編譯 姚人杰

腦機接口技術(shù)（BCI）飛速發(fā)展，硅谷的公司正在進軍這個領(lǐng)域。會不會在不久以后，我們所有人都用頭腦來打字？

將近兩年前，丹尼斯·迪格雷（Dennis Degray）發(fā)送了一條不同尋常的短信給他的朋友：“你現(xiàn)在手里拿著的，是史上第一條從一個人大腦的神經(jīng)元發(fā)送到另一個人的移動設(shè)備的短信?！彼貞浂绦诺奈淖?，“你剛剛創(chuàng)造了歷史?！?/p>

66歲的迪格雷自從十多年前一次不幸的墜落事故起癱瘓至今，身體從鎖骨以下都沒有知覺。他能夠發(fā)短信是因為在2016年，他的運動皮層（大腦中控制運動的部位）以手術(shù)方式植入了兩小片方形硅片，其上有突出的金屬電極。這些電極陣列可以記錄他的神經(jīng)元活動，再轉(zhuǎn)譯成外部行動。通過想象用手移動一根控制桿，他能夠移動光標(biāo)，在屏幕上選擇字母。他也借助思維的力量，在亞馬遜網(wǎng)站上購買過商品，或者讓機械臂移動，堆疊積木。

迪格雷植入這些被稱為“猶他陣列”（Utah arrays）的裝置，是因為他是“大腦之門”（BrainGate）項目的一名參與者?！按竽X之門”是美國一個運作很久、多個研究機構(gòu)合作的科研項目，開發(fā)和測試新穎的神經(jīng)技術(shù)，旨在幫助那些大腦正常、但由于癱瘓、肢缺損或神經(jīng)退行性疾病而失去肢體控制能力的人，讓他們恢復(fù)交流、移動和獨立生活的能力。

但是，盡管猶他陣列已經(jīng)證明大腦植入物是可行的，這項技術(shù)還有很長的路要走。迪格雷接受開顱手術(shù)，置入了裝置。這套系統(tǒng)并非無線的——從他的顱骨處伸出一個插口，穿過插口的電線將信號送到計算機，由機器學(xué)習(xí)算法進行解碼。他能執(zhí)行的任務(wù)、這些任務(wù)能執(zhí)行到怎樣的程度受到限制，因為系統(tǒng)只記錄幾十到200個神經(jīng)元發(fā)出的信號，而根據(jù)估計，在整個大腦里有880億個神經(jīng)元（每個電極通常記錄一到四個神經(jīng)元的信號）。

而且這不太會一直持續(xù)下去。植入的裝置會引起損傷，而大腦對此的反應(yīng)是瘢痕組織，瘢痕組織會逐漸集結(jié)于電極，導(dǎo)致信號質(zhì)量的漸進衰退。當(dāng)研究期告一段落時（迪格雷在位于加州帕羅奧圖的生活設(shè)施里一周接受兩次研究），裝置會斷開，迪格雷的心靈感應(yīng)能力也就終止了。

在全球范圍，僅有二十來個人植入過“猶他陣列”。利·霍赫貝格（Leigh Hochberg）是麻省總醫(yī)院的一位神經(jīng)病學(xué)家，也是布朗大學(xué)的工學(xué)教授，“大腦之門”項目的共同指導(dǎo)。他說研究已經(jīng)取得巨大的進步，但“尚不存在一種讓患者能隨時使用，能可靠地、完整地、快速地、直覺性地用大腦控制計算機的系統(tǒng)”。

近年來，硅谷“肆無忌憚”精神的注入讓大腦-計算機或腦機接口領(lǐng)域熱火朝天。受到“大腦之門”和其他演示驗證的激勵，聲名顯赫的企業(yè)家、公司和斗志旺盛的初創(chuàng)企業(yè)都在尋求開發(fā)新一代商品化硬件。它們最終不僅能幫助迪格雷和其他殘障人士，還能為我們所有人所用。包括臉書在內(nèi)的一些公司主攻非侵入式裝置，而無線神經(jīng)植入系統(tǒng)也處在研究中。

7月時，埃隆·馬斯克——他最出名的身份是電動汽車公司特斯拉的CEO——介紹了他的Neuralink公司正在創(chuàng)造的一種植入式無線系統(tǒng)的細節(jié)。馬斯克披露說，系統(tǒng)早已經(jīng)在猴子身上做研究，希望人體試驗在2020年晚些時候啟動。迄今為止，Neuralink公司已經(jīng)收到1.58億美元的資助，其中1億美元來自埃隆·馬斯克。

