马斯克的赛博猪：脑机接口技术的实现有多难？

本文来自微信公众号：神经现实（ID：neureality），作者：兵书，编辑：EON，头图来自：neuralink

昨天，埃隆·马斯克带着他的“赛博猪”亮相发布会，向世界直播了Neuralink在脑机接口技术方面的进展。

马斯克展示了他的小猪有多活泼健康。其中一只曾经植入过设备，在工作人员的引导下，它快乐地吮吸着奶瓶。马斯克说这只小猪现在的状态，证明了整个移植的过程是可逆的。另一只被植入了芯片的小猪，闻了闻臭臭，连接到电脑屏幕上的脑电信号图标马上出现了一个峰值。

曾经植入过设备的一只小猪在工作人员的引导下，快乐地吮吸着奶瓶（Neuralink发布会实况）

来自多伦多大学的神经科学研究人员格莱美·莫法（Graeme Moffa）认为，这一技术的突破点在于新型芯片的尺寸（Neuralink的芯片直径约为23毫米）、可移植性、储存信息的能力和无线传输的功能。

Neuralink曾在2019年推出了植入在耳后的第一代脑机接口设备，今天公布的第二代设备更加微型，且无需露在外面——它只有硬币大小，带有密集的微型线路，可以置于头骨下方，只在头皮留下很小的创口。

除了芯片上的改进，他们还使用了外科手术机器人来实现芯片植入过程的自动化操作：在局部麻醉的条件下，一台带有外科医生提前设置好的丝线和微型针头的“缝纫机”，避开血管，把你的头骨打开一小块，然后快速、精准地植入到正确的位置上，整个过程只需要一台近视矫正手术的时间。

Neuralink用来植入脑机接口设备的外科手术机器人。Afshin Mehin

目前这一技术有望被用于治疗神经系统的疾病，比如瘫痪、抑郁、失忆等脑部或脊髓受损的病症。但Neuralink公司的野心不止于此：他们希望在未来开发出更具普及性的人机连接设备，实现多种外部操纵功能，比如召唤你的特斯拉，玩虚拟游戏，甚至读取记忆等。未来还需要更多的研究和技术支持。这场发布会目的在于招募工作者加入Neuralink，而非为了筹资。

由于今年的疫情，原本马斯克许诺在今年年底于人体上完成的临床试验面临推迟。该公司的首席外科医生马修·麦克杜格尔（Matthew MacDougall）说，Neuralink的第一组临床试验旨在治疗少数瘫痪或截瘫患者。

埃隆·马斯克宣称他们获得了由FDA（美国食药监局）批准的特殊授权，主要是关于减缓危及生命的病症的医疗设备研发许可，但这并不意味着他们得到了FDA的完全支持。在发布会上，马斯克也并未展示设备和小猪的相关科学数据。有四名从Neuralink离职的前员工表示，他们的领导急着争分夺秒，这种速度对于缓慢递增的医疗设备研发过程来说，显得很奇怪。

但他们的脑机接口技术仍不失为一项突破性的成就，也是人类历史上极具里程碑意义的事件。

这需要我们去理解以下这两个问题：

一：脑机接口技术的实现有多难？

脑机接口的疑难之处在于：它是针对我们人体最复杂精密的器官——大脑展开的。粗略来说，就我们对大脑的认识而言，现阶段我们还不能得知大脑是如何工作的，也无法找到构成自我、灵魂之类的东西在大脑之中的所在。Neuralink公司的联合创始人弗利普·萨布斯（Flip Sabes） 则认为，要实现工程学上的问题，我们无需理解大脑。只要能够让神经元和计算之间进行交流就可以了，其他的问题机器学习会帮我们解决。

相关阅读：《脑机接口新突破：不用打开你的脑子，就能让意念操控机器》

而脑机接口需要克服的障碍主要包括两点：一是信息处理的问题，二是植入的问题。

大脑的神经活动信息非常复杂，它需要更高计算能力的计算机来处理这些数据。Neuralink团队认为至少需要一百万个同时记录的神经元，才能算实现成功的脑机接口。这就意味着要在一个小小的芯片上集成上百万个电极，而这一技术至少到本世纪末也无法实现（有生之年系列）。

