觸摸心靈-春節特輯

腦機介面技術是下一個風口

在介紹腦機介面以前，推薦兩本書：

腦機介面已經在這裡

扎克伯格（Zuckerberg）和馬斯克（Musk）吹捧的技術可能很快幫助我們。

丹尼斯·德格雷（Dennis DeGray）他一生中最初的54年，是一個活躍的人。 2007年，他住在加利福尼亞州的太平洋格羅夫（Pacific Grove），離海邊不遠，在一家海濱餐廳工作。 他大部分時間都在衝浪。然後，在一個雨夜裡把垃圾拿出來的時候，他滑倒了，跌倒在路面上，把他的脖子壓在第二和第三塊椎骨之間。 正如他所說的，德格雷立即被提出，「從鎖骨南部完全不起作用」。他之後依靠看護者來餵食，穿衣和清潔他，並滿足其他任何需要。 他有這樣的期待，他的餘生都是如此。

「我的前六個月真的是一件事情，」現年64歲的德格雷，在他的單人房裡，在一個裝飾著童話燈， 國家諷刺畫海報，和一個6英尺高的塑料外星人的門洛公園護理設施里說， 「接下來的兩年也是。 而坦率地說，今天早上，這還是一些東西。「他用吹稻草的方式操作摩托輪椅。 他的大部分時間都是電視和前往當地公園，圖書館和附近餐館的旅行，熟悉的工作人員幫助他進餐。

但是過去一年，星期一和星期三的例行公事已經被打破了。 中午時分，有兩三名科學家到達護理中心。 他們在DeGray房間的一個角落裡推出了一個放置電腦設備的機架，並將一根電纜插入頭頂的插座。 一旦連接起來，他的運動皮層上的一個1/6平方英寸的硅晶元就可以讓他把游標移動到電腦屏幕上，只要想一想就可以了。

這種所謂的腦機介面（BCI）提供了直接測量神經元活動並將其轉化為信息或行為的方法。為了操作屏幕上的游標，德格雷想像他的手擱在一張桌子上的一個球上，他正在試圖將其向四個方向中的一個方向滾動：左，右，朝向，遠離。 他說，當他在2016年9月第一次嘗試這個系統的時候，「就像風中的大黃蜂一樣，四處飛舞。」 不過，不久之後，他就掌握了這個機會，研究人員用他的努力教導計算機更好地解釋他的大腦活動。 今天，在屏幕上放置一個鍵盤，德格雷可以每分鐘九十五個字。 如果這種說法聽起來不太快，那麼Wright Flyer就不是特別快的飛機。

德格雷一直在與BrainGate合作，這個由來自斯坦福大學，布朗大學和凱斯西儲大學等的研究人員組成的聯盟，成功地治療了十多名患者。 BrainGate團隊是越來越多的大學科學家，政府機構和創業公司之一，試圖通過思想的力量讓人類感知，控制和與外界溝通。

到目前為止，這些進步僅限於受控制的環境，但是當德格雷摔斷脖子的時候，大部分人都想把它們推出世界的速度比大多數人想像的還要快。 支付服務的創始人已經向一家名為Kernel的BCI初創公司投入了1億美元。 Facebook公司正在開發一種產品，它允許用戶以每分鐘100個字的速度在用思維輸入自己的想法。 特斯拉公司和 SpaceX首席執行官伊隆·馬斯克（Elon Musk）支持創業公司的類似技術，他說， Neuralink支持他的「生物智能和數字智能更緊密合併」的願景。五角大樓的研發部門 美國國防部高級研究計劃局 （Darpa）正在資助九個BCI項目，計劃在三到五年內向美國食品和藥物管理局進行臨床試驗。 達帕生物技術辦公室主任賈斯汀·桑切斯（Justin Sanchez）預測，醫療設備製造商將能夠將BCI硬體應用於廣泛的項目。 德格雷特別關注一個：繞過受損神經重新連接他的大腦和身體。 「現在十年了，」他說，「一個人會像我一樣倒下去，在短時間內他會在早上醒來，有人會把他的外骨骼放在上面，他會起來然後步行去星巴克。「

大腦和電腦連接在一起是一種騎馬式的科幻小說。 想想威廉·吉布森（William Gibson）的黑客英雄們正在向網路空間「挺身而出」，還是把被劫持的人類插入到黑客帝國（Matrix ）或者RoboCop中 。 然而在實踐中，大腦的攻擊要困難得多。 它含有100億個顯微神經元，每個神經元連接成千上萬個。 雖然運動和感覺皮質的某些部分與人體的某些部分相對應，但大腦的大部分元素（包括語言和記憶的負責區域）並不直觀。 事實上，我們幾乎不了解他們。

