脑机接口：重大突破还是商业噱头？

▲Neuralink计划研发的脑机接口能够完全整合到人的大脑中，让人觉得“它是你的一部分”。

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• 马斯克的脑机接口视频在社交媒体上引发热烈的讨论，很多网友将其视为相关技术的重大突破甚至飞跃。果真如此吗？毫无疑问，在工程技术层面，Neuralink的进展引人注目，但从脑机接口的核心问题上看，发布会展示的内容乏善可陈。
  

本文首发于南方周末 未经授权 不得转载 文 | 南方周末特约撰稿 陈彬 责任编辑 | 朱力远
2020年8月28日（ 北京时间8月29日早晨 ），特斯拉和SpaceX的创始人埃隆·马斯克（ Elon Musk ）举行发布会，介绍了其创立的公司Neuralink研发的脑机接口的进展情况。这是Neuralink自成立以来第二次以发布会的形式公开展示其研发进展。
从发布会提供的信息来看，新版的脑机接口实现了从有线到无线的进步。马斯克还现场展示了一只植入这种脑机接口的小猪（ 另有两只小猪用作对照 ），用脑机接口记录到的神经活动，以及用记录到的神经活动预测猪运动的视频。在发布会最后的问答阶段，无论是提问者还是马斯克，都对Neuralink的前景做了展望，问题不乏用意念驾驶特斯拉轿车、把电脑硬盘中存储的内容存入大脑中等充满想象力的话题。那么，马斯克的脑机接口距离重大突破还有多远？
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从“缝纫机”到“硬币”

2016年，马斯克和其他8位联合创始人在旧金山创立了Neuralink（ 但到2017年才被公开报道 ），创始人中不乏来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室、加州大学旧金山分校等著名大学和研究机构的科学家。Neuralink计划研发出一种脑机接口，这种脑机接口能够完全整合到人的大脑中，让人觉得“它是你的一部分”。
根据Neuralink的说法，这种脑机接口能够通过无线与云端甚至他人脑中的脑机接口建立连接，通过这种连接，“你的大脑和外部世界间的信息流将毫不费力，就像你的大脑现在的思考过程一样”。Neuralink的第一项研发计划是一种可以植入大脑，帮助大脑受到损伤（ 比如中风 ）的人正常工作和生活的脑机接口。马斯克当时曾说，他希望能在4年后把这种脑机接口推向市场，并预计非医学用途的脑机接口能够在8-10年后商业化。
2019年7月，Neuralink第一次公开展示了其脑机接口的研发进展。根据Neuralink当时的介绍，他们研发出了柔性的神经信号采集微丝（ 微丝电极 ）。这些丝比头发丝还细，直径只有4-6微米（ 1微米等于0.001毫米 ），每根微丝上有很多个电极，可以采集大脑中神经元的神经信号。据介绍，每个脑机接口可以连接96根这样的信号采集微丝，总共包含3072个电极。
与其他神经信号采集装置相比，Neuralink的脑机接口特点鲜明：其他装置的电极位于一根根硬针上，电极数量也不如Neuralink多。这意味着其他装置更容易对脑造成损伤，信号采集能力可能也不如Neuralink。这些信号采集微丝和一张2厘米见方、厚度只有2毫米、可以放大信号并降低噪音的芯片相连。为了植入微丝，Neuralink研发了一台外形像缝纫机的手术设备，可以在颅骨上钻一个微小的孔并将微丝植入大脑中。但在第一个版本的脑机接口中，芯片只能通过有线的方式与外部设备相连。另据同时发布的一篇作者署名为马斯克和Neuralink的论文介绍（ 论文未经过同行评议 ），Neuralink已经在大鼠等动物上对这一脑机接口进行了一些实验。在发布会上，马斯克还宣称在Neuralink的动物实验中，“一只猴子已经能够用它的脑来控制一台电脑了”。
在8月28日的第二次进展介绍中，Neuralink的植入设备不再是一台看着就有些瘆人的“缝纫机”，脑机接口的芯片也从方块变成了一枚“硬币”，而且已经可以通过无线与外部设备相连。
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三只小猪

