劉興亮 | 極簡(jiǎn)「腦機(jī)接口」技術(shù)發(fā)展史

01

人身上最精密復(fù)雜的器官就是大腦，它是產(chǎn)生意識(shí)、儲(chǔ)存意識(shí)、拓展意識(shí)的靈魂機(jī)構(gòu)，一切感覺(jué)、認(rèn)知和反思發(fā)生作用的場(chǎng)所。

可以說(shuō)，人的存在更依賴(lài)于大腦而非其他肢體，這就是為什么地球上有無(wú)數(shù)生物，人類(lèi)卻成為食物鏈最高端的原因。人能夠移山填海、飛離地球，靠的不是別的，是大腦。

古代的人們以為思考器官是心臟，后來(lái)發(fā)現(xiàn)是大腦。解剖學(xué)發(fā)現(xiàn)大腦的結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，大腦、小腦、腦干、垂體、下丘腦，左右兩個(gè)半球，復(fù)雜的大腦皮層，腦溝與腦回路，無(wú)數(shù)的神經(jīng)元。每個(gè)神經(jīng)元都延伸出許多細(xì)小的分支，從而與其他許多神經(jīng)元連接。

當(dāng)人思考時(shí)，信息會(huì)反復(fù)地在神經(jīng)元之間傳遞，合理的信息關(guān)聯(lián)會(huì)在神經(jīng)元之間建立連接（或通路）。只要有幾分鐘缺氧，大腦細(xì)胞就會(huì)成批死去，無(wú)論這個(gè)設(shè)備的哪部分出了差池，都會(huì)在智力和行為上表現(xiàn)出來(lái)。

左腦控制身體右半部分，右腦控制身體左半部分。大腦的不同部分分別控制人的肌肉運(yùn)動(dòng)、身體平衡、注意力、語(yǔ)言能力、味覺(jué)、觸覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、閱讀等等，某個(gè)部位受損后，相應(yīng)的能力即下降或消失。人的一切行為、情感和思考，都是這個(gè)小小器官在指揮。植物沒(méi)有大腦，所以大腦死亡后心臟還能跳動(dòng)的人稱(chēng)為植物人。

甚至可以這么設(shè)想，手所以能敲擊鍵盤(pán)，不是手在動(dòng)，而是意識(shí)在動(dòng)。

02

人類(lèi)研究大腦的歷史很長(zhǎng)，只是在現(xiàn)代科學(xué)興起后，解剖學(xué)和神經(jīng)學(xué)的發(fā)展才讓大腦的工作機(jī)制日益清晰。

大腦中的數(shù)十億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞（神經(jīng)元）通過(guò)復(fù)雜的連接通道相互之間發(fā)送和接收電信號(hào)（神經(jīng)元利用稱(chēng)為動(dòng)作電位的電脈沖，沿著其長(zhǎng)度方向傳遞信息）和化學(xué)信號(hào)（當(dāng)電信號(hào)到達(dá)神經(jīng)元末端時(shí)，會(huì)觸發(fā)稱(chēng)為神經(jīng)遞質(zhì)的化學(xué)信使，釋放到稱(chēng)為突觸的微小間隙中），并將這些信號(hào)輸送到身體的其他部分，控制人的行為。

你可以把大腦設(shè)想成電腦的中央處理器，處理感覺(jué)信息并啟動(dòng)協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)反應(yīng)。總而言之，神經(jīng)系統(tǒng)是可以分解為神經(jīng)元之間的相互連接，神經(jīng)通道的信息傳送的具體細(xì)微的「動(dòng)作」中去的。

當(dāng)這些「動(dòng)作」清晰之后，就有人開(kāi)始琢磨，為什么不能讓那些有缺陷的人通過(guò)修補(bǔ)大腦結(jié)構(gòu)的缺陷而獲得重生呢？

比如盲人和聾啞人，就通過(guò)神經(jīng)末端的傳感系統(tǒng)的植入，變得能看見(jiàn)，能聽(tīng)見(jiàn)了。這是無(wú)與倫比的科學(xué)進(jìn)步！

