风很大的脑机接口是个啥？它能传输思维吗
原标题：风很大的脑机接口是个啥？它能传输思维吗
美国《细胞》杂志近日刊登重磅论文，宣告了脑机接口领域的重大突破——使瘫痪者成功恢复运动能力，触觉准确率高达90%。
就在这一“重大突破”引发广泛关注之际，素有“硅谷钢铁侠”之称的埃隆·马斯克宣布：他旗下的脑机接口公司Neuralink将在一年内完成芯片的大脑植入，该芯片原则上可以修复各种大脑问题，包括提升视力和听觉、治疗阿尔茨海默症、帮助恢复记忆、监控和阻止癫痫发作等。再次引发话题效应。
2019年11月6日，在日本东京，影片《终结者:黑暗命运》影迷与“终结者”机器人互动
脑机接口正在成为全世界脑科学的热点，国际科学界和产业界近年来都对这一领域加大了投入。未来，它有望带给人们越来越多的惊喜，现实版本的科幻片正加速到来。而硬币的另一面，它也引发越来越多的讨论和思考。
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人工耳蜗被认为是出现最早，迄今为止技术也最成熟的脑机接口，诞生于上世纪70年代。人工耳蜗包括体外和体内两部分，体外部分收集声音，把声音转换成电信号；体内部分主要是阵列电极，把代表不同频率声音的电信号传递给听神经，再通过听神经传入中枢产生听觉。
与人工耳蜗相类似的人工视网膜、电子鼻、触觉手套等系列产品都已被开发出来，理论上讲，各种感觉都可以通过电子元件变成神经冲动，输入大脑引起知觉。
信号输出是脑机接口的另一大发展方向。上世纪90年代，美国的尼柯莱利斯教授训练大鼠用意念来喝水。大鼠是用前爪压动杠杆来喝水的，尼柯莱利斯教授检测到和这一动作有关的脑内46个神经元，并且通过电极把这46个神经元的兴奋连接到自动出水的机器上。只要这46个神经元兴奋，机器就会工作，水就会自动流出来，大鼠只要“想一想”就有水喝。
1998年，一位名叫约翰尼·雷的中风病人接受了电极植入手术。手术前他不能动、不能说话，连呼吸都要通过插管来维持。手术将阵列电极插入他控制左手的皮层运动区，当他想象左手的运动时，神经元的兴奋通过电极引导出来，支配计算机屏幕上光标的运动。
这项技术后来应用于仿生肢体的研制。颅内电极或运动神经末梢与机器（仿生肢体）相连，当患者产生运动意念时，大脑便会向运动神经发出神经冲动，电信号放大后作用于仿生肢体，引起相应的运动。
某些脑部疾病的治疗采用了颅内埋置电极的做法。帕金森病病人的大脑黑质中多巴胺能神经元的功能下降，使其不能释放足够的多巴胺来调节病人的运动功能。
虽然可以口服左旋多巴类药物来缓解症状，但是效果并不理想。新的治疗方法是在颅内埋藏电极，刺激多巴胺能神经元，令其自行分泌多巴胺。这样，多巴胺能神经元就不会在外源性药物的负反馈调节下“每况愈下”，并且治疗效果也更加显著。
目前，脑机接口的产品已经造福很多残障和患病人士，但还无法达到和健康人一样的程度。脑机接口技术已可以外延到调控情绪、记忆，但不会像对感觉和运动那样有效和安全。
以调控情绪为例，科学家尝试在大鼠的脑内安装刺激电极，电极刺激下丘脑的某些部位，大鼠会有愉悦的感受，并主动按动电钮对自己给出电刺激。这与吸毒成瘾的人非常相似。如果我们用类似的方法治疗抑郁症之类的精神疾病，难保患者不陷入对刺激的依赖，并出现另类的精神症状。
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脑机接口可分为非侵入式脑机接口和侵入式脑机接口两大类。非侵入式脑机接口收集脑电波进行信号输出，优点是没有创伤，缺点是不够精确；侵入式脑机接口靠电极进行信号输入或输出，优点是精确性高，缺点是有创伤、植入电极的数量和使用寿命有限。
浙江大学求是高等研究院教授郑筱祥从2006年起带领团队进行脑机接口技术研究。这是她在介绍相关实验的原理 （资料照片，2012年2月23日摄 新华社发）
