題圖/Getty Images

文/lwy

導讀

馬斯克一直在不遺餘力地鼓吹其腦機接口公司Neuralink的先進性，但從根本上來說，Neuralink的工作大都有炒冷飯的嫌疑，更談不上什麼革命性創新。且聽我一一道來。

前段時間，馬斯克的腦機接口公司Neuralink被罵上了頭條，原因是該公司虐待動物，緻使15隻實驗猴子死亡。

根據已公開的實驗記錄，實驗人員在動物頭骨上鑽孔，然後安裝侵入性腦機接口設備，讓動物産生了反複感染，有些猴子接受多次植入/取出手術，還造成了大腦損傷。對此，Neuralink回應稱，這些猴子本身并不是完全健康的，并且實驗操作規程經過了嚴格審核。

圖/hypebeast

坦白講，如果Neuralink所言屬實，那麼他們所做的可以說是侵入式腦機接口的常規操作。重點是「常規」這兩個字：因為迄今為止，該公司大肆宣傳的研究進展，跟學界以前的科研成果相比，基本上沒什麼新意，離「革命性進展」更是差了十萬八千裡。

新瓶裝舊酒

Neuralink公司成立于2016年，此後一直備受關注。

2019年公布了一種叫做「線」（thread）的技術，這種「線」隻有4~6微米寬，比頭發絲還細，植入大腦之後能用來傳遞信息；同時還配有「無線」芯片，它能嵌入人體并用無線方式傳輸數據。

2020年8月那場發布會讓更多人知道了這家公司，因為馬斯克把腦機接口吹得神乎其神：他們發布了隻有硬币大小的Fitbit，并用植入該設備的小豬做了演示，不僅能記錄豬的腦電波信号，還能預測它的運動；馬斯克當時還聲稱，Neuralink的腦機接口将來有望召喚汽車、打遊戲，并且能治療諸如失聰、失憶、中風等疾病，甚至連抑郁症、精神分裂症、自閉、失眠、成瘾都能治療，另外，他還聲稱有望在5年内實現大腦間的直接交流，将來還能上傳和下載記憶，從而實現科幻中的「數字永生」。

圖/Neuralink/Youtube

2021年，馬斯克又公布了一項「重要」成果：猴子能靠意念在電腦屏幕上玩遊戲。

看上去，Neuralink一直給人一種高大上的感覺，好像他們已經走到了研究最前沿，甚至實現那些「科幻級」功能也指日可待了。

如果隻看公司對外發布的公關内容，當然會有這種錯覺。但是，如果對腦機接口有所了解，對于馬斯克描繪的光明前景是要打一個大大的問号的。

不可否認，Neuralink的某些技術确實可圈可點，比如「線」和「無線」芯片，導線不必暴露在皮膚外面，而是埋在皮膚裡面，這樣就能減少感染風險。

但其他所謂的成果，大部分在很多年前就已經有人實現了，還有的至今仍是天方夜譚。Neuralink成立這些年來一直頗受關注，這與馬斯克精于炒作是分不開的。

今天，筆者就要對馬斯克的炒作點挨個兒駁斥。

腦機接口猜的是「運動意圖」

筆者私以為很重要的一點是：腦機接口是用來「猜測」使用者的「運動意圖」的。首先，猜測運動意圖跟解讀甚至傳輸意識完全不是一個概念；其次，猜測運動意圖正是腦機接口技術幾十年以來一直在做的事情，并且早就有不錯的進展了。

腦機接口的基本組成 圖/ResearchGate

從原理上來講，腦機接口并不複雜：人們在做某些思維活動，或者受到某些外部刺激時，腦電信号會呈現出對應的規律性變化。所以，大腦活動可以通過具體的腦電信号來表達。這種信号是大腦與外界溝通的橋梁。腦機接口就是通過檢測或影響這種腦電信号來和神經元溝通的。進一步說，腦機接口系統通過探測神經元的電信号，來推測大腦的工作狀态。