腦機(jī)連接就是在大腦的工作原理日益清晰后自然而然的科學(xué)設(shè)想，不僅僅限于增強(qiáng)或修復(fù)人類(lèi)的認(rèn)知或感覺(jué)運(yùn)動(dòng)功能。

腦機(jī)接口有時(shí)也被稱(chēng)為腦機(jī)一體化，是一套復(fù)雜的通信鏈路，目標(biāo)在于繞過(guò)人體運(yùn)動(dòng)部件（例如手或腳）的中介，建立人腦與外部世界之間的直接交互。意思是，僅憑大腦的意識(shí)活動(dòng)來(lái)控制外部和自然。

就像我們過(guò)去在書(shū)上或電視里說(shuō)有些人有特異功能，可以憑意念移動(dòng)外物那樣，腦機(jī)接口真能干成這類(lèi)事。但是也非常可怕，也就是說(shuō)一個(gè)笨人可能具備超強(qiáng)思維能力，人類(lèi)的智力結(jié)構(gòu)將突破遺傳學(xué)的限制，走向無(wú)法預(yù)測(cè)的未來(lái)。

現(xiàn)在，這一目標(biāo)越來(lái)越趨于實(shí)現(xiàn)。我們簡(jiǎn)單回顧一下它的發(fā)展簡(jiǎn)史。

03

1924年，德國(guó)精神病學(xué)家漢斯·伯格首次利用腦電圖記錄了人腦活動(dòng)。他在患者頭皮下植入銀線，一根在前額，一根在后腦勺。之后，他改用繩式電流計(jì)，后來(lái)又改用雙線圈西門(mén)子記錄電流計(jì)，這種電流計(jì)能夠記錄低至萬(wàn)分之一伏的電壓。最終的輸出信號(hào)持續(xù)時(shí)間可達(dá)三秒，由助手拍攝下來(lái)。通過(guò)分析腦電圖，伯格能夠識(shí)別出振蕩活動(dòng)，例如α波。這可以作為腦機(jī)接口技術(shù)最早的源頭和科學(xué)奠基。

1973年，法國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)家雅克·J·維達(dá)爾發(fā)表的論文《邁向直接腦機(jī)通信》中創(chuàng)造了「腦機(jī)接口(BCI)」一詞。論文中提出了「腦機(jī)接口挑戰(zhàn)」，即利用腦電信號(hào)控制外部物體，特別是利用條件負(fù)變異（CNV）電位進(jìn)行腦機(jī)接口控制。維達(dá)爾在1977年進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是他1973年提出腦機(jī)接口挑戰(zhàn)后的首次應(yīng)用。該實(shí)驗(yàn)利用非侵入式腦電信號(hào)（實(shí)際上是視覺(jué)誘發(fā)電位（VEP））控制計(jì)算機(jī)屏幕上類(lèi)似光標(biāo)的圖形對(duì)象。

1988年，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)物理對(duì)象（機(jī)器人）的非侵入式（電極在鬧外部）腦電控制。該實(shí)驗(yàn)展示了腦電控制如何使機(jī)器人沿著地面上繪制的任意軌跡進(jìn)行多次啟動(dòng)-停止-重啟循環(huán)的運(yùn)動(dòng)。循線運(yùn)動(dòng)是機(jī)器人的默認(rèn)行為，它利用了自主智能和自主能源。

1996年，愛(ài)爾蘭裔科學(xué)家飛利浦·肯尼迪首次將侵入式BCI植入人體，侵入式技術(shù)取得重大突破，人類(lèi)首次實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量神經(jīng)信號(hào)采集。他在八十年代開(kāi)發(fā)了神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)電極。在這一創(chuàng)新研究中，他證實(shí)了含有神經(jīng)組織的玻璃錐可以成功植入大腦皮層。植入后，附近的神經(jīng)元會(huì)向錐體內(nèi)部延伸出分支狀結(jié)構(gòu)。錐體內(nèi)部的絕緣金線可以記錄這些生長(zhǎng)出的神經(jīng)連接的電活動(dòng)。