马斯克将本次新发布的这种脑机接口称为LINK V0.9，寓意似乎是距离目标又更近了一步。与第一个版本相比，LINK V0.9支持的电极信道有所减少，只有1024个。这种牺牲或许是为了提高或者增加系统其他方面的功能和组件，这一点从芯片的厚度也能看出来：第一版的芯片接近正方形，厚度只有2毫米，而LINK V0.9呈硬币状，厚度达到了8毫米。新版脑机接口一个很大的进步是不再需要通过有线与外部设备相连，而是可以在5-10米的范围内与其他设备通过无线进行连接和充电，这将大大提高其便捷性。
在发布会上，马斯克还介绍了新的微丝电极植入设备。与2019年的“缝纫机”不同，这台手术机器人在外观上显得很有科技感。机器人大致可以分为机座、机体和机头三个部分，其中对手术最为关键的是机头，其作用是固定手术者的头部，引导微丝电极的植入以及使用摄像头和各类传感器来记录手术者脑部的影像和其他指标。根据马斯克的介绍，利用这台手术机器人，可以非常精准地将微丝电极植入动物的脑中，同时尽量避开血管，减少损伤。他还宣称手术非常容易，耗时不到1小时，无需全身麻醉，手术当天就能出院。
手术机器人可以精准控制微丝电极的植入过程，并避开血管。
为了向参会者和直播的观众展示LINK V0.9的性能，马斯克带来了三只小猪，这也是发布会结束后最引发媒体和大众热议的环节。在这三只小猪中，有一只没有接受过植入手术；有一只接受了植入手术，但LINK V0.9已经通过手术取了出来；第三只名叫格特鲁德的小猪也接受了手术，并且LINK V0.9仍然位于它的脑中。据马斯克说，设备已经植入了两个月。三只小猪都很活跃，在活动上看不出明显的区别。马斯克认为这可以说明植入LINK V0.9没有对猪产生明显的不良影响。
马斯克随后展示了几个视频，试图向参会者和观众证明植入的LINK V0.9能够执行其应有的功能。在其中一个视频中，观众能够看到屏幕上有很多白色的点并听到持续不断的噼啪声，还能看到一些起伏不断的蓝色的峰。据马斯克介绍，这是植入的LINK V0.9实时记录到的格特鲁德的神经活动，并说由于植入的LINK V0.9被用于记录格特鲁德鼻子处的感觉信号，所以当它的鼻子触碰到其他物体时，LINK V0.9就会记录到一些相关神经元发放的电信号。那些噼啪声和白点代表的就是神经元发放的一个电信号，而起伏的蓝色的峰则呈现的是这些神经信号的累加。
在另一个视频中，一只猪在一台跑步机上行走，影像的旁边展示了两组深浅不一并且不断起伏的波浪线。据马斯克介绍，这只猪的脑中植入了LINK V0.9，并且说通过使用LINK V0.9记录到的神经元的活动，他们可以预测这只猪关节的运动情况，还说预测结果与猪关节的实际运动情况符合得很好。实际上，在猪行走的影像旁边，那些起伏的波浪线正是预测结果和实际结果（ 颜色一深一浅 ），从视频上看，两者确实很一致。
上述两个视频展示的都是LINK V0.9记录到的神经元的电活动。在第三个视频中，马斯克展示了LINK V0.9如何“操控”神经元的活动。马斯克告诉观众，视频中看到的是在一种被称为双光子显微镜的显微镜下观察到的影像。在这个视频中，不时可以看到一些闪烁的红色线条，在红色线条闪现后，线条附近的区域很快就会出现绿色的闪光。据马斯克介绍，红色线条代表的是通过LINK V0.9的电极对脑施加电刺激的那一刻，而绿色的闪光代表的是神经元在受到刺激后产生的神经活动。按马斯克的说法，这表明除了记录神经元的活动外，LINK V0.9还可以把信息写入大脑。
LINK V0.9的预测结果与猪关节的实际运动情况符合得很好。
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是重大突破吗？