腦機接口系統将大腦和計算機連接起來，從而讓大腦與計算機直接溝通。腦機接口的信息傳遞是雙向的：既能從大腦傳遞信息到計算機來操控外部設備，也能從計算機傳遞信息到大腦，用電信号刺激腦神經。

無創型腦機接口 圖/Neuracle

一般而言，腦機接口可以分為無創型（非植入型）和植入型。大家最常見到的無創型就是有幾十到上百個圓盤形電極、粘貼到頭皮上的那種，如上圖所示，它可以記錄大腦中的電流變化。

植入型就是Neuralink展示的那種，需要往頭顱内部植入電極，電極的植入深度有兩種：一種是植入到顱骨和大腦之間（不探入大腦皮層），另一種是植入到大腦皮層内部。

這幾種方法收集到的神經信号精度和強度是依次增強的。

植入型腦機接口 圖/Stanford video

腦機接口系統提取到神經信号後，還要進行解碼，也就是查明相關神經元電信号到底是什麼意思。我們知道，運動中樞就集中在皮層上，通常來說，通過解碼神經元電信号，猜測的就是使用者的運動意圖：他是想走路，想擡手還是轉動眼球？

然後，控制系統就根據解碼的結果來控制假肢運動，或者控制屏幕上的光标活動。同時，系統還能向大腦提供反饋信号，以便調節假肢或光标的操控，比如減小機械手的抓握力，以免捏碎杯子。

腦機接口到底能幹什麼？

腦機接口主要用來「恢複」身體被損傷的機能，比如幫下肢癱瘓者恢複走路的能力、幫視弱者恢複視力（人工視網膜）、幫部分失聰者恢複聽力（人工耳蝸）等。

從已有的報道來看，馬斯克展示和聲稱的大部分功能其實早就實現了，比如：

無創型腦機接口：用意念打字不在話下

無創型腦機接口可以探測到神經元同步活動頻率的變化，通過分析各頻率的相對強度，把分析結果反饋給使用者，也能根據這些結果控制目标。市面上有些相應的可穿戴腦電波玩具利用的就是這一原理：讓玩家用腦電波給玩具車加速，或者戴上可以探測分析腦電波的貓耳朵，它能根據人的情緒變化做出一些指示動作或顔色變化。

腦電波貓耳朵 圖/淘寶

另外，無創型腦機接口還能獲取大腦對身體各部位運動的想象，比如使用者在想象兩腿運動時，相關運動功能腦區的神經元會激活，附近的電極記錄的頻率就會有變化，軟件分析點擊信号，用算法來猜測使用者的想象，從而控制外骨骼行走。當然，根據不同的想象，系統可以實現不同的功能，比如讓輪椅轉彎或直行，還能控制屏幕上的圖标運動從而實現打字的功能，目前的頻率已經達到一分鐘輸入上百個字母了。

用意念打字 圖/techcrunch

植入型腦機接口

植入型腦機接口能實現更複雜的功能。2011年，美國匹茲堡大學就給一位女士植入了腦機接口裝置，訓練數周後，她就能用機械手給自己喂巧克力和咖啡了。

我國首例接受植入型腦機接口手術的患者 圖/浙江大學

2020年初，我國完成了首例植入型腦機接口的臨床研究，病人做完4個月的康複訓練之後就能用意念控制機械臂進食、喝水和日常娛樂了。

植入型腦機接口還能直接讀取人想說的話。方法如下：用電極記錄大腦語言區的神經活動，同時讓受試者閱讀或默念一些句子，然後分析獲得腦電信号各頻率的相對強度，再根據這些頻率找出腦活動對應的語言。了解了腦電頻率和語言之間的關系後，就能把記錄到的信号轉換成句子了，即使不開口，機器也能了解并表達出使用者想說的話。

用意念「說話」 圖/UCSF

近年來，腦機接口在醫學康複領域的應用也逐步興起。2014年，天津大學神經工程團隊研制了一套應用于全肢體中風康複的人工神經機器人系統，在患者體外仿生構築了一條人工神經通路，通過模拟解碼患者的運動康複意念信号，驅動神經肌肉電刺激，從而讓癱瘓的肢體做出了對應的動作。

