劉石磊

美國(guó)企業(yè)家埃隆·馬斯克和他的“三只小豬”日前在線直播展示了小豬大腦被植入腦機(jī)接口設(shè)備的情況。這場(chǎng)全球矚目的直播再次激發(fā)了人們對(duì)腦機(jī)接口技術(shù)的熱情和期待。

這場(chǎng)發(fā)布會(huì)主要展示了腦機(jī)接口技術(shù)在工程學(xué)上的新進(jìn)展，展示了腦機(jī)接口產(chǎn)品未來有望更加便捷易用。但腦機(jī)接口在一些關(guān)鍵技術(shù)方面仍有待突破，距離科幻作品中的“存儲(chǔ)和提取記憶”“超級(jí)人類”依然十分遙遠(yuǎn)。

什么是腦機(jī)接口技術(shù)

腦機(jī)接口，就是在大腦與外部設(shè)備間創(chuàng)建全新信息交換通路，一方面將大腦信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)器可識(shí)別的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的有效控制;另一方面，將外部設(shè)備信號(hào)轉(zhuǎn)化為大腦可識(shí)別信號(hào)，從外部對(duì)大腦進(jìn)行直接干預(yù)。

早在20世紀(jì)20年代科學(xué)家發(fā)現(xiàn)腦電波后，對(duì)腦機(jī)接口的探索就已經(jīng)開始。此后數(shù)十年，這項(xiàng)技術(shù)逐漸帶來一些實(shí)用產(chǎn)品，比如為失聰者植入人工耳蝸可恢復(fù)聽力?？傮w來看，腦機(jī)接口較為成熟的應(yīng)用主要集中在神經(jīng)康復(fù)和輔助醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，在重癥醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用還十分有限。

近年來，隨著人工智能等技術(shù)的發(fā)展，腦機(jī)接口在多個(gè)領(lǐng)域開展了應(yīng)用嘗試，比如基于神經(jīng)信號(hào)解碼的機(jī)器翻譯、意念控制機(jī)械臂、腦控電子游戲等。馬斯克認(rèn)為，腦機(jī)接口技術(shù)可大幅提高人機(jī)交互速度，有望最終解決“人機(jī)共生”問題。

馬斯克的“神經(jīng)連接”做了什么

腦機(jī)接口近幾年“大熱”，全球幾家科技公司的巨額投資及技術(shù)創(chuàng)新成果是主要推動(dòng)力。2019年夏天，美國(guó)社交媒體臉書投資的“語音解碼器”研究發(fā)布成果引發(fā)關(guān)注，馬斯克創(chuàng)立的“神經(jīng)連接”公司展示腦機(jī)接口技術(shù)也賺足眼球。而這次，主角除了馬斯克，還多了三只實(shí)驗(yàn)小豬：一只在兩個(gè)月前被植入了腦機(jī)接口設(shè)備，一只未植入任何設(shè)備，還有一只曾植入過腦機(jī)接口設(shè)備，后被取出。當(dāng)植入了設(shè)備的小豬的口鼻碰觸到物體時(shí)，腦機(jī)接口設(shè)備會(huì)獲取神經(jīng)元發(fā)射的信號(hào)，在顯示屏上呈現(xiàn)點(diǎn)狀圖像并發(fā)出聲音，這顯示它的大腦信號(hào)可實(shí)時(shí)被采集。而植入設(shè)備后又取出的小豬表現(xiàn)得非常健康，與普通小豬并無差異。

這次展示的亮點(diǎn)主要在于：實(shí)驗(yàn)動(dòng)物從2019年夏天的大鼠“升級(jí)”為小豬，后者與人類的相似度更高;植入物僅有硬幣大小;植入手術(shù)由一臺(tái)專用機(jī)器人完成，全過程僅需一小時(shí)，并可“當(dāng)天出院”。

