馬斯克和他的特斯拉和SpaceX公司，一次次顛覆人們的三觀，并將科技和工程推向極致，已經(jīng)不是新鮮事了。8月底，他通過(guò)全網(wǎng)直播的方式，展示了他創(chuàng)辦的Neuralink公司的新一代腦機(jī)接口設(shè)備，以及他們?cè)谀X機(jī)接口技術(shù)上取得的最新進(jìn)展。
在這篇文章里，我們就一起了解一下，什么是腦機(jī)接口、它的主要應(yīng)用領(lǐng)域有哪些，以及它到底是用來(lái)融資的噱頭，還是人類文明進(jìn)步的推動(dòng)力量。
什么是腦機(jī)接口
腦機(jī)接口，也就是brain-computer interface BCI，或者brain-machine interface BMI，指的是在大腦和外部機(jī)器之間，構(gòu)建接口和互連通路，并實(shí)現(xiàn)信息的直接交換。
腦機(jī)接口并不是一個(gè)近年來(lái)才提出的全新概念，事實(shí)上，早在上個(gè)世紀(jì)七十年代，科學(xué)家們就已經(jīng)開(kāi)始研究神經(jīng)元與運(yùn)動(dòng)、感知等功能的具體關(guān)系了。在很多小說(shuō)和電影中，腦機(jī)接口技術(shù)更是達(dá)到了神乎其神的高度，比如對(duì)阿凡達(dá)的遠(yuǎn)程操控，以及黑客帝國(guó)里虛擬與現(xiàn)實(shí)的切換等等，這也在很大程度上放大了人們對(duì)腦機(jī)接口技術(shù)的期待和好奇。
腦機(jī)接口的工作流程
為了說(shuō)清楚腦機(jī)接口的本質(zhì)，還要從神經(jīng)元的工作方式開(kāi)始說(shuō)起。眾所周知，神經(jīng)元是組成大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的最基本單元。在人腦中，有著大約一千億個(gè)神經(jīng)元。這些神經(jīng)元組合在一起，就構(gòu)成了復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
具體來(lái)說(shuō)，神經(jīng)元之間通過(guò)突觸相互連接，而突觸的主要功能，就是釋放和傳遞名叫神經(jīng)遞質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)。當(dāng)神經(jīng)沖動(dòng)發(fā)生時(shí)，這些神經(jīng)遞質(zhì)就會(huì)從突觸的一端釋放，然后傳達(dá)和作用在下一個(gè)神經(jīng)元上。在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，并以電脈沖的形式出現(xiàn)。我們?nèi)梭w的所有體驗(yàn)和感覺(jué)，都可以歸結(jié)為神經(jīng)元電信號(hào)的傳導(dǎo)。
所以，腦機(jī)接口的本質(zhì)，就是通過(guò)一定的手段，感知和檢測(cè)大腦里神經(jīng)元的電活動(dòng)，并將其翻譯、轉(zhuǎn)換成對(duì)外部機(jī)器的控制。或者反之，將外部事件轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，并傳輸回大腦，干預(yù)影響神經(jīng)元的電活動(dòng)，從而讓主體獲得相應(yīng)的感覺(jué)和體驗(yàn)。
腦機(jī)接口的另外一個(gè)重要的理論基礎(chǔ)是，人們發(fā)現(xiàn)大腦皮層存在分區(qū)，而不同區(qū)域負(fù)責(zé)的功能不盡相同。例如，額葉負(fù)責(zé)高級(jí)認(rèn)知功能，比如學(xué)習(xí)、語(yǔ)言、決策、抽象思維和情緒；頂葉負(fù)責(zé)軀體感覺(jué)、空間信息、視覺(jué)信息的處理和整合；顳葉負(fù)責(zé)聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、長(zhǎng)期記憶；枕葉負(fù)責(zé)視覺(jué)等等。
由于大腦分區(qū)的存在，可以針對(duì)性的研究大腦不同區(qū)域的電活動(dòng)，以及它們所對(duì)應(yīng)的具體行為或感受。這在很大程度上使得對(duì)神經(jīng)元的感知和控制更加精確。比如，如果你想通過(guò)意識(shí)控制機(jī)器手抓取物品，那么可能就需要對(duì)大腦頂葉的神經(jīng)元的電活動(dòng)進(jìn)行干預(yù)。