盡管處在研發(fā)中的大腦植入設(shè)備依然與迪格雷大腦中的猶他陣列屬于同等尺寸，但它有著遠遠更多的電極，也就意味著它能記錄下更多神經(jīng)元的活動。猶他陣列——最多能植入四到五個陣列——通常有100個電極，Neuralink公司說它開發(fā)的陣列會有多于1 000個電極。公司認為，可以最多植入10個陣列。會由機器人將十分纖細的、鑲嵌了電極的生物相容性彈性聚合物絲“縫入”人體，避免刺穿微血管。Neuralink公司希望這樣會改善瘢痕形成，從而提高裝置持續(xù)可用的時間。馬斯克在發(fā)布會上說：“我們的目標(biāo)是記錄和刺激神經(jīng)元的發(fā)放，在數(shù)量上會比迄今為止做過的任何嘗試都高幾個數(shù)量級，并且足夠安全和有效，不會像做一次大型手術(shù)那樣。”馬斯克還補充說，植入的過程會更加像激光眼科手術(shù)，而不是開顱手術(shù)。根據(jù)馬斯克的說法，醫(yī)學(xué)關(guān)懷帶動了植入裝置的發(fā)展，但他也擔(dān)憂人工智能造成的威脅，相信這會提供一個讓人類追趕上人工智能的方法。

“大腦之門”的電極陣列與10美分硬幣的尺寸對比圖

馬斯克的競爭對手中，也有一些規(guī)模較小的初創(chuàng)企業(yè)。Paradromics像Neuralink公司一樣，將重心放在電極數(shù)量更多、尺寸更小的裝置上，但它的目標(biāo)瞄準了神經(jīng)植入物表面上更高的探測器密度。在外形上，他們的裝置看上去會更接近猶他陣列——帶有金屬電極的“針床”——而且無需機器人手術(shù)?！拔覀兿ＭM快進軍市場。”公司的創(chuàng)始人與CEO馬特·安格爾（Matt Angle）說道，他還補充說明，希望在下一個十年的初期開始臨床試驗。該公司至今已經(jīng)募集到大約2 500萬美元資金，包括美國國防部高級研究計劃局（DARPA）的大筆撥款。當(dāng)DARPA意識到它正在為海外歸來的負傷軍人制造的復(fù)雜機械四肢需要大腦控制后，對腦機接口技術(shù)產(chǎn)生了興趣。

總部位于澳大利亞和硅谷的Synchron公司采取不同的手段。該公司迄今募集到 2 100萬美元資金，包括部分來自DARPA的撥款。他們最近揭曉，它的Stentrode裝置已經(jīng)在澳大利亞啟動首輪臨床試驗——領(lǐng)先于Neuralink公司和Paradromics公司。

Stentrode裝置避免了開顱手術(shù)和瘢痕，因為它的插入是借助于一根穿入后頸處靜脈血管的支架。一旦到達運動皮質(zhì)旁的位置，支架會張開，將16根電極嵌入血管壁，神經(jīng)元活動的信息會從中被記錄下來。到目前為止，在臨床試驗中已經(jīng)有一位因為運動神經(jīng)元疾病癱瘓的病人接受了大腦植入設(shè)備，還有四名其他病人即將接受植入。除了研究裝置的安全性，還會研究這個系統(tǒng)能多好地允許大腦控制計算機，進行打字和發(fā)短信。公司創(chuàng)始人兼CEO湯姆·奧克斯利（Tom Oxley）說，盡管它僅能讀到一團神經(jīng)元的集體活動（它會接受大約1 000個神經(jīng)元的活動），仍然有足夠的數(shù)據(jù)創(chuàng)造一個對病人有用的系統(tǒng)——信號活動的細微差別更少，使得它更加穩(wěn)定和強健。

丹尼斯·迪格雷使用猶他陣列植入設(shè)備來操縱電腦屏幕上的光標(biāo)

與此同時，對于Neuralink公司和Paradromics公司來說，挑戰(zhàn)依然存在。非常細小的電極是否能減輕瘢痕，這有待觀察。還有電極被身體溶解和腐蝕的問題——當(dāng)裝置尺寸變得更小時，這個問題也會惡化。Neuralink公司的新聚合物探測器能持續(xù)可用多久仍然是個未知數(shù)。

