本文作者：@马猴 本文作者：@马猴 亚利桑那大学——神经科学与认知科学 亚利桑那大学——神经科学与认知科学 意念打字？脑电波开车？心灵感应？或者用自己的大脑操作一具永生不灭的机械身躯？这些技术是不是听起来简直酷到不真实？今天要介绍的，正是它们背后的核心科技——脑机接口。 酷到不真实 脑机接口 酷到不真实的脑机接口 虽然听起来像是硬生生从近年科幻作品中拽出来的“黑科技 ”，但脑机接口在科研界可早已不是什么新鲜事。早在个人电脑都还没诞生的1969年，华盛顿大学的一位神经科学家就已经成功的将猕猴的大脑与机械相连，让猕猴能够通过特定的大脑活动直接打开仓库的大门，获取到自己想要的食物[1]。 脑机接口在科研界可早已不是什么新鲜事 在那之后，脑机接口研究汇集了全世界工程学、心理学、电脑科学和神经生物学界最杰出的科学家，各大基金会和商业巨头争先恐后的注入资金，甚至连美国军方都参与了进去[2]，整个领域渡过了要人有人要钱有钱的50年发展期。2017年，特斯拉的创始人，亿万富翁埃隆·马斯克公开表示，自己名下的Neuralink公司将会在未来几年内实现脑机接口的商业应用[3]。那么，我现在离换上一具不会衰老的机器身体还有多久？ 工程学、心理学、电脑科学和神经生物学 数字永生要来了吗？ 我们来看一项2019年10月发表在顶级医学期刊《柳叶刀》上的脑机接口尖端研究成果：一位28岁的四肢麻痹患者，在经过了2年（严格且复杂的）训练后，通过脑机接口和（笨重的）机械外骨骼，恢复了行走能力（一分钟走不出3米远，还全程吊着威亚保持平衡）[4]。高端临床应用不行，那退一步，我现在离用脑电波打字还有多久？ 在经过了2年（严格且复杂的）训练后 这就是最尖端脑机接口技术了 2017年，清华大学的一支团队就通过脑机接口，帮助癫痫患者以打字的方式，重获了与外界沟通的能力，这项成果当时在全世界范围内，都被认为是重大突破。仅仅是切开患者的头盖骨，冒着损伤大脑的风险将一根电极插入脑部，癫痫患者就能获取打字能力，速度高达每分钟14个字母[5]，仔细想想，问一句 “您好请问洗手间在哪？ ”也只需几分钟而已。 冒着损伤大脑的风险将一根电极插入脑部 其实，花了这么多篇幅阴阳怪气，目的只有一个：通过真实的科研进展，尽可能多的抹消掉一些大家对脑机接口的错误幻想。拜很多不太在乎良心、不怎么尊重科学的媒体所赐，我们对脑机接口，有一种错的离谱的认知。随着脑机接口技术落地的临近，现在是时候来重新认识一下这项重要技术了。 拜很多不太在乎良心、不怎么尊重科学的媒体所赐，我们对脑机接口，有一种错的离谱的认知 现在是时候来重新认识一下这项重要技术 了 本文会尽可能详实的介绍脑机接口目前面临的难点和应用的思路，以帮助读者能够自己回答“脑机接口是否能作为一种抗衰老策略”和“我什么时候才能用上脑机接口”这两个没有标准答案的问题。 脑机接口是否能作为一种抗衰老策略 我什么时候才能用上脑机接口 对脑机接口最简单的理解方式，是把我们的身体想象成一种脑肌接口，大脑接收环境中的信息，对这些信息做出反应，然后通过肌肉去与环境互动，从说一句话，到撸一把邻居家的猫，我们几乎所有的日常行为，都归属在这种互动中。脑机接口就是把这里面的肌肉替换成机器，仅此而已[6]。 对脑机接口最简单的理解方式，是把我们的身体想象成一种脑肌接口 是不是突然觉得，这和自己想象的脑机接口并不是同一个东西？其实还是拜很多媒体所赐，很多人把脑机接口这一项正在研发中的技术，和意识上传这个基本还是个理论的概念混淆在了一起。 很多人把脑机接口这一项正在研发中的技术，和意识上传这个基本还是个理论的概念混淆在了一起 回到脑机接口，虽然说起来简单，不同于肌肉这种和大脑“从小玩到大”的好兄弟，机器是一个中途介入，并且说着不同语言的“外国人”，想让它和大脑亲密无间的合作，脑机接口必须具备以下四个组成部分[7]。 脑机接口必须具备以下四 个组成部分 信号获取 机器首先要能听到大脑的声音，这是目前脑机接口发展最大的障碍。大脑说话的方式非常独特，它通过在不同的时间点激活不同的脑区，来表达不同的意图[8]。其实简单点比喻就是键盘，只要知道哪个时间点按下过哪些键，基本就能推测出说过哪些句子。 