这些视频随后在社交媒体上引发了热烈的讨论，很多网友将其视为相关技术的重大突破甚至飞跃。但果真如此吗？毫无疑问，在工程技术层面，Neuralink的进展非常引人注目。但从脑机接口的核心问题上来看，此次发布会展示的内容称得上乏善可陈。
以这三个视频为例。在前两个视频中，马斯克声称用LINK V0.9记录到了表征猪的感觉（ 鼻子触碰到物体 ）的神经信号，并预测出了猪的运动（ 关节的活动 ）。实际上，从神经科学的角度来看，这并不是难事。
以人为例，在我们的大脑中，触觉和肢体的运动分别由不同的区域来负责，而且两者与相应的脑区之间有比较清晰而简单的对应关系。以触觉为例，科学家甚至可以在负责触觉的脑区“画”出一个小人，不同的区域对应于躯体的不同位置，这里对应于左手的拇指，那里对应于人的嘴唇等等（ 但小人躯体的不同部位在脑区中所占的面积大小与人体的实际情况不同，手这样敏感的部位在脑区中所占的面积更大 ）。当我们的左手拇指触摸到物体的时候，负责触觉的脑区中对应于左手拇指的区域的神经元就会产生电活动；同样的，即使我们的左手拇指没有触摸任何东西，如果我们能够刺激这些神经元，那么我们也会感到我们的左手拇指触到了某个东西。
第一个视频展示的正是这一点：LINK V0.9被植入到了小猪格特鲁德脑中负责鼻子触觉的区域，当它的鼻子触碰到某个物体时，这个区域的一些神经元必然就会发放电信号，所以LINK V0.9记录到电信号是顺理成章的事情。负责支配躯体运动的初级运动皮层的情况也很类似，也可以“画”出一个与躯体各部位对应的小人，用电刺激小人上的某个部位（ 比如左手拇指 ），这个部分就会不受我们支配地运动。
第二个视频反映的就是这个原理：LINK V0.9被植入到了猪的运动皮层，电极记录到了支配关节处的神经元的活动，根据这些信息，通过必要的算法，理所当然地就能预测出猪的关节会如何活动。这就好像当你看到一辆车在闪左转弯灯的时候，你能预测出车会左转一样，因为两者间存在一种对应关系。因此，这两个视频中呈现的都是科学家几十年前就知道的现象，在实验室中也早已能够实现。Neuralink在这方面或许有技术层面的进步和革新，但在认知层面，这些内容可以说毫无新意。
至于第三个视频，情况就更简单了，几乎不能说明任何问题。科学家早就知道，使用电刺激神经元会导致神经元产生电活动，这实际上是神经科学领域中最基本的现象，也是科学家研究神经系统的一种基本手段。这个视频唯一能够得出的结论是LINK V0.9可以用来刺激神经元。
值得注意的是，在2019年的发布会上，马斯克曾宣称一只植入了Neuralink脑机接口的猴子“已经能够用它的脑来控制一台电脑了”。但在本次发布会上，他却完全没有提有关猴子的研究。这很令人费解，因为如果真如他所说，2019年就取得了如此重大的进展，很难想象他为什么对此避而不谈。
即使是本次发布会中令人眼前一亮的无线功能，在脑机接口领域也并不是第一例。至于功能层面，比Neuralink走得更深更远的脑机接口则有很多。比如早在2008年，脑机接口领域最著名的科学家之一、杜克大学的米盖尔·尼克利斯（ Miguel Nicolelis ）的实验室就曾在猴子的脑中植入了一个脑机接口，使这只猴子能够通过“意念”指挥一个机器人行走。但这些实验主要还是停留在实验室层面。因此，Neuralink或许在工程技术层面有进步，但在具体的功能层面能走多远现在还不得而知。
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真正的瓶颈

尽管工程技术层面的问题对于研发脑机接口非常重要，但很多科学家还是认为，目前的真正瓶颈是神经信号的解码和编码问题。人脑被很多科学家称为“宇宙中最复杂的机器”，有一套复杂而独特的神经信号处理“语言”。来自外界的各类信息，无论是触觉的、视觉的、听觉的，还是嗅觉的，都会被人体转换为电信号。这些各式各样的电信号会在脑中根据这种“语言”的“语法”被处理和整合，让我们知道触摸到的是杯子，看到的是照片，听到的是音乐，闻到的是香水。更高级的信号处理则能让我们拥有记忆、情绪以及意识。
只有清楚地理解和掌握这种“语言”，我们才有可能“解读”出大脑某个区域的神经活动意味着什么，才有可能把我们希望大脑执行的指令“翻译”成这种“语言”并“输入”大脑。
打一个比方，如果你手中现在有一本英文菜谱，但你不会英语。那么翻开书，你能看到每一页每一行的每一个具体位置上有没有字母（ 甚至具体是什么字母 ）。这就好像第一个视频中的那些神经元一样，你能够看到在某个时间点，这些神经元有没有放电。但由于你不懂英语，所以你不知道这些字母是如何组织成单词，单词是如何组织成语句，语句又表达的是什么意思，因此你不可能知道菜谱中的菜究竟是如何一步步做出来的。只有学会了这种语言，你才能理解菜谱中语句的意义，甚至随心所欲地调整菜谱的“输出端”，把蒸煮时间从20分钟改为30分钟。然而，对于大脑的这种“语言”，科学界目前还有很多认知上的空白。
8月25日，也就是8月28日发布会的3天前，著名医学和健康网站STAT发表了一篇特别报道，报道的内容基于对5名Neuralink前雇员以及4名独立专家的采访。根据这篇报道，Neuralink目前在研发工作上的情况非常混乱，研究人员承受着巨大的压力，以一种赶工式的风格在赶研发进度。这些受访者还说，公司常常要求研发人员在数周的时间内必须完成数月才可能完成的工作。报道还称，在与马斯克一起创立Neuralink的8位科学家中，目前已经有6人离开Neuralink。
综合各方面的因素，马斯克的脑机接口多久之后才会迎来真正意义上的重大突破甚至得到实际应用，如果人类对大脑的信息处理机制短期内没有飞跃，如果Neuralink的研发工作真的像STAT报道的那样还存在种种问题，那么答案应该不是不久的将来。
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