“在他們開始在數(shù)年內(nèi)記錄神經(jīng)元的生命周期之前，沒人會被初創(chuàng)公司深深打動。猶他陣列有許多問題——但你確實以年來衡量它的生命周期?！泵苄髮W(xué)的神經(jīng)接口研究者辛西婭·切斯特克（Cynthia Chestek）說道。接下來，就算我們能記錄下所有這些額外的神經(jīng)元信號，我們能否解譯它們？“我們不清楚大腦是如何運作的?！逼テ澅ご髮W(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師香西孝（Takashi Koazai）說道，他的研究領(lǐng)域是植入技術(shù)，“嘗試解譯信息，并真正產(chǎn)生有用的結(jié)果是個大問題?！鼻兴固乜送猓瑢ι窠?jīng)元如何計算的機制了解更多會很有幫助，但額外增加數(shù)百個神經(jīng)元的話，“每種算法”都會突然間表現(xiàn)得更好。

這三家公司都沒有看到短期的非醫(yī)療應(yīng)用，但他們主張說，隨著人們開始看到它如何讓人耳目一新，植入技術(shù)能逐步擴大到普羅大眾中。

最顯而易見的應(yīng)用也許是腦控打字。奧克斯利想象出一幕場景，那些在成長過程中一直打字發(fā)信息（這完全依賴于他們的手指）的人隨著衰老而喪失這方面的功能。他們氣餒于自己無法維持原先的打字速度，也許會尋求其他方法來保持他們的技術(shù)能力。最終，當(dāng)人們看到腦機接口的表現(xiàn)比人類身體更好，就會出現(xiàn)臨界點?！凹偃缂夹g(shù)變得安全，容易使用，而且給你提供一流的技術(shù)控制，那么會有人為此埋單?！眾W克斯利說。

對于在此之外的應(yīng)用，還沒人能言之鑿鑿。由大腦給智能音箱下達指令？由大腦控制汽車駕駛？大腦與大腦之間直接通訊？增強記憶和認知？

假如這項技術(shù)要在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域之外發(fā)揮作用，軍事是我們可能最先看見的領(lǐng)域，牛津大學(xué)尤希羅實踐倫理學(xué)中心副主任漢娜·馬斯倫（Hannah Maslen）博士說道。比如說，它可以提供士兵之間的靜默通訊，或者允許在腦海里想及某些指令就激活設(shè)備。她補充說，要大多數(shù)人為了娛樂或便利用途而選擇接受外科手術(shù)介入的話，困難很大。但是在最近于舊金山召開的一次神經(jīng)科技會議中，喬納森·圖米姆（Jonathan Toomim）主張，使用植入設(shè)備是合乎邏輯的下一步?！拔覀冊缫呀?jīng)使用了智能裝置——我們的智能手機——將我們的許多認知功能分擔(dān)給手機，用手機增強我們的記憶。這只是將人類大腦與智能設(shè)備之間的帶寬提升到更高水平?！眴碳{森這位自詡的神經(jīng)科學(xué)家、工程師、企業(yè)家和環(huán)保主義者說道，他為自己制造過神經(jīng)反饋裝置。

英國皇家學(xué)會在9月發(fā)布的一份關(guān)于這個主題的報告中總結(jié)說，對于腦機接口技術(shù)如何使用，在未來數(shù)年內(nèi)如何受到監(jiān)管，大眾應(yīng)當(dāng)發(fā)出更清楚的聲音。一種擔(dān)憂是關(guān)于數(shù)據(jù)隱私，盡管馬斯倫說事實應(yīng)該能讓擔(dān)憂有所緩和，因為雖然腦機接口可能被描繪成能夠“讀心”和“解碼思維”（這助長了恐懼，人們生怕內(nèi)心深處的秘密會被揭露出來）——但它們是從十分小的大腦區(qū)域記錄信號，那些區(qū)域主要與運動有關(guān)，而且要使用者的頭腦出力才能讓裝置運作。她說：“關(guān)于隱私的倫理問題……在此不完全適用?！?/p>

然而，疑問依然存在。誰擁有大腦數(shù)據(jù)，那些數(shù)據(jù)會派什么用場？還有“劫持大腦”，它是指第三方能獲取系統(tǒng)控制權(quán)，以大腦主人未準許的方式變更系統(tǒng)。馬斯倫說，“劫持大腦”根植于現(xiàn)實，而不是科幻小說——心臟起搏器就曾經(jīng)被黑客侵入過。Paradromics公司的馬特·安格爾想知道，來自腦機接口的數(shù)據(jù)在何種程度上能被用作法庭證據(jù)——譬如像日記或者電腦一樣表明某人有罪。

