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          馬斯克的野心,腦機接口“奇點(diǎn)臨近”?

          盡管生成式人工智能的重磅應用消息不斷,但如果說(shuō)當今什么技術(shù)最接近科幻,一定是腦機接口。

          腦機接口的研究已經(jīng)實(shí)現了意識打字,還實(shí)現了心靈控制,比如人類(lèi)控制小鼠行為,讓其完成復雜任務(wù);

          未來(lái)甚至有望實(shí)現部分喪失的感知能力再次獲得,比如讓盲人看得見(jiàn),讓癱瘓的人動(dòng)起來(lái),讓聾人重新聽(tīng)見(jiàn)。更腦洞大開(kāi)的,還包括永生、思維控制、機械飛升……

          在如今的時(shí)代,每一次技術(shù)的飛躍都像是一部精心編排的科幻大片,馬斯克無(wú)疑是這部腦機接口大片中最耀眼的明星之一。

          最新的進(jìn)展,來(lái)自于馬斯克創(chuàng )立的Neuralink。

          去年5月,Neuralink終于獲得fDA批準展開(kāi)人體臨床;1月31日,馬斯克在X上發(fā)了條推文,告訴大家Neuralink的第一次人體試驗,已經(jīng)開(kāi)始了;日前,馬斯克表示,首位截癱受試者“似乎已經(jīng)完全康復,沒(méi)有出現不良反應”,并且已經(jīng)可以通過(guò)大腦意念移動(dòng)鼠標。

          看上去,商用腦機接口邁出了下一步。這意味著(zhù)什么?腦接機口到底發(fā)展到哪一步了?

          / 01 / “心靈感應”

          腦機接口是科幻作品里常見(jiàn)的場(chǎng)景。

          現實(shí)中的腦機接口,一頭連著(zhù)你的大腦,從紛繁密集的神經(jīng)元電信號中提取你的想法,另一頭連著(zhù)計算機或機械等外部設備,直接繞過(guò)你的身體將想法變?yōu)榭刂菩盘柌⑦M(jìn)一步執行命令。它不需要依賴(lài)你四肢的外周神經(jīng)和肌肉系統就能直接建立大腦中樞和外部設備之間的直接信息交流。

          馬斯克在2021年發(fā)布過(guò)一只做試驗的猴子。猴子通過(guò)意念操作,在電腦上打出一行字“我想吃點(diǎn)心”。這背后就是腦機接口技術(shù)在支撐。

          而幫助殘疾人獲取聲音的人工耳蝸則是腦機接口迄今最成功、臨床應用最普及的技術(shù)。其原理是將聲音信號轉化成電信號直接傳輸給大腦,可幫助大量失聰者重新找回聲音和交流的能力。

          電影里出現的人物如阿凡達或鋼鐵俠,都是通過(guò)腦機接口技術(shù)靈活操作肢體行動(dòng),目前還無(wú)法實(shí)現。

          而近年來(lái),經(jīng)過(guò)國內外科研團隊多年開(kāi)發(fā),腦機接口已取得不少進(jìn)展,目前分為侵入式、半侵入式和非侵入式三大技術(shù)路徑。其中侵入式危險系數最高。

          Neuralink采用的是侵入式方案,需要通過(guò)開(kāi)顱手術(shù),在人腦皮層中植入一個(gè)芯片,芯片讀取并分析了你的腦電波之后,再把這些信號傳出來(lái)。

          根據Neuralink官網(wǎng),植入物“N1”的大小相當于5枚硬幣堆疊在一起,其構造包括:生物相容性外殼、電池、芯片與電子器件、64根線(xiàn)。“N1”內置的微型電池配備袖珍的感應式充電器,支持外部無(wú)線(xiàn)充電。此外,N1的64根絲線(xiàn)上分布著(zhù)1024個(gè)電極,可以記錄神經(jīng)活動(dòng),并且極具柔性。