机器首先要能听到大脑的 声音 ，这是目前脑机接口发展最大的障碍 现有的脑区活动观测技术，种类极少，一只手就能数过来，但是它们在技术层面所达到的深度，完全可以说是汇集了人类智慧的精华，单是一项功能性磁共振成像（fMRI），身后就摆着五块诺贝尔奖章。然而，所有的这些先进技术，要么因为便携性太差，要么因为信号延迟过高，全都不能很好的被应用在脑机接口中[9]。能满足这两项需求的观测技术，只有发明于1924年的脑电图（EEG）[10]。 然而，所有的这些先进技术，要么因为便携性太差，要么因为信号延迟过高，全都不能很好的被应用在脑机接口中 便携性极差的fMRI（左）与MEG（右） 古老的脑电图技术 脑电图虽说技术古老，但原理却直逼本质。前文所提到的“特定脑区被激活”，实质上就是特定区域的神经元细胞吸入了足够多的阳离子（带正电荷），引发了极化的改变，最终生成电位[8]。别看大脑好像控制着一切，其实组成它的神经元，一辈子就只会干这一件事，而脑电图所捕捉的，也恰好就是这一件事[11]。 脑电图虽说技术古老，但原理却直逼本质 由于测量的信号是电位（理论传递速度等于光速），脑电图几乎没有任何延迟；便携性方面更是优秀，目前，较为先进的脑电图设备，可被缩小至耳机大小[10]。不过古老的技术自然也有缺陷，脑电图的信号清晰度，奇差。 脑电图几乎没有任何延迟 较为先进的脑电图设备 ， 可被缩小至耳机大小 脑电图的信号清晰度，奇差 神经电位在传递过程中会受到诸多影响，头盖骨会阻碍电位，头皮会吸收电位，头发会扰乱电位，就连眼皮和眼球在运动时散发出的电位都会降低脑电图信号的清晰度[14]。要克服这些问题，最好的办法就是通过神经外科手术直接把脑电图设备嵌进大脑里，也就是所谓的侵入式脑机接口[12]。 神经电位在传递过程中会受到诸多影响 侵入式脑机接口 但这又会产生出新的问题，首先是手术显而易见的风险，由于大脑的高度复杂性和精密性，任何一点结构上的损伤都会造成无法预估的影响。幸运的，也许仿佛无事发生，不幸的，可能发生人格改变，倒霉的，从痴呆到当场死亡，只有天知道[13]。 手术显而易见的风险 任何一点结构上的损伤都会造成无法预估的影响 发生人格改变 从痴呆到当场死亡，只有天知道 植入电极需要通过风险极高的神经外科手术 其次是设备的损耗问题，脑电图的主要部件是电极，以目前的科技，这些电极很难在大脑的高强度电生理活动中长期维持功能[14]。等于说，前面那个风险巨大的手术，每隔几年就得重做一次，想想就刺激的不行。而且电极虽细，在同一个区域的反复插拔，不可避免会对脑组织造成损伤。 电极很难在大脑的高强度电生理活动中长期维持功能 而且电极虽细，在同一个区域的反复插拔，不可避免会对脑组织造成损伤 最后还有供电问题，设备植入了大脑，靠什么补充电能？[14]不要想什么生物电，这种层面的生物电利用技术，才是真的只能去科幻作品里找。 设备植入 了 大脑， 靠 什 么补充电能 这些，都是脑机接口实现民用化前必须要攻克的难题。目前全球的研究人员已经提出了很多针对这些问题的解决方案，但是基本都还停留在研发的初级阶段。 这些，都是脑机接口实现民用化前必须要攻克的难题 基本都还停留在研发的初级阶段 马斯克和他的Neuralink虽然宣称他们研发了一种名为“神经蕾丝”的全新电极，和与之配套的电极植入专用手术机器人，但当被问及这些炫酷的技术是否解决了上述问题时，马斯克也只能选择转移话题。而且，即使假设时间最终解决了所有的这些问题，脑机接口成功且安全的捕捉到了大脑信号，这也才是第一步而已。 这也才是第一步而已。 信号处理和归类 听到是一回事，听懂则是另一回事。在捕捉到大脑的“话语”后，下一步就是分析这些语句中的“语法”，哪些信号代表伸手、哪些信号代表张嘴，哪些信号代表刹车等等。 听到是一回事，听懂则是另一回事 在没有任何参照的情况下，理解一门新的语言原本是几乎不可能的任务，就好像古希腊的线性文字B到今天也没被破译，但是感谢伟大的码农和无所不能的机器学习，脑机接口在这一层面的进展要顺利的多。机器学习并不试图破译大脑说了什么，而是直接归纳特定行为意图与特定大脑信号之间的联系[15,16]。 在没有任何参照的情况下，理解一门新的语言 原本是几乎不可能的任务 脑机接口在这一层面的进展要顺利的多。机器学习并不试图 破译 大脑说了什么，而是直接归纳特定行为意图与 特定 大脑信号之间的联系 比如每次伸右手时，都会有a信号，那以后看到a信号，就让机械右臂向前伸出。