng)險。

人的念頭紛繁蕪雜，想弄明白主人到底想干啥，對腦機(jī)接口來說，確實是個艱巨的任務(wù)，無論是侵入式還是非侵入式腦機(jī)接口，都需要收集大腦發(fā)出的信號，將這些信號轉(zhuǎn)換成特定的意圖，這個過程需要對大量的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，而這正是人工智能技術(shù)特別是深度學(xué)習(xí)技術(shù)所擅長的。

隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，人工智能填補(bǔ)了混亂的腦電圖數(shù)據(jù)的空白，大大降低了解碼記錄中的錯誤率。因此，隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，腦機(jī)接口技術(shù)也突飛猛進(jìn)。

腦機(jī)接口將成為黑客的后門？

《黑客帝國》《攻殼機(jī)動隊》這樣的科幻作品里，黑客高手輕易就能通過腦機(jī)接口獲取別人的信息，甚至操縱被入侵者，很多人反對腦機(jī)接口也是出于這個原因。

這不，馬斯克關(guān)于腦機(jī)接口的消息一出，評論區(qū)立即出現(xiàn)了對于腦機(jī)接口安全性的擔(dān)憂，比如點贊最高的是下圖中這樣一條消息：“當(dāng)你的腦機(jī)接口芯片被黑客入侵時（你的狀態(tài)）”。

圖片來源：消息截圖（注：圖片是網(wǎng)絡(luò)上流行的一首著名洗腦神曲mv截圖）

除了安全性，腦機(jī)接口也可能會帶來一些倫理問題，比如腦機(jī)接口領(lǐng)域有一個研究方向是情緒識別和情緒調(diào)控。比如腦機(jī)接口設(shè)備能夠識別出一個人不愿意表露出的真實的情緒，同時可以通過電流刺激特定的腦區(qū)，從而“調(diào)節(jié)情緒”。如果我們不想被人知道自己的想法，不想在悲傷的時候被強(qiáng)行變得開心，這樣的腦機(jī)接口設(shè)備會不會存在倫理問題？

好消息是，目前來看，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不用擔(dān)心這些問題，因為目前的腦機(jī)接口技術(shù)還遠(yuǎn)做不到科幻電影中的程度，而且腦機(jī)接口技術(shù)目前并不面向普通人，大部分腦機(jī)接口僅僅是用來幫助有障礙人士更好地生活。那未來呢？隨著腦機(jī)接口技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，它大概終究會有進(jìn)入普通人生活的一天。

但我們可以借鑒2009年《自然》（Nature）論文中提到的一句話：“腦機(jī)接口確實帶來了一些倫理問題，但是這些問題從來就不是新鮮的挑戰(zhàn)?！痹卺t(yī)學(xué)、科學(xué)領(lǐng)域，已經(jīng)有太多類似的案例，在一項技術(shù)真正步入大眾市場前后，與之相關(guān)的規(guī)范約束也會日漸完善，我們只需密切關(guān)注，不必提前恐慌。

參考文獻(xiàn)

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[7]https://www.scientificamerican.com/article/elon-musks-pig-brain-implant-is-still-a-long-way-from-solving-paralysis/

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[9]ClausenJ.Man,machineandinbetween[J].Nature,2009,457(7233):1080-1081.

本文為科普中國-星空計劃作品

出品｜中國科協(xié)科普部

監(jiān)制｜中國科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

作者丨科學(xué)邊角料 科普創(chuàng)作者

審核丨陶寧 中科院生物物理研究所 副研究員