事實(shí)上，腦機(jī)接口的相關(guān)研究已經(jīng)有幾十年了。其中最有代表性的例子，就是來(lái)自美國(guó)匹茲堡大學(xué)的一系列研究。2008年，他們?cè)诤镒拥拇竽X皮層里植入了15到25個(gè)控制單元，并連接到放置于猴子肩膀旁邊的機(jī)械手上。同時(shí)，猴子自己的雙手被塞到兩個(gè)筒子里，不能移動(dòng)。通過(guò)一段時(shí)間的訓(xùn)練，猴子通過(guò)腦機(jī)接口控制機(jī)械手，成功的抓取了眼前針頭上的棉花糖，并喂到自己的嘴里。這項(xiàng)研究在當(dāng)時(shí)也刷爆了學(xué)術(shù)圈，有關(guān)的論文也發(fā)表在2008年的Nature上。這篇論文的全文已上傳到知識(shí)星球“老石談芯 – 進(jìn)階版”，歡迎文末掃碼進(jìn)入星球查看。
從這個(gè)例子可以看到，腦機(jī)接口在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著無(wú)限的想象空間。比如，對(duì)于那些不幸遭受脊柱或者腦損傷，從而失去行動(dòng)能力的病人，可以使用腦機(jī)接口控制機(jī)械手，甚至機(jī)械外骨骼，在一定程度上恢復(fù)行動(dòng)能力。同樣的，也可以是用腦機(jī)接口修復(fù)其他神經(jīng)損傷，比如增強(qiáng)病人在語(yǔ)言、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等方面的能力。馬斯克在他的演講中提到，我們每個(gè)人或多或少的都會(huì)遭遇到神經(jīng)系統(tǒng)的疾病威脅，除了外傷之外，還有隨著年齡增長(zhǎng)而帶來(lái)的感知和記憶力衰退，以及當(dāng)代人們常見(jiàn)的抑郁、焦慮、失眠等很多情緒問(wèn)題。馬斯克和他的Neuralink公司所要解決的，就是通過(guò)腦機(jī)接口幫助人們進(jìn)行腦神經(jīng)修復(fù)，從而解決上面提到的各種問(wèn)題。
腦機(jī)接口的實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種：非侵入式和侵入式。它們的判斷標(biāo)準(zhǔn)就是神經(jīng)元電信號(hào)的獲取方式。非侵入式腦機(jī)接口，就是直接采集頭皮腦電，這和做腦電圖比較類似。但是由于頭皮和神經(jīng)元隔著十萬(wàn)八千里，因此這樣采集的腦電信號(hào)精度很低，區(qū)分度也不夠。這種非侵入式的腦機(jī)接口，通常只應(yīng)用于一些對(duì)精度和復(fù)雜度要求不高的場(chǎng)景，比如簡(jiǎn)單的游戲控制，或者對(duì)簡(jiǎn)單問(wèn)題進(jìn)行判斷等等。
而侵入式腦機(jī)接口，顧名思義，就是把微電極、探針等設(shè)備，直接通過(guò)手術(shù)的方式植入大腦皮層，并且直接和大腦神經(jīng)元進(jìn)行交互。就像上面介紹的匹茲堡大學(xué)的猴子實(shí)驗(yàn)。侵入式腦機(jī)接口最主要的好處，就是干擾小，能夠比較精確的獲取某個(gè)區(qū)域的神經(jīng)元電信號(hào)，同時(shí)也可以精確的對(duì)這個(gè)區(qū)域進(jìn)行刺激。
事實(shí)上，人們使用這種侵入式的技術(shù)治療神經(jīng)性疾病，已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史了。例如，為了治療中晚期的帕金森病，人們會(huì)采用名為腦深部刺激術(shù)DBS的方法。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這種方法就是將電極植入患者顱內(nèi)，并通過(guò)電脈沖的方式對(duì)人腦的神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生作用。這項(xiàng)治療方法在國(guó)際上的臨床應(yīng)用已經(jīng)有超過(guò)30年的歷史了，它的確在治療帕金森病、癲癇、以及一些神經(jīng)與精神疾病上展示出了良好的應(yīng)用前景。
