劉興亮 | 極簡「腦機接口」技術發(fā)展史

01

人身上最精密復雜的器官就是大腦，它是產(chǎn)生意識、儲存意識、拓展意識的靈魂機構，一切感覺、認知和反思發(fā)生作用的場所。

可以說，人的存在更依賴于大腦而非其他肢體，這就是為什么地球上有無數(shù)生物，人類卻成為食物鏈最高端的原因。人能夠移山填海、飛離地球，靠的不是別的，是大腦。

古代的人們以為思考器官是心臟，后來發(fā)現(xiàn)是大腦。解剖學發(fā)現(xiàn)大腦的結構極其復雜，大腦、小腦、腦干、垂體、下丘腦，左右兩個半球，復雜的大腦皮層，腦溝與腦回路，無數(shù)的神經(jīng)元。每個神經(jīng)元都延伸出許多細小的分支，從而與其他許多神經(jīng)元連接。

當人思考時，信息會反復地在神經(jīng)元之間傳遞，合理的信息關聯(lián)會在神經(jīng)元之間建立連接（或通路）。只要有幾分鐘缺氧，大腦細胞就會成批死去，無論這個設備的哪部分出了差池，都會在智力和行為上表現(xiàn)出來。

左腦控制身體右半部分，右腦控制身體左半部分。大腦的不同部分分別控制人的肌肉運動、身體平衡、注意力、語言能力、味覺、觸覺、視覺、聽覺、嗅覺、閱讀等等，某個部位受損后，相應的能力即下降或消失。人的一切行為、情感和思考，都是這個小小器官在指揮。植物沒有大腦，所以大腦死亡后心臟還能跳動的人稱為植物人。

甚至可以這么設想，手所以能敲擊鍵盤，不是手在動，而是意識在動。

02

人類研究大腦的歷史很長，只是在現(xiàn)代科學興起后，解剖學和神經(jīng)學的發(fā)展才讓大腦的工作機制日益清晰。

大腦中的數(shù)十億個神經(jīng)細胞（神經(jīng)元）通過復雜的連接通道相互之間發(fā)送和接收電信號（神經(jīng)元利用稱為動作電位的電脈沖，沿著其長度方向傳遞信息）和化學信號（當電信號到達神經(jīng)元末端時，會觸發(fā)稱為神經(jīng)遞質的化學信使，釋放到稱為突觸的微小間隙中），并將這些信號輸送到身體的其他部分，控制人的行為。

你可以把大腦設想成電腦的中央處理器，處理感覺信息并啟動協(xié)調的運動反應。總而言之，神經(jīng)系統(tǒng)是可以分解為神經(jīng)元之間的相互連接，神經(jīng)通道的信息傳送的具體細微的「動作」中去的。

當這些「動作」清晰之后，就有人開始琢磨，為什么不能讓那些有缺陷的人通過修補大腦結構的缺陷而獲得重生呢？

比如盲人和聾啞人，就通過神經(jīng)末端的傳感系統(tǒng)的植入，變得能看見，能聽見了。這是無與倫比的科學進步！

腦機連接就是在大腦的工作原理日益清晰后自然而然的科學設想，不僅僅限于增強或修復人類的認知或感覺運動功能。

腦機接口有時也被稱為腦機一體化，是一套復雜的通信鏈路，目標在于繞過人體運動部件（例如手或腳）的中介，建立人腦與外部世界之間的直接交互。意思是，僅憑大腦的意識活動來控制外部和自然。

就像我們過去在書上或電視里說有些人有特異功能，可以憑意念移動外物那樣，腦機接口真能干成這類事。但是也非常可怕，也就是說一個笨人可能具備超強思維能力，人類的智力結構將突破遺傳學的限制，走向無法預測的未來。

現(xiàn)在，這一目標越來越趨于實現(xiàn)。我們簡單回顧一下它的發(fā)展簡史。

03

1924年，德國精神病學家漢斯·伯格首次利用腦電圖記錄了人腦活動。他在患者頭皮下植入銀線，一根在前額，一根在后腦勺。之后，他改用繩式電流計，后來又改用雙線圈西門子記錄電流計，這種電流計能夠記錄低至萬分之一伏的電壓。最終的輸出信號持續(xù)時間可達三秒，由助手拍攝下來。通過分析腦電圖，伯格能夠識別出振蕩活動，例如α波。這可以作為腦機接口技術最早的源頭和科學奠基。