用於測量大腦活動的最小侵入性工具是腦電圖（EEG），其通過固定到頭皮上的電極陣列來工作，並測量每個點中電場的強度。 這種裝置是安全，廉價和不精確的，最適合於要求研究人員僅僅區分大腦活動所需的大腦活動：左對右，上下對比。為了恢復四肢複合功能，BCI設備需要更高的精度和速度。目前，實現這一目標的唯一方法是將感測器直接固定在大腦皮層上。

這種腦機介面（BCI）提供了直接測量神經元活動並將其轉化為信息或行為的方法。

切入大腦插入電極與您想像的一樣棘手和危險。也許更多的是這樣）。但是，至少在20世紀50年代，有爭議的神經學家何塞·羅德里格斯·德爾加多（JoséRodríguezDelgado）嘗試過癲癇和精神分裂症的皮質病時，人們一直在這樣做，儘管有些公眾嘩然。 在90年代，神經科學家菲爾·肯尼迪（Phil Kennedy）在患有鎖定綜合征的受試者的大腦中植入電極，除了那些控制眼睛的肌肉之外幾乎所有的隨意肌肉都癱瘓，所以他們可以輸出信息。（由於安全問題，美國食品和藥物管理局停止了肯尼迪的工作。）那時，布朗教授約翰·多諾霍（John Donoghue）開始開發神經界面，研究大腦如何轉化為行動，最終導致BrainGate項目。

布朗神經運動實驗室負責人大衛·博爾頓（David Borton）說：「這個領域正在非常迅速地發展。 過去的一年尤其令人印象深刻。 匹茲堡大學醫學中心的研究人員將機器人指尖的觸覺感測器與癱瘓的人的感覺皮層連接起來，這樣他就能感覺到觸摸的感覺。在凱斯西，科學家們把一個癱瘓的人的運動皮層和一台電腦連接起來，這個電腦電刺激了他手臂的肌肉，使他能夠把一個食物從一個盤子里拿到嘴裡。 在布朗，Borton的團隊在猴子的運動皮層植入了電極和無線發射器，並將其連接到接到動物腿部的接收器，恢復其行走運動。

總之，這些程序提供了一個路線圖，用於人為的解決由事故或疾病引起的神經系統功能障礙。四肢癱患者的頭腦可以重新連接到自己的肌肉上，或者修補到機器上。 Borton說這是一個什麼時候的問題，而不是如果。

正如Lasik手術已經從Kubrickian惡夢到在午餐時間完成的那種事情一樣，大腦植入物可能成為帕金森病，癲癇症或慢性疼痛等病症的合理干預。他們甚至可以通過增加記憶儲存或者通過思考來實現溝通來改善健康的大腦。

長時間盯著天花板，很容易擔心BCI黑暗的可能性。 這種控制論融合為我們帶來了身心的門道，也可以讓其他人進入。一旦小型機器人可以改變人們的情緒，那麼他們又不能改變什麼呢？ 垃圾郵件，社交媒體上癮或黑客入侵是什麼樣子？

德格雷指出，這是一個方法。 他一直在閱讀關於BCI的研究，並相信他最終能夠做的比一分鐘九個半字多。 他說：「我們正在建立基礎，學習如何從皮層直接控制事物。

已經有幾家公司，其中包括 雷神公司和 洛克希德·馬丁公司已經開發出動力外骨骼，增強了健康身體的力量。 如果科學家能夠開發出能夠讓四肢複雜的物體感知和操縱物體的感測器和致動器，那麼他們可以將人體和外骨骼整合到一個功能完好的機器人中。 那將是不小的功夫 - 神經科醫師不能完全理解我們的大腦如何無縫地協調感覺和行動 - 但有一天，癱瘓將有效地解決問題。

該技術還將延長用戶與機器之間的距離。 機器人指尖上的壓敏墊可以在下一個房間，下一個房間，或者半個世界的遠處進入用戶的感覺皮層，並且以另一種方式行進的電機信息可以引導機器人手動作。 DeGray說：「大腦的位置並不重要。 「我可以在某個時候像鳥一樣飛翔。 從字面上看，天空是極限。」

德格雷已經準備好改變了。 他的呼吸式輪椅可以讓他離卧室2英里半，到達BrainGate的斯坦福大學實驗室並返回，但是椅子的最大特點是讓他可以通過吹稻草來增加13英寸的距離來操縱數字菜單椅子的屏幕 這個13英寸的差距意味著「我可以坐在酒吧里看電視上的足球比賽，和我旁邊的人聊天，就像另一個人一樣。」想像一下，他說，剝掉他感覺的其他社交障礙。