          值得一提的是,在Neuralink規劃中,植入手術(shù)并非由人類(lèi)醫生主刀操作,而是由機器人“R1”來(lái)完成。植入過(guò)程中,患者的一塊頭骨被切除,并被腦機接口取代。植入完成后,腦機接口設備將讀取和分析大腦的活動(dòng),并將信息無(wú)線(xiàn)傳輸到附近的筆記本電腦或平板電腦上。

          2022年初,FDA基于安全等因素拒絕了公司的臨床申請。FDA擔心該設備攜帶電極的微小線(xiàn)可能會(huì )遷移到大腦的其他區域;FDA還提出了是否可以在不損害腦組織的情況下移除該設備的問(wèn)題,以及設備可能過(guò)熱,是否會(huì )損害腦組織等一系列安全問(wèn)題。

          之前,一家做侵入式腦機接口的公司BrainGate,曾遇到過(guò)電極在腦子中報廢的情況。原因是電極被神經(jīng)膠質(zhì)細胞纏住了。因此,FDA對于安全性的考慮,是大家不得不面對的現實(shí)問(wèn)題。

          如今,Neuralink順利獲批人體臨床,并完成首例患者植入,或許意味著(zhù),在安全性等方面已經(jīng)獲得更多的證據。

          當然,也可能是馬斯克做出了妥協(xié)。此前,FDA便認為,進(jìn)行更慢的分階段試驗更適合Neuralin,也就是最初植入的受試者較少,幾個(gè)月后進(jìn)行更多的測試。

          而馬斯克對這個(gè)建議不滿(mǎn),因為這可能會(huì )延遲FDA最終批準的進(jìn)展。

          但現在,Neuralink官網(wǎng)發(fā)布的漸凍癥(ALS)患者招募計劃顯示,Neuralink希望被試者年滿(mǎn)22歲,并滿(mǎn)足四肢功能均受限、無(wú)改善一年以上、身邊至少有一位親友提供照顧的要求。整個(gè)試驗為期6年,其中有18個(gè)月的基礎研究。

          而Neuralink表示,2024年將進(jìn)行11例手術(shù),2025年27例,2026年79例,而到2030年,這個(gè)數字將增長(cháng)至22000。

          這也符合FDA提出的更慢、分階段的建議。

          Neuralink的首款腦機接口產(chǎn)品名為T(mén)elepathy ”( 心靈感應 ),馬斯克也寫(xiě)下了他對產(chǎn)品前景的思考:“(未來(lái)人類(lèi))只需要思考,就可以控制手機或電腦,并通過(guò)它們控制幾乎任何設備。想象一下,如果霍金能比一位快速打字員或拍賣(mài)員更快地交流,這就是我們的目標。”

          比起所謂的把人類(lèi)變成半機械人,這個(gè)目標顯然要踏實(shí)得多,也邁出了關(guān)鍵一步。

          / 02 / 開(kāi)啟治療新時(shí)代

          馬斯克本就是一個(gè)充滿(mǎn)爭議的人物,他的每一次創(chuàng )新都會(huì )引發(fā)激烈的討論。有人崇拜他如科技界的救世主,有人則批評他是不顧后果的夢(mèng)想家。但不可否認的是,他的愿景和執行力已經(jīng)多次推動(dòng)了科技的邊界。

          正如美國布朗大學(xué)腦機接口專(zhuān)家約翰·多諾霍所說(shuō)的,“馬斯克已經(jīng)以很多科學(xué)家的研究為基礎,完成了很多初步工作,其中就包括我們團隊從21世紀初期就開(kāi)始做的工作。”

          自1969年以來(lái),科學(xué)家一直在努力推進(jìn)神經(jīng)系統外接的實(shí)驗,探索人腦的奧秘。而腦機接口在人腦與外部設備間,創(chuàng )建了用于信息交換的連接通路。這能為我們帶來(lái)什么呢?