要植入大脑，需要打开头骨，而光是头骨和头皮之间大概就有19层的东西，头骨和大脑之间还有三层薄膜包围着。重要的是，如何穿透这些组织而不引起出血等损伤？为了解决这一问题，Neuralink公司今天展示的这台外科手术机器人，其目标在于无创、无需麻醉、自动化地完成植入过程。

而无线传输（包括信号扩增、模拟-数字信号转化、数据压缩）、感应式充电等技术也是需要突破的障碍。还有生物相容性的问题：我们身体的免疫系统会自动识别侵入物，并立即派出免疫细胞把它包围起来形成疤痕组织，我们该如何骗取免疫细胞的信任，让芯片能够正常存留在脑中持续起作用呢？或者说，芯片的使用周期有多长？我们需要频繁的开颅手术吗？

相关阅读：《植入这东西能控制你的大脑？》

最后，大脑的可塑性也在暗示一个问题：如果植入了芯片，那么你的脑还会是你的脑吗？

二：人机共生的时代，你准备好了吗？

脑机接口得到广泛应用已有20至30年的历史，例如，已有数万人在使用神经植入物，治疗帕金森症等神经系统疾病。它通过埋置在大脑内部的深脑刺激来减缓震颤等症状，但与外部没有连接。还有人工耳蜗、视网膜假体等应用，但由于电极数量较少（人工耳蜗只有十几个电极，视网膜假体有六十个），与真实的耳朵（3500个神经元）、眼睛（百万级的神经元）带来的效果还是有很大差距的。

在医疗领域 ，则是通过接入大脑的运动皮质，来实现远程遥控，使得瘫痪患者可以通过意念来移动屏幕上的光标。比如，2015年，DARPA（美国国防部高级研究计划局）使用了实验性的脑机接口，通过外科手术植入微芯片，使得瘫痪的人能够驾驶模拟飞机。这一技术也可以被用于驾驶无人机。同样的道理，利用100个电极就能够确定光标的移动位置，也能够用它来读取手臂、腿部等身体其他区域的动作，并发出指令。在巴西，一位瘫痪少年身穿特别设计的外骨骼为世界杯开球。

在巴西，一位瘫痪少年身穿特别设计的外骨骼为世界杯开球。巴西世界杯实况转播 / 优酷网

在军事领域，脑机接口技术也被专家认为在战场上有效。在野战中，士兵可以通过将大脑皮层连接到机器，在AI协助下测量评估战场上的数据。并能通过分析神经信号，在战场上进行虚拟交流，实现“心灵感应”。

科幻作品中的机械人。《战斗天使阿丽塔》官方电影剧照

互联网领域的脑机接口应用更接地气一些。Facebook公司的“脑机接口”成果之一，则解放双手，直接让大脑和计算机交流——它是一种可穿戴在胳膊上的设备，能够通过测量神经元活动的技术来控制数字活动。或许在未来我们可以在脸书上用意念互关、点赞。

但也存在许多担忧，在未来，我们会被脑机接口设备控制吗？我们是否会形成电子设备依赖症？就连最隐秘的角落——我们大脑里的信息也无处可藏，隐私和信任的边界在哪里？

参考链接

Neuralink与大脑的神奇未来 | 第三部分：脑机接口

Neuralink与大脑的神奇未来 | 第四部分：Neuralink的挑战

Neuralink与大脑的神奇未来 | 第六部分：大融合

https://www.vox.com/recode/2020/8/28/21404802/elon-musk-neuralink-brain-machine-interface-research

https://techcrunch.com/2020/08/28/elon-musk-demonstrates-neuralinks-tech-live-using-pigs-with-surgically-implanted-brain-monitoring-devices/

https://www.axios.com/elon-musk-neuralink-brain-computer-interface-17a2e88e-b9fa-4e21-8f20-45fd387b110b.html

https://www.theguardian.com/technology/2020/aug/28/neuralink-elon-musk-pig-computer-implant

https://www.nytimes.com/reuters/2020/08/28/technology/28reuters-tech-neuralink-musk.html

https://www.statnews.com/2020/08/28/elon-musks-neuralink-unveils-prototype-of-brain-implants-and-looks-toward-clinical-trials/

本文来自微信公众号：神经现实（ID：neureality），作者：兵书

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