但是，侵入式腦機(jī)接口的最主要問(wèn)題就是侵入性。整個(gè)植入過(guò)程需要開(kāi)顱手術(shù)，可想而知這本身就會(huì)帶來(lái)較大的潛在風(fēng)險(xiǎn)。此外，植入設(shè)備后的排異性，對(duì)大腦的損傷，以及很多其他的問(wèn)題，也在阻礙侵入式腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展。
Neuralink公司的主要技術(shù)創(chuàng)新
那么我們?cè)倩氐今R斯克和他的Neuralink公司，它們的主要目標(biāo)，就是對(duì)侵入性腦機(jī)接口進(jìn)行極致的工程優(yōu)化，使它變的更加穩(wěn)定、廉價(jià)，從而能夠被廣泛使用。為此，馬斯克和Neuralink還發(fā)表了一篇頗有深度的論文：
（這篇論文的全文，也已上傳到知識(shí)星球“老石談芯 – 進(jìn)階版”，請(qǐng)?jiān)谖哪叽a進(jìn)入星球查看）
總結(jié)來(lái)說(shuō)，到目前為止，馬斯克和Neuralink取得的主要技術(shù)創(chuàng)新有以下三點(diǎn)。
首先，就是用于植入電極的新型柔性材料。對(duì)于侵入式腦機(jī)接口來(lái)說(shuō)，肯定希望植入的電極或探針越小越好，這樣一方面能植入更多的電極，另一方面對(duì)大腦的損傷會(huì)更小。那么Neuralink的這種像細(xì)絲一樣的材料，寬度只有5微米，比頭發(fā)絲還要細(xì)10倍。這樣的柔性材料在植入大腦后，可以跟隨大腦進(jìn)行小幅移動(dòng)，極大的降低了對(duì)腦組織和神經(jīng)系統(tǒng)的損傷。
在每根絲里，有32個(gè)電極，而多股這樣的細(xì)絲可以組成更大的電極陣列。比如在這次展示的名為L(zhǎng)ink v0.9的器件中，就包含了1024個(gè)電極。這樣的電極數(shù)量，比傳統(tǒng)的侵入式腦機(jī)接口研究，提升了一個(gè)量級(jí)。
Neuralink的第二個(gè)技術(shù)創(chuàng)新，就是用來(lái)植入電極的手術(shù)機(jī)器人。可想而知，為了在大腦表面操作比頭發(fā)絲還細(xì)10倍的電極絲，靠手工操作是不現(xiàn)實(shí)的。因此使用機(jī)器人進(jìn)行電極植入幾乎是一個(gè)必然的選擇。Neuralink開(kāi)發(fā)的這個(gè)手術(shù)機(jī)器人，就像一個(gè)超高精度的縫紉機(jī)，可以把電極絲一個(gè)一個(gè)植入大腦的特定區(qū)域，并且自動(dòng)檢測(cè)并避開(kāi)腦部的血管。
第三個(gè)主要成果，也是我比較關(guān)心的，就是Neuralink開(kāi)發(fā)的腦機(jī)接口芯片N1，以及這次展示的腦機(jī)接口器件Link V0.9。先說(shuō)N1芯片，它的尺寸是4毫米乘5毫米，可以同時(shí)處理1024個(gè)電極通道的數(shù)據(jù)。N1芯片和電極絲相連，并負(fù)責(zé)采集來(lái)自神經(jīng)元的電信號(hào)，然后執(zhí)行信號(hào)的放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后輸出。
在去年展示的版本上，這個(gè)器件被放在植入者的耳朵后面。而在這次展示的版本上，所有的部件都被整合在一起，并直接植入頭骨，這樣從外面是看不到任何設(shè)備和連線的。
具體來(lái)說(shuō)，這個(gè)圓形器件的尺寸是23毫米，厚度8毫米，它的主體包含了電極絲的基底、N1芯片、電池、以及其他數(shù)據(jù)傳輸和充電的模塊。值得注意的是，Link V0.9的所有數(shù)據(jù)傳輸和充電過(guò)程都通過(guò)無(wú)線完成，這樣就避免了更換電池，或者像他們最早展示的產(chǎn)品那樣，在頭上開(kāi)個(gè)USB口進(jìn)行充電和數(shù)據(jù)傳輸。
馬斯克這次演示的重點(diǎn)環(huán)節(jié)之一，就是通過(guò)三只小豬展示了一些Neuralink腦機(jī)接口器件的基本功能。比如通過(guò)采樣的神經(jīng)信號(hào)，估計(jì)小豬實(shí)際的行走姿態(tài)。說(shuō)實(shí)話，這和前面提到的猴子控制機(jī)器手的視頻相比，給人的震撼程度遜色了不少。在某乎也有大v提到，這樣的功能其實(shí)通過(guò)非侵入式的腦電或肌電就能實(shí)現(xiàn)。