          場(chǎng)景取決于想象力。至少在醫學(xué)領(lǐng)域,它有許多令人期待的妙用。

          人類(lèi)許多疾病,是由于大腦無(wú)法連接到身體周?chē)纳窠?jīng),比如癲癇和帕金森氏癥,還包括脊髓神經(jīng)損傷后四肢癱瘓。而基于腦機接口,這些疾病有望得到改善。

          當前藥物和手術(shù)等技術(shù)對于因卒中、ALS等引起的中樞神經(jīng)受損患者,缺少足夠的治療效果,患者長(cháng)期處于癱瘓等功能失常狀態(tài),生活質(zhì)量差。

          而腦機接口的技術(shù)突破了傳統機體組織修復的范圍,以人機方式實(shí)現了功能的替代,具有革命性的意義,并且也在一些個(gè)案上取得突破。2014年巴西世界杯開(kāi)幕式上,一位高位截癱的青年身披借助機械輔助,利用腦機接口開(kāi)出第一腳球,向全世界展示了腦機接口最直觀(guān)的臨床價(jià)值——為運動(dòng)障礙提供輔助工具。

          包括Neuralink在內的企業(yè),正在證明這一點(diǎn)。國內關(guān)于腦機接口的研究也如火如荼。

          2020年浙江大學(xué)團隊使得一名四肢癱瘓者能精準控制外部機械臂和機械手,能夠精準完成進(jìn)食和握手等基本動(dòng)作。除了運動(dòng)輔助治療方面的進(jìn)步,語(yǔ)言恢復領(lǐng)域的腦機接口技術(shù)也大放異彩。

          2023年6月,復旦大學(xué)附屬華山醫院牽頭發(fā)布了一個(gè)適用于漢語(yǔ)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型,可從顱內記錄中分別解碼漢語(yǔ)的詞匯音調和基本音節并組合生成語(yǔ)音,通過(guò)腦機接口技術(shù)幫助音調語(yǔ)言發(fā)音障礙或失語(yǔ)癥患者把“心聲”直接表達出來(lái)。

          可以說(shuō),腦機接口的應用起點(diǎn)在于醫學(xué),利用腦機接口技術(shù)獲取上述大腦功能區的信息并進(jìn)行分析,能為眾多患者開(kāi)啟治療新時(shí)代。

          盡管從臨床到最終上市,腦機接口仍有較長(cháng)的路需要探索,設備和手術(shù)(侵入式)的安全性、穩定性、可靠性等多個(gè)問(wèn)題需要解決,但眾多腦卒中癱瘓人群、帕金森患者人群需要腦機接口技術(shù)恢復功能,腦機接口在醫療上的應用需求迫切且廣闊。

          根據麥肯錫的測算,在2030-2040年,全球腦機接口醫療應用的潛在市場(chǎng)規模有望達到400億-1450億美元,其中嚴肅醫療應用潛在規模在150億-850億美元,消費醫療應用潛在規模在250億-600億美元。

          當前,關(guān)于消費醫療的探索同樣火熱。比如,有加拿大腦機接口公司推出腦波檢測頭環(huán),幫助用戶(hù)通過(guò)實(shí)時(shí)音頻反饋來(lái)提升冥想效果。

          在國內,也已有企業(yè)腦控助眠儀、腦控鼠標、冥想腦狀態(tài)監測等產(chǎn)品,來(lái)改善失眠、抑郁。比如柔靈科技發(fā)布的一款小型化腦電監測設備Airdream,除通過(guò)腦電信號監測睡眠質(zhì)量外,還搭載了家用睡眠腦電管理系統,輔助用戶(hù)減壓、放松,快速進(jìn)入睡眠狀態(tài);杭州回車(chē)科技推出腦電智能眼罩。

          總的來(lái)說(shuō),目前腦機接口設備只能作用于大腦皮層,這樣可以簡(jiǎn)化深入研究所涉及的許多問(wèn)題。大腦皮層主要處理很多直接信號,比如直接來(lái)自運動(dòng)意圖的感覺(jué)信息、聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)等。