2004年，美國(guó)一名脊髓斷裂的運(yùn)動(dòng)員Matt Nagle參加一項(xiàng)涉及腦機(jī)接口系統(tǒng)（由Cyberkinetics公司開(kāi)發(fā)，布朗大學(xué)研究機(jī)構(gòu)實(shí)施）的臨床試驗(yàn)，因?yàn)樗释孬@健康，過(guò)上正常的生活，于是他的大腦植入了腦機(jī)接口系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)了通過(guò)大腦活動(dòng)來(lái)控制屏幕上的光標(biāo)，這標(biāo)志著人類(lèi)歷史上侵入式BCI首次在人體中實(shí)現(xiàn)意念控制。

2012年，美國(guó)癱瘓女子凱西·哈欽森，借助當(dāng)時(shí)為止最先進(jìn)的腦機(jī)接口——第二代腦機(jī)接口系統(tǒng)，讓她能夠操控機(jī)械臂拿起瓶子，喝下早晨的咖啡。該接口包括一個(gè)植入凱西大腦的傳感器，用于「讀取」她的想法，以及一個(gè)解碼器，將她的想法轉(zhuǎn)化為機(jī)械臂的指令。這意味著腦機(jī)接口的重大進(jìn)步。

2019年，加州舊金山大學(xué)的研究人員啟動(dòng)了一項(xiàng)腦機(jī)接口（BCI）研究，該研究有望幫助因神經(jīng)系統(tǒng)疾病導(dǎo)致言語(yǔ)障礙的患者。他們的BCI利用高密度腦電圖捕捉患者大腦的神經(jīng)活動(dòng)，并采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)合成語(yǔ)音。

2021年，斯坦福大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一項(xiàng)成功的概念驗(yàn)證測(cè)試，一名四肢癱瘓的參與者能夠以每分鐘約86個(gè)字符和18個(gè)單詞的速度生成英文句子。一年后該研究團(tuán)隊(duì)宣布，他們的植入設(shè)備還可以用于拼寫(xiě)單詞和整個(gè)句子，而無(wú)需大聲說(shuō)話(huà)。

2023年，智利最高法院裁決保護(hù)「神經(jīng)權(quán)利」，全球首例對(duì)腦數(shù)據(jù)隱私進(jìn)行憲法級(jí)保護(hù)的司法實(shí)踐。人們關(guān)注腦機(jī)接口的安全性和對(duì)用戶(hù)的長(zhǎng)期影響。不是說(shuō)連上就行了，問(wèn)題在于如何獲得有溝通障礙人士的知情同意，對(duì)患者及其家人生活質(zhì)量的影響和安全風(fēng)險(xiǎn)。如果植入的機(jī)器與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)通，那是否意味著人腦的一切信息會(huì)大白于天下。

2024年1月，馬斯克旗下人工智能公司、雄心勃勃的Neuralink首次將名為「心靈感應(yīng)」（Telepathy）的芯片植入到一名因脊髓損傷而四肢癱瘓的患者大腦中，結(jié)果顯示，患者能夠通過(guò)「思考」來(lái)控制電腦光標(biāo)和手機(jī)等電子設(shè)備，實(shí)現(xiàn)「以心控物」。隨后，工程師更新了植入的柔性電極線，并進(jìn)行了第二次成功植入。

2024年9月，Neuralink公司宣布其植入設(shè)備將使視覺(jué)皮層未受損的盲人恢復(fù)部分視力。該研發(fā)成果獲得了美國(guó)聯(lián)邦政府的「突破性」認(rèn)定。

2025年8月和9月，馬斯克的公司在多倫多大學(xué)為兩名頸椎脊髓損傷患者實(shí)施了加拿大首例Neuralink腦植入手術(shù)，這也是美國(guó)以外地區(qū)首次開(kāi)展此類(lèi)手術(shù)。

04

無(wú)論如何，腦機(jī)接口技術(shù)會(huì)實(shí)現(xiàn)。

屆時(shí)，人們的大腦中會(huì)有一個(gè)看不見(jiàn)的信息鏈接系統(tǒng)，與某個(gè)外部的計(jì)算機(jī)鏈接，或者干脆這個(gè)計(jì)算機(jī)就植入了大腦，生物大腦和機(jī)器一起協(xié)同工作，極大提高人的思考和計(jì)算能力。

滿(mǎn)大街跑著「智力超人」，我覺(jué)得還挺可怕的。