與人們一對一地重新聯繫的潛力可能是巨大的。

科技往往被稱為變革。對威廉·科切瓦爾(William Kochevar)來說，這個詞是有道理的。科切瓦爾在一次自行車事故後，肩膀以下癱瘓，但他成功地用自己的手養活了自己。這一了不起的壯舉在一定程度上要歸功於植入右臂、刺激肌肉的電極。但真正的魔力在於更高的水平。科切瓦爾可以用思想的力量來控制自己的手臂。移動反應在他的運動皮層的神經活動中；這些信號被植入他的大腦，並被處理成指令來激活他手臂中的電極。以這種方式解碼思想的能力聽起來就像是科學虛構的。但是大腦-計算機介面(BCI)，比如Kochevar先生使用的BrainGate系統，提供了精神控制可以工作的證據。研究人員能夠分辨出什麼詞和什麼。人們只從神經活動中聽到和看到的圖像。信息也可以被編碼並用來刺激大腦。超過300000人有耳蝸植入物，通過將聲音轉換成電信號並將它們發送到大腦中來幫助他們聽。科學家們將數據「注入」猴子的頭部，指示它們通過電脈衝執行動作。

BCI可以為引人注目的新應用打開大門。想像一下，刺激視覺皮層幫助盲人，在中風患者身上建立新的神經聯繫。或者監測大腦是否有抑鬱的跡象。通過將神經元的放電轉化為一種資源，BCI可能會改變對人類意味著什麼的觀念。

不過腦機介面應用也面臨巨大的困難。

事實證明，讓醫療腦機介面技術走出實驗室進入臨床實踐十分困難。科切瓦爾所用BrainGate的系統早在10多年前便已開發成功，但至今只有少數人試用。體內植入設備轉變為消費產品甚至更加難以想像。技術、科學和商業化是實現其主流應用的三大攔路虎。

首先是技術方面的障礙。非侵入式技術（如腦電圖）難以通過進入大腦皮層、頭骨和腦膜獲得高解析度大腦信號。腦電圖帽取得了一些進展，可用來玩虛擬現實遊戲或僅憑意念控制工業機器人。但至少在目前，最雄心勃勃的應用要求植入能與神經元直接交互的元件。而且現有元件存在大量缺點：需要穿過頭骨的各種電線、引發免疫反應、僅與人腦850億神經元的數百個神經元交流。不過這些狀況有可能很快改觀。受器件微型化進展和計算機計算能力增強推動，製造能與數十萬神經元交流的安全、無線連接植入元件的工作正在進行。這些工作有的解釋大腦的電信號，有的進行光、磁和超聲波實驗。

解決技術障礙後還有另外一個攔路虎。大腦仍是人類了解不深的領域，科學家對於大腦的確切運行方式尤其是記憶形成之類的複雜功能知之甚少。對於動物大腦的研究取得了較大進展，但對人腦進行實驗很難。不過即便今天科學家也對人腦的部分區域（如運動皮層）加深了了解。不過並不總是需要完全了解大腦。機器學習能夠識別神經活動模式，大腦本身能夠輕而易舉地操控腦機介面。而且神經科學技術將揭示大腦的更多秘密。

第三個攔路虎是商業化實踐。醫療設備獲批需要時間、金錢和專業經驗。而且消費應用只有在其能夠執行人們覺得有用的功能後才會大發展。一些腦機介面應用並非必要的應用——比如，一款優秀的語音助手是比腦部植入元件更簡單的不用動手指輸入方式。消費者呼籲的穿顱術似乎也遙不可及。然而腦部植入已是某些病症的成熟療法。大約15萬人接受通過電極深度刺激腦部以幫助控制帕金森症。患者自主選擇的手術有可能成為常規手術，就像激光眼科手術所經歷的那樣。

其他問題：無論是出於軍事目的還是在消費者當中，都會出現一系列問題。隱私是一個明顯的問題：內部聲音的避難所可能會消失。安全是另一個問題：如果可以在互聯網上達到大腦，那麼它也可以被破解。不平等是第三個問題：除了自我永久的精英之外，對超人的認知能力的訪問可能超越了所有人。倫理學家已經開始處理機器在神經迴路中時產生的身份和機構的問題。這些問題不是緊急的。但是更大的故事是它們都不是純粹的幻想的領域。

技術改變了人們生活的方式。

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