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马斯克和他的“脑机融合”愿景

日期: 2017-6-30 14:29:49

 文 | 张希

拥有特斯拉、SpaceX 、PayPal 等众多科技公司的埃隆·马斯克(Elon Musk),又一次在世人面前展示了他的科技野心。他要在不远的将来实现“脑机融合”的愿景,建立人脑与机器间的联系。为此,他新近成立了一家名为Neuralink 的公司,将开发马斯克称之为“神经蕾丝(neural lace)”的技术,通过在人脑中植入微小电极,期待有朝一日开发出具有治疗脑部疾病甚至提高人脑功能的植入设备。

 



其实,电子设备植入人体在医疗领域已经成为现实。目前,已有约150000名帕金森病患者通过脑部手术植入了脑深部电刺激器(deep brain stimulation,DBS)。但马斯克的设想显然不满足于类似DBS 的设备,而是要通过脑机接口(brain-computer interface,BCI)来记录脑部信号,经过放大、处理与传输,控制外部设备,甚至实现人际间的“意念”传输。

马斯克的以上设想,是基于我们目前对人脑的认识,即人脑的结构与功能大体可以分为两个层次:边缘系统和大脑新皮质。前者用于控制情绪、长期的记忆和行为等;后者处理复杂思想、推理和长期规划。马斯克希望他的大脑接口成为第三层,对前两者进行补充。对于这个目标,马斯克认为:我们在某种意义上,已经具有了一个数字化的第三层,例如计算机和智能手机,人脑已经和这些智能设备、应用程序产生了一定的融合。比如某天你忘带手机出门,那么这一天我们都会感觉自己似乎少了某种感官,不太适应。当然,现阶段的“脑机融合”仅仅是最初级层次的,二者之间信息的传递还存在许多障碍,效率和速度都有待提高。Neuralink 的目标就是消除这些中间环节与障碍,把我们目前掌握的能力直接对接人脑。还是举手机的例子,未来,我们将有可能不通过手机传递信息(目前需要通过短信或者电话这样的通讯方式),而是直接把想法从自己的大脑传递给别人。至于什么时候才能让人们通过心灵感应的方式传递想法呢?马斯克乐观的预计“大概还要8 到10 年的时间”,这还很大程度上取决于监管部门的批准。

当然,愿景是美好的,马斯克和他的团队还需要面临诸多技术上的挑战。

首先是信号的获取。信号获取是整个脑机接口系统的基石,从获取方式上可分为非侵入式和侵入式两大类。非侵入式通过体外电极紧贴颅骨采集信号,不会给大脑带来损伤,但是记录信号质量较低,噪声大。而侵入式则是将电极植入人脑中,又可根据电极是否进入大脑灰质分为表面电极和深部电极。代价则是创伤和伦理问题。脑电信号的质量决定了整个系统的性能。其核心在于电极的工艺,对于植入式电极来说,除了上面提到的生物兼容性,电极的工艺、尺寸、记录精度、触点数量,都会直接影响到脑电信号的记录。电极在保证记录精度的情况下尺寸会越来越小,生物兼容性不断提高,植入所带来的创伤也将越来越小,同时也能更加稳定的长期记录。

 



其次,信号的放大与传输,这是整个脑机接口系统的中流砥柱。要知道,脑电信号极其微弱,要想对其进行高精度分析,就必须借助专门的脑电放大器对其进行放大,技术难度和成本都可想而知。若想使其适用于日常生活,就有必要将现有的有线传输方式改为无线模式,那么随之而来的发热、充电、噪声、传输带宽等又成了新的有待解决的问题。

 



第三是信号的解码。神经信号的分析是脑机接口系统的核心。神经科学家们需要精通对看似杂乱的脑电信号的解读,从中分析出隐藏在背后的大量信息,这既需要深刻理解相应脑区的工作原理,又需要大量应用信号处理和模式识别的各种算法。目前,人们对运动意图的解码已经相对成熟,可以精细地判断出人脑的运动意图。而一旦更多的意图信号完成解码,接下来就需要多领域的合作,将解析出的意图信号转化为外部控制指令,小到屏幕上的光标,大到具有高精度和稳定性的机械臂。这些设想均有可能成为现实。

最后是反馈刺激,这是形成脑机接口闭环的最后一步,也是与上一步解码反向的过程:将外部传感器接受到的信息,编码转化为大脑可理解的电信号,通过电极刺激对应的脑区,让人“感觉”到传感器反馈的信息。试想,当我们用脑电操控机械手臂去拿起一杯水时,如果没有反馈系统,那么我们就是控制着一条毫无知觉的手臂,无法知道触感、温度、压力,那么这样一条手臂是无用且危险的——比如你无法准确判断握力,要么捏碎杯子,要么没有握紧将其摔碎。

 



根据皮尤研究中心的一项调查,公众对脑机接口一类技术的担忧,比转基因技术更甚,一般人会怀疑,甚至是恐惧这类技术,不希望自己大脑内被植入机器。另一个不无道理的担心是,这些脑中的电子设备有可能被黑客入侵,这也是各类科幻电影乐此不疲渲染的“看点”。加之我们对人脑运作的机制仍没有完整的理解,想见马斯克提出的人脑增强和脑机融合的长期愿景还需要巨大的技术飞跃作为支持。因此,马斯克眼前的小目标还是定位于运动控制或是神经调控治疗比较现实。

(文章及图片根据互联网材料综合整理而成)