其他比較成熟的腦機接口産品

以上介紹的都是用腦機接口讀取大腦信号，然後将解碼的信息發送出去，以實現某種目的。除此之外，腦機接口也能向大腦傳遞信息，刺激電極周圍的神經元，既能提供反饋（比如用機械臂抓握玻璃杯時，通過相應的反饋來調整抓握力度），也能産生人工觸覺、人工視覺和人工聽覺。

人工視網膜系統 圖/University of Southern California; National Science Foundation

不過，腦内電刺激還處在實驗階段，相比之下，神經接口電刺激（對大腦以外的神經進行電刺激的技術）發展較為成熟，一些利用該技術的神經接口産品已經上市，比如人工耳蝸和人工視網膜，分别是用電刺激來激活聽覺神經和視網膜裡的神經元，從而讓患者重新獲得聽覺和視覺，前提是聽覺神經和視網膜神經，以及相關的神經中樞都完好無損。

腦 起 搏 器

馬斯克還提到腦機接口将來能治療抑郁症、失憶等大腦深部病變導緻的神經精神疾病。但是，這裡他把概念混淆了。不是說腦機接口不能治療這種疾病，而是對于這類疾病，已經有相對較為成熟（當然也沒有十分成熟）的治療手段了，這種技術叫做「深部腦刺激」，俗稱腦起搏器。

腦機接口治療帕金森病示意圖 圖/Research Gate

腦起搏器最主要的應用是治療帕金森病。迄今為止，全球已經有超過10萬名帕金森病和其他神經精神疾病患者因此受益。

一般來講，腦機接口和腦起搏器的電極植入的腦區是不一樣的。由于運動中樞、感覺中樞、聽覺中樞、語言中樞等均位于大腦皮層，所以植入型腦機接口的電極需要植入皮層，而腦起搏器的電極需要植入大腦深部，例如治療帕金森和抑郁症的靶點分别位于丘腦和扣帶回膝下部，植入皮層的腦機接口電極恐怕“鞭長莫及”。對外宣傳中談及的腦機接口有望治療各種神經精神疾病，往往指的是深部腦刺激。當然，也可以将它看作另一種類型的腦機接口。

難 于 登 天

盡管已經取得了諸多成績，但到目前為止，腦機接口基本上還處于實驗室展示的水平，距離真正的商業化應用還有很漫長的路要走，它還面臨着很多亟待解決的難題——

腦科學問題：腦部疾病的緻病機制尚在研究當中，這些問題沒有研究明白，腦機接口就不可能有成熟應用。

圖/Brown University

腦電信号采集的準确性：如果要實施精确監測，必須在腦内植入大量電極。然而，大腦皮層中有上百億個神經元，一個電極記錄的是皮層千千萬萬的神經元電信号，不可避免地會受到其他信号的幹擾。想要實現真正的精确測量，簡直困難重重。哪怕将來達到幾萬個電極，對于天文數字的神經元來說，也隻是九牛一毛。而且，這麼多的電極如何植入到大腦裡？如何處理海量的數據？一般的計算機很可能實現不了這種超算功能。

安全性和植入電極的工作壽命：将數量巨大的電極植入皮層中，需要打開顱骨，還要保證不引起出血等損傷，難度非常之高。而且我們身體的免疫組織會長期攻擊植入電極，免疫細胞會将它們包圍起來，形成疤痕組織，所以電極的記錄質量會慢慢下降，長則幾年，短則幾個月，電極就完全監測不到神經元活動，如果需要再次使用，就得重新植入電極。這也增加了損傷大腦神經元和感染的風險。