          理論上,這可以解決失明、癱瘓、聽(tīng)力等很多問(wèn)題,只需要將設備與大腦皮層正確連接。

          而根據馬斯克介紹,目前Neuralink已經(jīng)進(jìn)入大腦大約3~4毫米深的地方,這些電極從皮層內的多個(gè)層面進(jìn)行傳感,大腦皮層下面還有更深的大腦系統,比如下丘腦,這些更深層次的大腦系統才是實(shí)現信息交互的目標,它還可以治療抑郁癥、上癮、焦慮等更多疾病。

          這還需要大量的科研投入和產(chǎn)出,還有很漫長(cháng)的路要走。

          / 03 / 需要時(shí)間的回答

          如果說(shuō)AI的終極目標是實(shí)現無(wú)機生命智能的極致,那腦機接口做的事就是打破有機生命智能與無(wú)機智能的信息邊界,實(shí)現融合。

          有關(guān)腦機接口,無(wú)數人給出了應用場(chǎng)景,比如意見(jiàn)交流、控制情緒等。短期看,太過(guò)于高估,長(cháng)遠看,又太過(guò)于低估。

          馬斯克曾說(shuō)過(guò),要讓盲人重見(jiàn)光明,讓殘疾人恢復行動(dòng)能力,甚至還談到了人和人工智能的融合。這也讓腦機接口廣泛出圈。

          但實(shí)際上,“讓盲人看得見(jiàn),讓癱瘓的人動(dòng)起來(lái),讓聾人重新聽(tīng)見(jiàn)”已經(jīng)是一句流傳了25年的老話(huà)了。而無(wú)數科學(xué)家正在為這個(gè)最終目標努力。

          目前的問(wèn)題是,恢復感官輸入(如視覺(jué))涉及大腦中的電刺激,與僅記錄單細胞神經(jīng)活動(dòng)相比是完全不同的。目前,尚沒(méi)有任何證據表明目前的神經(jīng)植入物裝置可以以任何方式創(chuàng )建感官系統。

          換句話(huà)說(shuō),腦機接口技術(shù)作為一門(mén)新興的研究領(lǐng)域,發(fā)展仍在早期,涉及計算機科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、心理認知科學(xué)、生物醫學(xué)工程、數學(xué)、信號處理、臨床醫學(xué)、自動(dòng)控制等多個(gè)領(lǐng)域,仍有大量的問(wèn)題尚待解決。

          比如,如何處理數量龐大且復雜的神經(jīng)元。

          腦機接口可以有很多不同的種類(lèi),用于提供多種功能。但所有研究腦機接口的科學(xué)家都在努力解決這兩個(gè)問(wèn)題:如何從大腦中輸出正確的信息?如何將正確的信息輸入到大腦?

          這兩件事情一直在你的大腦自然地發(fā)生。你在看這句話(huà)時(shí),你的眼睛正在做出一系列特定的水平動(dòng)作。這是大腦神經(jīng)元將信息輸出到一臺機器(你的雙眼),機器接收命令并作出響應。

          輸入及輸出信息是大腦神經(jīng)元的工作。腦機接口要做的就是介入到這個(gè)過(guò)程當中。

          這聽(tīng)起來(lái)并不難。但是,整個(gè)大腦皮質(zhì)的體積大約為50萬(wàn)立方毫米,在這個(gè)空間里大約有200億個(gè)神經(jīng)元細胞體。每立方毫米的皮質(zhì)平均含有約4萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元。但神經(jīng)元細胞體只是神經(jīng)元的一小部分結構。

          除此之外,大腦中還有與神經(jīng)元數量差不多的膠質(zhì)細胞,以及血管。每立方毫米的皮質(zhì)里面的毛細血管加起來(lái)的總長(cháng)度可以達到一米。

          而腦機接口的技術(shù)工程師如果要做到對于大腦信號進(jìn)行極為精準的捕捉或反饋,就需要在這一立方毫米區域里面捕捉特定的一些神經(jīng)元細胞體發(fā)出的信號,或刺激某些特定的細胞體發(fā)出工程師需要的信號。難度之高可見(jiàn)一斑。