Neuralink公司的脑机接口属于侵入式脑机接口。他们敢于宣称脑机接口新时代的到来，主要是因为研发了“神经织网”技术。“神经织网”这个概念来自于苏格兰科幻小说家伊恩·班克斯的《迎风舵轮》，是说在脑中植入一张圆筒状的网，让神经元在网中按照科学家想要的方式生长，并重新建立连接。
目前的“神经织网”还达不到科幻小说里的级别，不过，其电极比以往电极更细，也更易于插入大脑。该技术通过神经手术机器人使用激光在头骨上钻孔，每分钟可以将六根超薄的精密柔性聚合物电极线准确插入大脑目标位置，以尽可能减少损害。电极线上有一系列微小电极和传感器，宽度大约是4到6微米，比人类发丝还要细，可以大规模传输神经元活动数据。
新型电子元件可将电极线收集到的大脑信号进行滤波、数模转换和脉冲检测等处理。该系统还包括一个能够更好地读取、清理和放大脑信号的定制芯片。目前，Neuralink公司正在动物身上测试这种技术的稳定性，他们可以读取植入大鼠脑中的1500个电极所记录的信息，数量上是现有人机接口技术的15倍。
Neuralink公司在技术上有一定的创新，但是没有突破脑机接口现有的理论和技术框架。对于健全人而言，为了“提升脑力”进行开颅手术植入电极和芯片依然是不可思议的事情。科学界对此给出的评价是：在攀登脑机接口这座大山的征程中，Neuralink公司是一支装备优良的登山队，并非坐上了直升机。
“马斯克公布的脑机接口技术非常前沿，可谓激动人心。”复旦大学脑科学研究院院长马兰指出，相对于侵入式技术，非侵入式技术在日常生活中的应用也将更为广泛，发展前景巨大。
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随着科技发展以及医疗需求的增加，脑机接口成为极具潜力的新兴科技领域。人工耳蜗、人工视网膜、仿生肢体等产品正不断升级换代，越来越精巧或有力，有可能在这些功能上超越了正常人类。就像《机械公敌》中的黑人警探，其假肢比普通人的肢体更加强壮。
但是，除了感觉和运动，脑的其他功能由机器来取代会面临很多困难与挑战。感觉和运动都属于脑的一般功能，定位明确，神经回路相对简单，电极只要插入感觉皮层或运动皮层就可以输入和输出指令。然而，诸如睡眠、学习、记忆、语言、注意、思维、推理、联想、决策等都属于脑的高级功能，需要很多核团（功能相似的神经核集合形成神经核团）之间传递信号来完成。
脑的高级功能牵涉的神经元数量庞大、定位分散，相关的神经回路到目前为止都没有研究清楚。以思维为例，人类在思考问题的过程中，一段时间里会激活数以亿计的神经元，而Neuralink的技术最多也就是在脑中植入数千个电极，它能够操纵整个大脑的运行吗？
“传输思维”一向是科幻片热衷的题材，但如果真的观察一下脑中那些错综复杂的回路，情况就没有那么乐观了。上千亿神经元、1015数量级的突触、不同类型的连接方式和神经递质⋯⋯人脑远比计算机复杂，现今人类对脑科学的研究只是到达了这座高山的山脚下而已。
在可预见的未来，脑机接口不可能真的做到传输思维。只有脑科学领域取得突破性进展，超越了现有的理论体系，传输思维才有可能成为现实。这种颠覆性的科技革命不仅涉及到脑科学如何发展，也涉及到医学、信息学、电子学、材料学、机械学等学科如何发展，更涉及到伦理道德，以及人类对自身的期待。
目前，网民们对于“传输思维”这个概念的普遍反应是担忧多于支持。试想，如果人类真的被植入电极，思维随时可能被植入、被外泄、被操纵，该是多么可怕？
诸多科研人员也一直在思考脑科学对未来的影响以及相关匡正之道。脑科学会深刻地改变人类的未来，我们期待这是积极而恰当的影响，绝非《黑客帝国》呈现的人被机器奴役的世界。 （作者系华中师范大学生命科学学院副教授、中国科普作协会员、中国神经科学学会会员）
来源：2020年6月10日出版的《环球》杂志 第12期
监 制：乐艳娜 责任编辑：林睎瑶
