未来已来？“脑机接口”或从科幻走进现实？
新华社上海7月20日电（记者有之炘）将某种设备植入大脑以实现人类和计算机之间的快速通信，这是《黑客帝国》等经典科幻电影中的情节，“脑机接口”也是很多人津津乐道的话题。如今，在被称为“硅谷钢铁侠”的埃隆·马斯克的口中，“脑机接口”或将从科幻走进现实。
让人兴奋的脑机接口
埃隆·马斯克日前宣布，他旗下的脑机接口初创公司Neuralink已经找到了高效实现脑机接口的方法，这套高宽带脑机接口（BMI）系统可快速读取脑信号，并有望在明年年底之前开始对人类进行试验。
据悉，Neuralink的脑机接口系统，是利用一台神经手术机器人向人脑中植入被称为“线”的专有技术芯片和信息条，然后可直接通过USB-C接口读取大脑信号，甚至可以通过苹果手机的应用程序进行控制。Neuralink公司已开始在老鼠身上进行测试，并与加州大学戴维斯分校合作用猴子试验。
来自Neuralink的“黑 科技 ”瞬间刷屏，不仅令全球网友兴奋，也使脑科学领域的专家们感到震撼。
复旦大学附属华山医院副院长毛颖对于Neuralink电极的纤细度、柔软度以及电极通道量数量级的进步也表示认可。据毛颖介绍，脑机接口的技术涉及脑电信号的获取、分析、功能呈现三个部分，Neuralink在脑电信号的获取环节取得重要进步。
挑战重重的“黑 科技 ”
如此牛的“黑 科技 ”将如何运用呢？马斯克在发布会上表示，Neuralink的技术可以帮助到那些因脊髓损伤而失去行动能力或感觉能力的截瘫患者。被马斯克称为“神经蕾丝”的微型设备，将它植入到中历滚人体体内，一些具有听力和视力缺陷或脑部损伤的人士将可以弥补部分的功能。马斯克透露，公司将争取美国食品药品管理局的批准，有望最早在2020年开始人体临床试验。
然而，在业内人士看来，作为侵入式的大脑信息采集方式，Neuralink未来所面临的挑战是不可回避的。
侵入式接口最大的挑战是手术如何将对脑部的损伤降到最低，并且随着植入时间延长，穿刺电极被炎症细胞包裹，理论上会导致信号缺失；第二个挑战在于电极植入部位的精准选择、信号的有效分析，需要对大脑功能结构和活动方式的深入理解；同时，在信号控制、微制造等领域，也将面临前所未有的挑战；此外，这一技术能否在 健康 人士身上运用也值得探究，在伦理上更需要严格把控。
尽管挑战重重，但越来越多的人开始关注大脑研究的前沿领域，智能的发展将会对人类的进步产生巨大的推进作用。陈天桥雒芊芊研究院创始人陈天桥表示，期待看到明年Neuralink在人体试验时，如何平衡脑机接口技术用于治病救人和大众商业服务的关系，希望未来能够看到在这方面有革命性的突破。
与人工智能的共生融合
事实上，除了马斯克的团队，国内外还有不少致力于研究侵入式和非侵入式的脑电控制方面的科研人员。
中国科学院院士吴朝晖长期从事植入式脑机接口的研究，在复杂服务计算和脑机融合的混合智能等方面取得了创造性的 科技 成果。
复旦大学脑科学研究院在感知觉、学习记忆等方面开展脑电活动解码研究，如针对奖赏记忆的存储和提取的解码，研究治疗成瘾等记忆相关疾病的方法，近期还研发出基于视觉信号的脑机接口，即“脑电驱动的变色龙”系统。马兰表示，脑机接口正在成为全世界脑科学的热点，相对于侵入式技术，非侵入技术在日常生活中的应用也将更为广泛，发展前景巨大。
学术刊物《科学》杂志曾发文称，美国卡内基梅隆大学教授贺斌团队开发出了一种可与大脑无创连接的脑机接口，能让人用意念控制机器臂连续、快速运动。
陈天桥雒芊芊研究院的脑机接口项目则主要专注于对病人尤其是瘫痪病人的治疗， 探索 通过脑机接口让瘫痪病卖余人用意念精确控制机械臂，甚至模拟触觉。