道理类似于，人让狗和自己握手，其实谁都没明白对面到底在干什么，但是双方都达到了自己的目的，这种方式到底靠不靠谱？仁者见仁，智者见智。 输出 前面所有“脑”相关的问题都被解决后，下面就是通过“机”享受回报了。虽然说脑机接口中的机器，是作为肌肉的替代品，但是在应用上并没有必要拘泥于肌肉的形态。比如文章开头所介绍的机械外骨骼一例，从应用角度上讲，这项研究远谈不上成功，如果只是为了恢复移动能力，把大脑和轮椅连接起来岂不是可行的多[17]？如果能控制轮椅，那驾驶汽车自然也不在话下，到了这里，基本就是靠创造力来挖掘脑机接口可能性的阶段了。 应用上并 没有必要 拘泥于肌肉的形态 到了这里，基本就是靠创造力来挖掘脑机接口可能性的阶段了 通过脑机接口操作轮椅 不过这其中也有严肃的问题。第一，走路本是一种不需要太多大脑干预的，带有肌肉反射性质的运动[8]，当患者开始需要通过大脑意识去控制假肢或轮椅前行中的每一个细节时，会给大脑带去极大地负担，很短一段时间内大脑就会表现出疲惫[19]。 会给大脑带去极大地负担，很短一段时间内大脑就会表现出疲惫 第二，到了上半身，问题更复杂，比如端起一杯水这个动作，其实包含了大量肌肉与大脑间的信息交换：手通过根据自己受到的压力，通知大脑调节握杯子的力度；大臂上的肱二头肌和肱三头肌评估端起杯子瞬间自己感受到的拉力，提醒大脑是否用力过猛等等[8]。但当下多数的脑机接口，机器还只能单方面的接收大脑的指令，与大脑之间并不能产生真正的交互。 肌肉与大脑间的信息交换 当下 多数的脑机接口，机器还只能单方面的接收大脑的指令， 与大脑之间 并不能产生真正的交互 目前解决这两种问题的方式，再次感谢伟大的码农，是使用人工智能干预。坐在轮椅上，你只需要决定往哪里走，剩下的事情，人工智能替你完成[21]；装上机械臂，你只要想去拿水杯，其余的细节，人工智能替你考虑。这其实就是我们平时打字时，输入法的智能联想功能，这东西有多方便，有多烦人，各位读者肯定都深有体会。 人工智能干预 这其实就是我们平时打字时，输入法的智能联想功能，这东西有多方便，有多烦人，各位读者肯定都深有体会。 这也就引出了最后一个问题：当所有的行为都受到人工智能的干预后，我，还是我吗？ 当所有的行为都受到人工智能的干预后，我，还是我吗？ 时光派点评 以上，就是脑机接口的现状了，不知道各位读者对“脑机接口是否能作为一种抗衰老策略”和“我什么时候才能用上脑机接口”这两个问题，有自己的答案了没有？一起交流一下吧！ 脑机接口作为抗衰老手段，个人认为，完全不靠谱。原因很简单，衰老发生在几乎所有的人体系统中，而脑机接口取代的，仅仅是肌肉和周围神经系统。正是基于这一特性，目前脑机接口的应用研究主要专注于改善残障人士的生活质量。 脑机接口作为抗衰老手段，个人认为，完全不靠谱 目前脑机接口的应用研究主要专注于改善残障人士的生活质量。 那么成熟的脑机接口技术什么时候才能落地？坦白的讲，不太乐观。其实真正在阻碍着脑机接口发展的，并不是文章中所介绍的那些工程问题，而是更本质的科学问题。工程是根据现有的信息解决现有的问题，而科学是探索未知的信息，脑机接口中涉及前者的部分，凭借着研究人员的才智，必定能够解决，但是涉及后者的部分，真的很难说。 坦白的讲，不太乐观 工程是根据现有的信息解决现有的问题，而科学是探索未知的信息 隶属于谷歌DeepMind计划的神经科学家Adam Marbelstone博士，在评论马斯克的Neuralink脑机接口技术时，也表达了类似的观点，他认为Neuralink脑机接口就像是带着最先进装备(指工程)的登山运动员，但翻过眼前这座高山所真正需要的，其实是一架直升机（指科学突破）[22]。 Neuralink 脑机接口就像是带着最先进装备(指工程)的登山运动员，但翻过眼前这座高山所真正需要的， 其实 是一架直升机（指科学突破） 成熟的脑机接口技术在目前看来，酷，但并不真实。 成熟的脑机接口技术在目前看来， 酷 ，但 并 不真实 时光派不会错过任何一个有价值的抗衰老研究 ，想了解更多抗衰老科学知识就关注我吧！ 时光派不会错过任何一个有价值的抗衰老研究 ，想了解更多抗衰老科学知识就关注我吧！ 举报/反馈
