脑机接口并不像想象的那样遥不可及

脑机接口并不像想象的那样遥不可及

如果脑机接口变成现实，所有设备都会更智能，智能的内涵也将与现在大为不同。

脑机接口并不像想象的那样遥不可及。目前，全世界已经有30万人使用了人工耳蜗，这种听力设备并不直接和神经产生联系，但它们将接收到的声音转换成电信号后会将电信号传送给耳蜗中的电极，电极会刺激耳蜗神经从而让大脑感觉到听到了声音——尽管后者非常粗糙。

如果探究得再详细一点，脑机接口的历史就更加久远了。早在1969年，华盛顿大学医学院就开始利用猴子进行脑电生物反馈研究。到了上世纪90年代，后来在巴西世界杯开幕式上利用人工外骨骼技术帮助残疾人开球的尼科莱利斯（Miguel Nicolelis）,完成了对老鼠运动脑电波的初步研究后，在夜猴内实现了提取皮层运动神经元信号控制机器手臂的实验。

从那时开始，脑机接口开始成为神经科学的最前沿领域。考虑到这个领域和信息技术之间密不可分的关系以及人类大脑在自然科学研究中的卓越地位，所有人都知道，这就是神经科学和信息技术最完美的交叉领域，也是最有可能在未来引导技术变革的前沿技术领域。

神经基础

神经元的放电是构建智慧的基础，将采集自人脑内的动作电位组合起来，就可以还原出每一段记忆、支配每一个动作、组织每一个想法。不过，要做到这一点绝非易事。成年人大脑中有大约850亿个神经元，每个神经元都会通过突触与超过10000个同类细胞建立连接。

这是因为脑电信号极度庞杂且非常微弱，肌肉因素和环境电流都会对其造成干扰。因此，只有距离大脑皮层足够近才能识别出部分非常强烈的信号，例如当大脑发现某种错误时就会释放出非常强烈的电流，人在清醒、疲劳、困倦进而专注度下降时也会看到脑电强度的迅速变化，现在已经有人利用这项技术提醒疲劳的医生去休息。后来，科学家开始构想出脑机接口这样的概念，通过一种独特设备连接计算机和大脑，使人类可以从外部调控人的生理活动。

当然，所有这些都还是不具有普遍意义的个案。要想让脑机接口变成现实，科学家还有太多的路要走。首当其冲，他们必须开发出足够优秀的设备。这些设备能帮助他们接近大脑皮层，捕获并分析那里的电信号，而这是脑机接口领域所有工作的基础。

两条路径

目前，打造更好大脑植入体的工作有两类，即小型导线电极和非电气的新型传感元器件。

与这些元器件相比，非电传感元器件概念更新，对人体的伤害更小，但它们的研发难度也更大。例如，科学家在考虑利用弱磁场、光遗传学和超声波的方法记录脑电活动。但由于科学家尚不清楚磁场、光和超声波会对大脑产生什么样的影响，这一方向的进展其实很缓慢。

今年，美国国防部高级研究计划局（DARPA）将向六个研究机构分配6500万美元经费，以研究出可以创建出更高分辨率脑电信号的植入式脑机接口。美国国防部高级研究计划局为这些企业设置了一个相当宏大的目标，他们希望这些研究机构尽快开发出可以扫描100万个神经元的植入式脑机接口，并在2021年之前开展初步的人类实验，还要在长期设计出安全、小巧、无线且耐用的高级脑机接口，从而让这些设备在潮湿、炎热、多盐、敏感的大脑边缘工作。

工业界也在加大对脑机接口的投资。埃隆·马斯克（Elon Musk）的Nurolink寄希望于在八年时间内开发出普通人都可以使用的脑机接口；Facebook也启动了一个“无声语言”计划，以支持科学家开发出一种脑机接口，帮助残障人士实现每分钟 100 个单词的意念打字。

尽管投入和关注度都在增加，但即便是对这一领域最乐观的人也知道，无论是怎样的技术路线，要想清晰地感知并利用这些脑电信号、同时又不对大脑的物理结构造成负面影响都是非常困难的事情，这是一条荆棘密布、因而每次进步都极为艰难和宝贵的道路。

障碍重重

如果进一步细化，科学家就会发现工作量非常巨大。例如，鼠标的移动只需要两个自由度，但灵巧地操作人的手需要27个自由度；视觉皮层的研究人员通常是在环境静止的情况下开展相关研究，但真实世界中的背景几乎一直处在或者缓慢或者迅速的变动之中。

这意味着人类距离应用脑机接口仍有非常大的距离。漫长的投资回报期和深奥的前沿科技的结合足以吓退大多数投资人，设计更好的界面也需要诸多学科通力合作，而这，和之前强调细化的科学发展方向背道而驰。毋庸置疑，这些在一定程度上，都会阻碍相关研究的发展。

除此之外，工程技术领域还有很多问题需要解决。目前的脑机接口需要让电线穿过头骨和头皮，并将传感器固定在需要搜集信号的脑区。但在这个过程中，人体极易发生感染，植入物在脑区内的轻微移动也可能损害它正在记录的细胞，大脑对异物的免疫反应还会在电极周围产生瘢痕，让这些电极或者传感器的效果迅速变差。更关键的一个问题是：目前的传感器只能记录非常少的部分神经元，每个传感器一次可以记录的神经元数量要经过七年左右的时间才能翻一番，这个与摩尔定律相去甚远的速度也意味着记录大脑的活动还远未完成。

到底要多靠近具体神经元是脑机接口制作过程中的另一个关键问题。对于患有帕金森等运动障碍疾病的患者来说，会有相当大的组织区域使用面条般粗细的导线和大电极，记录神经元集合的活动可以用于解码类似抓取某种物体这样相对简单的运动信号。但要生成可以控制某个手指的精细信号，问题就会难上很多，这是因为神经元通常会集合起来放电，汇总这些信号时肯定会牺牲掉很多细节，这也就需要电极或者传感器要距离相应脑区尽可能的近。

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