          對比非侵入式,侵入式腦機接口可以更好地接收神經(jīng)元信號,但需要電纜來(lái)傳輸大量數據。

          此外,工程上更大的難度還包括成本控制,能否通過(guò)合理的流程和工藝來(lái)降低成本實(shí)現商業(yè)化。

          再比如,關(guān)于腦機接口的摩爾定律。

          根據統計數據顯示,以目前腦機接口技術(shù)以平均7.4年才能使可同時(shí)記錄的神經(jīng)元數量翻倍的速度計算,要達到同時(shí)記錄100萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元需要等到2100年,而要記錄人腦中的所有神經(jīng)元,則要等到2225年。

          因此,腦機接口如何解決帶寬問(wèn)題成為了學(xué)術(shù)研究、產(chǎn)業(yè)突破的關(guān)鍵點(diǎn)。多諾霍表示,關(guān)于巨大的數據量,Neuralink提出的解決方案比想象中更實(shí)用。

          Neuralink沒(méi)有去追求全帶寬、高速率的信息獲取方式,而是使用藍牙。這樣能獲得的信息量較少,由于帶寬的限制,通過(guò)這種方式從大腦中取出的信息量無(wú)法將每一個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)都分離出來(lái)。但它卻是有效的,這種方法已經(jīng)足以達到用神經(jīng)活動(dòng)控制電腦的目標了。

          除此之外,如何提高信號識別的精度、如何改善信號處理方法使之系統化、通用化也是需要解決的問(wèn)題。

          當然,這些技術(shù)問(wèn)題,正在被科學(xué)家和工程師們一一的攻克。

          一項技術(shù)從最開(kāi)始發(fā)明到終端應用,需要走很長(cháng)很長(cháng)的路,不止是技術(shù)的問(wèn)題,還有人文倫理哲學(xué)的參與。畢竟,沒(méi)有科學(xué)的人文是愚昧的,而沒(méi)有人文的科學(xué)是危險的。

          當人的大腦意識可以被準確的讀取,意味著(zhù)大腦當中豐富的隱私數據將有可能會(huì )被泄露或竊取。隨著(zhù)腦機接口技術(shù)的發(fā)展,未來(lái),無(wú)疑將需要提供足夠安全的措施來(lái)保障用戶(hù)的隱私數據安全。

          “對我而言,大腦是思想,幻想和異議自由的一個(gè)安全的地方,在沒(méi)有任何保護的情況下,我們已經(jīng)接近跨越最后的隱私邊界。”美國杜克大學(xué)神經(jīng)倫理學(xué)教授尼塔法拉哈尼表示。

          / 04 / 總結

          就像電影《奧本海默》里的故事,第一次引爆原子彈有兩種可能的結果:一是產(chǎn)生巨大的爆炸,二是地球就會(huì )毀滅。他們當時(shí)不知道關(guān)于原子彈的答案,即使是頂級科學(xué)家,目前也無(wú)法準確描繪腦機接口的未來(lái)。畢竟,很多事情的發(fā)生都是無(wú)法預料的。

          關(guān)于腦機接口工程方面的問(wèn)題在于,能否制造出體積更小、帶寬更大的低功耗信息傳輸方式。

          這方面的答案似乎是肯定的。但還有一些其他技術(shù)難題目前很難解決,在關(guān)鍵試驗結果出來(lái)之前,誰(shuí)也無(wú)法知道最終答案會(huì )是什么。

          但這也正是科學(xué)的本質(zhì),你永遠不知道轉角處會(huì )出現什么。

                 原文標題 : 馬斯克的野心,腦機接口“奇點(diǎn)臨近”?

          聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫(xiě),觀(guān)點(diǎn)僅代表作者本人,不代表OFweek立場(chǎng)。如有侵權或其他問(wèn)題,請聯(lián)系舉報。

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