圍繞著控制權(quán)和代理，浮現(xiàn)出更多倫理議題。假如大腦植入設(shè)備未能正確理解你的意圖，那么你作為裝置的使用者，要為“說出”的話或者做出的事承擔(dān)多大責(zé)任？假如一種技術(shù)賦予我們極大的好處，我們要如何確保不單單是富人獲得這項技術(shù)？

全社會仍然有數(shù)年時間來細細思量這些問題。Neuralink公司的目標(biāo)是到2020年年底時讓人體臨床測試上馬運作，考慮到還有許多事項尚未獲得驗證，這個目標(biāo)被普遍認為野心過大。但許多專家預(yù)期，在5年或10年內(nèi)，有著視聽障礙或者殘疾的人士將能利用這項技術(shù)。對于非醫(yī)療用途，時間框架更大些，或許是20年。對于利·霍赫貝格來說，重點必須是幫助那些最需要大腦植入設(shè)備的人。迪格雷說起Neuralink公司的裝置：“假如我可以，我會在今天下午裝上一套?！?/p>

Neuralink公司處于開發(fā)中的一臺形似縫紉機的機器人將電極插入大腦

植入設(shè)備有替代方案嗎？

一種穿戴式、非侵入式、無須進行開顱手術(shù)、永遠能取下裝置的腦機接口方案也許看上去吸引力十足。但顱骨讓神經(jīng)元信號的讀取變得模糊不清。“非侵入式裝置的物理性質(zhì)極具挑戰(zhàn)性。”密歇根大學(xué)的辛西婭·切斯特克說道。

一些公司無論如何都想嘗試一番。臉書在2017年宣布，它想要創(chuàng)造一種允許用大腦以每分鐘100個詞的速度打字的可穿戴設(shè)備（作為比較，Neuralink公司正努力爭取達到每分鐘40個詞的打字速度——這差不多是人類的平均打字速度——而采用猶他陣列植入設(shè)備的“大腦之門”項目已經(jīng)在沒有單詞預(yù)測的情況下實現(xiàn)每分鐘差不多8個詞的速度）。2019年7月，加州大學(xué)的研究人員在社交網(wǎng)絡(luò)公司的資助下，首次展示了實時從大腦活動中解碼出一小組完整的口述單詞和短語——盡管這是用通過外科手術(shù)，將所謂的皮層腦電圖電極放置在大腦表面上來實現(xiàn)的。與此同時，公司繼續(xù)研究如何以非侵入式的方法來實現(xiàn)同樣的效果，正在探索用近紅外線測量血氧水平變化模式的做法（神經(jīng)元活躍時，會消耗更多的氧氣）。

總部設(shè)在洛杉磯的初創(chuàng)企業(yè)Kernel也涉足這個領(lǐng)域。這家企業(yè)的創(chuàng)建者是布賴恩·約翰遜（Bryan Johnson），他過去將移動支付公司Braintree 出售給PayPal，賺到數(shù)百萬美元。約翰遜已經(jīng)給Kernel公司投入1億美元。該公司從一家神經(jīng)植入設(shè)備公司起家，但隨后轉(zhuǎn)向可穿戴設(shè)備，約翰遜說這是因為前進的道路看上去如此漫長。對于感知和刺激大腦活動，有許多非侵入式的方法（它們確實奠定了面向消費者的大型神經(jīng)技術(shù)行業(yè)的基礎(chǔ)）。但約翰遜說，沒有一種方法等同于橋接進下一代的腦機接口。我們需要新的方法，而他相信Kernel已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種其他人忽視了的方法。他說：“我們在2020年內(nèi)要準備好分享更多信息?！?/p>

但假定技術(shù)挑戰(zhàn)能夠被克服，社會因素可能仍然是一道屏障，安娜·韋克斯勒（Anna Wexler）這么說道。她在賓夕法尼亞大學(xué)研究新興的神經(jīng)技術(shù)的倫理學(xué)、法律和社會意義。谷歌眼鏡的失敗不是因為它用不了，而是因為人們不想在臉孔上佩戴電腦。會不會有人信任臉書，并足以讓他們使用臉書設(shè)計的腦植入設(shè)備呢？