除了医疗领域外，脑机接口技术还有潜力应用在教育、 游戏 、智能通讯等产业领域。来自美国硅谷的教育机器人公司萝卜太辣创始人兼CEO张尧在接受采访时表示，脑机接口技术在教育领域也有应用场景，可以帮助学生提高学习效率、提升注意力，在实际烂猛应用落地方面值得研究。
诚然，从脑科学的角度而言，人类对大脑的了解远远不够。毛颖坦言，未来在与人工智能的共生和融合过程中，如何确保研究方向符合人类利益是值得关注的另一个层面。人工智能的发展会给人类大脑的发展插上翅膀，在这一发展过程中也要密切关注其可能产生的风险并加以控制。
如何实现“意念打字”？
全世界的瘫痪病人不计其数，我们认为也许可以通过植入皮质内脑机接口来帮助他们。“皮质内”的意思就是在大脑皮层的内侧。大脑皮层是大脑外部的组织，人类的大脑皮层要远多于低等动物。而脑机接口的原理是，在某种程度上让脑信号与计算机信号互动。
这张照片上的人叫Christopher Reeve，他是上世纪80年代美国电影角色“超人”的扮演者。上世纪90年代中期他从马上跌落，导致颈部和脊髓严重受伤。作为公众人物他的情况也为人所熟知。他无法行走或抬起胳膊，更不幸的是，由于必须使用机械式呼吸机，他吐字不清也无法顺畅地沟通。
但我们还是想问一个老生常谈的问题，我们能否通过新的更强有力的方式来倾听大脑的活动？然后问他本人，他是否还想抬起手臂？也许那些（抬起手臂的）脑信号只是无法通过受伤的脊髓或信号通路传递到手臂而已。
那么我们就来研究一下是否可行。这是一张皮质内脑机接口侧视图。脑机接口可以用于控制义肢瘫痪的手臂以及计算机接口。它的工作原理是这样的：如果我想拿起某样东西，比如这个示例中的一杯咖啡（就像很多人每天早餐的那杯咖啡），我知道杯子在哪，因为我可以看到杯子。这条信息首先传递到大脑后部，然后向前传送到运动皮质区，在那里计划和详细指令信号通过脊髓传递给手臂的肌肉。这样我就可以伸手去拿起那杯咖啡。
如果由于损伤导致这种正常活动无法实现，那么可以通过微型芯片来解决。芯片就像指甲或阿司匹林药片那么大，4毫米见方。我们通过神经外科手术把芯片植入大脑外层，然后聆听单个神经元的电子活动。当一个神经元想和另一个神经元沟通时，这个神经元会发出一种叫做“动作电位”的微弱电子脉冲。当你想要触达不同的方向时，这些电子脉冲的样式会相应地变化。后面我会更深入地解释。
我们可以通过芯片收集这些电信号，并对其进行实时的数学计算，就像手机和电脑的工作原理一样，我们称其为“解码算法”。解码算法可以在定制的硅芯片上运行，这些芯片是高度定制化的，因此能耗极低。这不仅有助于延长植入装置的电池寿命，同时意味着我们不用担心装置过热的问题。
芯片可以读取并使用这些信号，就像第一个示例展示的那样，继续传递信号并刺激瘫痪手臂的不同肌肉，让手臂恢复活动功能。如这张图片展示的，手臂可以拿起咖啡并送到嘴边饮用，也就是通过刺激瘫痪的手臂让其恢复活动功能。
另一种方式是让机械手臂或义肢具有活动功能。这里展示的是使用者正在试图移动自己的手臂，这不需要几天几周甚至几个月的训练，你只需要想着去移动你的右臂。如果我们的装置有效，那么我们就能读取这些信号并让机械手臂做出相应的动作，比如拿起并饮用一杯咖啡，我想很多人都很喜欢喝咖啡。
而过去十年，我们的研究重点是第3种选项：一种与电脑直接沟通的解决方案。原因在于，我们想一想，某天我们在手机或平板电脑上花了多长时间，那会是一个巨大的数字。这是因为那是我们与这个世界的接口，并且这个接口会不断扩展，比如人工现实、虚拟现实、增强现实和元宇宙等等。所以与电脑互动是非常重要的。