1973年，法國計算機科學家雅克·J·維達爾發(fā)表的論文《邁向直接腦機通信》中創(chuàng)造了「腦機接口(BCI)」一詞。論文中提出了「腦機接口挑戰(zhàn)」，即利用腦電信號控制外部物體，特別是利用條件負變異（CNV）電位進行腦機接口控制。維達爾在1977年進行的實驗是他1973年提出腦機接口挑戰(zhàn)后的首次應用。該實驗利用非侵入式腦電信號（實際上是視覺誘發(fā)電位（VEP））控制計算機屏幕上類似光標的圖形對象。

1988年，首次實現(xiàn)了對物理對象（機器人）的非侵入式（電極在鬧外部）腦電控制。該實驗展示了腦電控制如何使機器人沿著地面上繪制的任意軌跡進行多次啟動-停止-重啟循環(huán)的運動。循線運動是機器人的默認行為，它利用了自主智能和自主能源。

1996年，愛爾蘭裔科學家飛利浦·肯尼迪首次將侵入式BCI植入人體，侵入式技術取得重大突破，人類首次實現(xiàn)高質量神經(jīng)信號采集。他在八十年代開發(fā)了神經(jīng)營養(yǎng)電極。在這一創(chuàng)新研究中，他證實了含有神經(jīng)組織的玻璃錐可以成功植入大腦皮層。植入后，附近的神經(jīng)元會向錐體內部延伸出分支狀結構。錐體內部的絕緣金線可以記錄這些生長出的神經(jīng)連接的電活動。

2004年，美國一名脊髓斷裂的運動員Matt Nagle參加一項涉及腦機接口系統(tǒng)（由Cyberkinetics公司開發(fā)，布朗大學研究機構實施）的臨床試驗，因為他渴望重獲健康，過上正常的生活，于是他的大腦植入了腦機接口系統(tǒng)并實現(xiàn)了通過大腦活動來控制屏幕上的光標，這標志著人類歷史上侵入式BCI首次在人體中實現(xiàn)意念控制。

2012年，美國癱瘓女子凱西·哈欽森，借助當時為止最先進的腦機接口——第二代腦機接口系統(tǒng)，讓她能夠操控機械臂拿起瓶子，喝下早晨的咖啡。該接口包括一個植入凱西大腦的傳感器，用于「讀取」她的想法，以及一個解碼器，將她的想法轉化為機械臂的指令。這意味著腦機接口的重大進步。

2019年，加州舊金山大學的研究人員啟動了一項腦機接口（BCI）研究，該研究有望幫助因神經(jīng)系統(tǒng)疾病導致言語障礙的患者。他們的BCI利用高密度腦電圖捕捉患者大腦的神經(jīng)活動，并采用深度學習技術合成語音。

2021年，斯坦福大學的一個研究團隊報告了一項成功的概念驗證測試，一名四肢癱瘓的參與者能夠以每分鐘約86個字符和18個單詞的速度生成英文句子。一年后該研究團隊宣布，他們的植入設備還可以用于拼寫單詞和整個句子，而無需大聲說話。

2023年，智利最高法院裁決保護「神經(jīng)權利」，全球首例對腦數(shù)據(jù)隱私進行憲法級保護的司法實踐。人們關注腦機接口的安全性和對用戶的長期影響。不是說連上就行了，問題在于如何獲得有溝通障礙人士的知情同意，對患者及其家人生活質量的影響和安全風險。如果植入的機器與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)通，那是否意味著人腦的一切信息會大白于天下。

2024年1月，馬斯克旗下人工智能公司、雄心勃勃的Neuralink首次將名為「心靈感應」（Telepathy）的芯片植入到一名因脊髓損傷而四肢癱瘓的患者大腦中，結果顯示，患者能夠通過「思考」來控制電腦光標和手機等電子設備，實現(xiàn)「以心控物」。隨后，工程師更新了植入的柔性電極線，并進行了第二次成功植入。

2024年9月，Neuralink公司宣布其植入設備將使視覺皮層未受損的盲人恢復部分視力。該研發(fā)成果獲得了美國聯(lián)邦政府的「突破性」認定。

2025年8月和9月，馬斯克的公司在多倫多大學為兩名頸椎脊髓損傷患者實施了加拿大首例Neuralink腦植入手術，這也是美國以外地區(qū)首次開展此類手術。

04

無論如何，腦機接口技術會實現(xiàn)。

屆時，人們的大腦中會有一個看不見的信息鏈接系統(tǒng)，與某個外部的計算機鏈接，或者干脆這個計算機就植入了大腦，生物大腦和機器一起協(xié)同工作，極大提高人的思考和計算能力。

滿大街跑著「智力超人」，我覺得還挺可怕的。