圖/UCSF

神經解碼和編碼：目前仍然是“黑箱”。腦機接口隻是将複雜的神經元活動還原成簡單的腦電波數據，解碼的精确度還是太低了。而且，解碼對應的是“從腦到機”，是“猜測”使用者的“運動意圖”，與“解讀意識”完全不是一個概念，而編碼對應的是“從機到腦”，更是難上加難，基本還處于完全的未知狀态，再加上科學家對于“意識”本身的機制還沒研究清楚，所以意識上傳、數字永生還是科幻構想，恐怕我們有生之年都見不到那天的到來。

通信速度慢：腦機接口最大信息轉換速度隻有每分鐘100比特左右，這個效率遠遠達不到正常交流的水平，也無法控制外接設備做出複雜且流暢的動作。

此外，腦機接口是一門複雜的交叉學科，涉及到神經科學、認知科學、機械動力學、信息工程學、材料學等，任何一個學科有短闆，都會嚴重制約腦機接口的發展。

腦-腦接口初露曙光

馬斯克還提到有望在5年内實現大腦間的直接交流。這其實是腦-腦接口，早就有人在研究了。腦-腦接口大家也不陌生：電影《阿凡達》裡就有過展示，人類可以通過腦對腦的直接信息傳遞，遠程控制潘多拉星球上經過改造的納威人的身體。

事實上，有研究表明：從一隻動物的大腦皮層提取神經電生理信息，将其解碼後，确實能刺激另一隻動物的大腦皮層。

2014年，上海交大的研究團隊就申請過一項腦-腦接口的發明專利，工作步驟是：視頻監控動物的運動信息，傳輸至腦機接口的實時控制界面，控制者（人）在控制界面看到動物的運動狀态，然後表達其大腦控制的意圖，腦電采集模塊會采集控制者的腦電信号，發送至計算機端的處理模塊，最後将解碼後的信息發送給動物的神經電刺激電極，進而控制動物的運動方向。簡單地說，它其實包含了兩套腦機接口系統，分别在受控動物和控制者兩端。

上海交大的腦-腦接口設想 圖/上海交通大學

2018年，美國華盛頓大學的研究團隊首次成功建立了多人腦-腦接口系統，成功合作完成了俄羅斯方塊遊戲。他們将三名受試者分成兩組，其中二人可以看到完整的遊戲界面，并通過腦機接口發出是否旋轉屏幕上最新出現的圖形角度的指令，第三個人接收到指令來實施操作，平均正确率高達81.25%。該研究展示了利用連接大腦的“社交網絡”協作解決問題的可能性。

之前講到腦機接口的信息傳遞很慢，腦-腦接口更是如此，由于需要提取腦電信号、解碼、将解碼信息傳遞到正确的神經環路，這些高難度過程使得腦-腦接口的信息傳遞速率隻有0.004~0.033比特/秒。2020年初，北京腦科學與類腦研究中心的科研人員提出了一種新型腦-腦接口，先用光纖記錄系統從“控制鼠”的大腦神經元中提取運動信息，然後解碼，進而通過光遺傳學手段刺激“阿凡達鼠”的特定神經元，信息傳遞速率達到了4.1比特/秒，比以前的同類研究高出2~3個數量級，實現了兩隻動物的高度同步化運動，從原理上驗證了跨個體精确控制動物的可能性。

基于光學記錄和刺激的腦-腦接口實現了兩隻動物間的運動信息傳遞 圖/北京腦科學與類腦研究中心

總 結

再回顧一次馬斯克吹噓的Neuralink已取得或即将取得的成果：

• 值得一提的進步：「線」和「無線」芯片。
• 學界早就有所突破的成果：類似于Fitbit的植入設備；記錄豬的腦電波信号、預測它的運動；召喚汽車、打遊戲；靠意念在屏幕上玩遊戲。
• 概念混淆：治療大腦深部神經精神疾病的叫深部腦刺激，俗稱腦起搏器。當然并非所有神經精神疾病都能治療，還有許多仍在研究當中。
• 天方夜譚級别：大腦間直接交流（已有人在研究）；上傳下載記憶，實現「數字永生」。

綜上，Neuralink在基礎科學上沒有任何突破，絕大多數所謂進展都是炒冷飯，新瓶裝舊酒罷了。

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