此外，馬斯克還展示了通過(guò)電極絲進(jìn)行的神經(jīng)信號(hào)寫入的過(guò)程。這更多的是一個(gè)可行性展示，也就是證明在工程上可以通過(guò)電極絲寫入電刺激，并影響周圍神經(jīng)元的反應(yīng)。但這并不代表這些寫入的電刺激是有意義的，或者它們會(huì)造成什么樣的影響，更不用說(shuō)如何對(duì)這些寫入進(jìn)行有目的的精確控制了。而這也是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的很多人，質(zhì)疑或者不屑這次發(fā)布會(huì)的主要原因。歸根到底，這次發(fā)布會(huì)并沒(méi)有太多實(shí)際的“黑科技”登場(chǎng)亮相。
腦機(jī)接口技術(shù)：融資噱頭還是文明推手
老石認(rèn)為，從一開(kāi)始，我們或許就不該對(duì)這些遠(yuǎn)未成熟的技術(shù)報(bào)以太多的期待，但這并不代表著否定任何很小的進(jìn)步。試想一下，如果我們把時(shí)間維度從2020年8月28號(hào)發(fā)布會(huì)這一天，沿著時(shí)間軸向前拉伸一年、十年、一百年，或者一千年，站在上帝視角我們就能夠看到，當(dāng)前的所有文明對(duì)于之前的我們來(lái)說(shuō)，都是極其玄幻的。
但是如果你穿越到幾十年前，告訴當(dāng)時(shí)的人，說(shuō)他們以后會(huì)離不開(kāi)手機(jī)和電腦，并可以用這些電子產(chǎn)品解決生活和工作中的幾乎任何問(wèn)題，并且隨時(shí)可以和任何你認(rèn)識(shí)的人通話溝通，他們大概率會(huì)說(shuō)你瘋了。如果你穿越到幾百年前，告訴當(dāng)時(shí)的人，說(shuō)他們以后可以在一天之內(nèi)，去到這個(gè)星球上的任何角落；或者存在各種各樣的靈丹妙藥，可以將人的壽命延長(zhǎng)幾十年，他們肯定會(huì)說(shuō)你瘋了。
那么，如果現(xiàn)在有人告訴你，以后人們可以像下載文件那樣，往大腦里直接傳輸數(shù)據(jù)，從而輕松學(xué)會(huì)各種語(yǔ)言、技能，或者通過(guò)控制大腦的某些部分，調(diào)節(jié)自己的情緒和感覺(jué)，再或者通過(guò)修復(fù)大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，治愈帕金森、阿爾茨海默、抑郁、焦慮等神經(jīng)和精神疾病 --- 你又會(huì)不會(huì)說(shuō)他們瘋了呢？
我們要知道的是，科技和文明的進(jìn)步，從來(lái)都不是一蹴而就的。每一步的前進(jìn)或許非常微不足道，但幾十年、上百年、甚至上千年這樣的前進(jìn)，就能引發(fā)一次次文明和科技的革命。看過(guò)三體的同學(xué)們應(yīng)該知道，低維度的生物是無(wú)法直觀想象更高維度的世界的，但我們可以通過(guò)科技的進(jìn)步，不斷探索和量化那些更高維度的未知。
其實(shí)，最重要的問(wèn)題是，當(dāng)未來(lái)真正到來(lái)的時(shí)候，當(dāng)這一切真的發(fā)生的時(shí)候，你是選擇藍(lán)色藥丸，吞下之后從夢(mèng)中醒來(lái)，繼續(xù)相信你想相信的事情，還是選擇紅色藥丸，去探尋這表面背后的真相呢？
結(jié)語(yǔ)
事實(shí)上，馬斯克當(dāng)前的身家已經(jīng)達(dá)到千億美元，已經(jīng)超過(guò)了巴菲特，成為了世界第五大富豪。至少以Neuralink當(dāng)前的規(guī)模來(lái)說(shuō)，馬斯克還真的不需要尋求外部融資，只用拿出千分之一的資產(chǎn)就足以維持Neuralink正常發(fā)展了。
馬斯克在這次發(fā)布會(huì)的一開(kāi)始也表示，自己并不需要融資，而這次發(fā)布會(huì)的主要意義就是吸引各種人才加入Neuralink。
或許在我們有生之年，都無(wú)法看到真正通過(guò)腦機(jī)接口技術(shù)向大腦輸入數(shù)據(jù)，并由此讓我們的生活變得更加高效和美好。但是，每個(gè)朝這個(gè)目標(biāo)努力的腳步，哪怕再小，都是值得肯定的。