應(yīng)該說，新成果主要展示了在實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口的技術(shù)路徑方面的探索，而非基本原理或技術(shù)應(yīng)用上的突破。英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)教授安德魯·杰克遜指出，這次展示中并沒有什么“革命性”的內(nèi)容，主要展示了在解決多電極植入的工程挑戰(zhàn)方面取得的新進(jìn)展。

目前，實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口的路徑主要分為“侵入式”和“非侵入式”。前者是將腦電波檢測(cè)電極植入大腦，這樣采集到的腦信號(hào)強(qiáng)且穩(wěn)定，但會(huì)對(duì)人體造成創(chuàng)傷;后者主要通過可穿戴的腦電波檢測(cè)設(shè)備獲取信號(hào)，對(duì)人體無傷害，但有信號(hào)穩(wěn)定性弱、速度慢、正確率低和穿戴不便等問題。

馬斯克和“神經(jīng)連接”希望在這兩條路徑之間找到最優(yōu)平衡：盡可能的低損傷和高效信號(hào)傳輸。有專家評(píng)價(jià)，“神經(jīng)連接”展示的新品在封裝、集成、植入器件的微型化和無線傳輸?shù)裙こ淘O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方面做得很好，手術(shù)機(jī)器人也大大改進(jìn)。

挑戰(zhàn)與風(fēng)險(xiǎn)如何

腦機(jī)接口技術(shù)近幾年備受關(guān)注，也取得了一定成果，但要想早日實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用，甚至產(chǎn)生科幻作品中那樣的“超級(jí)人類”，還面臨諸多挑戰(zhàn)。

第一需要基礎(chǔ)科學(xué)的進(jìn)展。人類對(duì)于大腦的了解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，生物學(xué)領(lǐng)域的生命活動(dòng)基礎(chǔ)仍是未解之謎。專家指出，盡管了解不同的腦電波大致有一個(gè)代表的方向，但“讀懂”腦信號(hào)很難?；A(chǔ)研究如果得不出準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，后續(xù)的軟件設(shè)計(jì)、應(yīng)用開發(fā)等就缺乏可靠基礎(chǔ)。

第二是關(guān)鍵技術(shù)突破。業(yè)界認(rèn)為，腦機(jī)接口技術(shù)將經(jīng)歷“腦機(jī)對(duì)接”“腦機(jī)交互”“腦機(jī)融合”三個(gè)發(fā)展階段，當(dāng)前正由第一階段向第二階段過渡，主要技術(shù)瓶頸包括傳感精度低、集成計(jì)算效率差、編解碼能力弱、互適應(yīng)手段少等。

第三需要更多的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。技術(shù)研究需要以大量的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，特別是人工智能相關(guān)研究，而腦機(jī)接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)還十分缺乏。據(jù)介紹，這類技術(shù)通常要先以猴子為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，然后才能對(duì)截癱病人進(jìn)行臨床試驗(yàn)，但目前全球只有少數(shù)團(tuán)隊(duì)能做猴子實(shí)驗(yàn)，能做臨床試驗(yàn)的機(jī)構(gòu)更是屈指可數(shù)。

除了這些挑戰(zhàn)，腦機(jī)接口技術(shù)的安全風(fēng)險(xiǎn)也不容忽視。比如，電極植入、信號(hào)輸入或輸出的過程，都有可能造成腦部傷害，而腦電波信息收集和使用，有可能涉及對(duì)個(gè)人隱私的侵犯。

愛爾蘭沃特福德理工學(xué)院通信軟件和系統(tǒng)小組研究負(fù)責(zé)人薩西塔蘭·巴拉蘇布拉馬尼亞姆對(duì)媒體說，腦機(jī)接口可能讓我們更容易受到黑客的攻擊，相關(guān)信息的泄露“將比我們見過的所有數(shù)據(jù)泄露都更為嚴(yán)重”。

“控腦”技術(shù)的倫理問題也需要規(guī)范化。有專家提出，使用腦機(jī)接口技術(shù)至少應(yīng)該遵循知情同意、患者自主性和必要性原則，以及對(duì)人有利、不會(huì)對(duì)他人和社會(huì)造成傷害等原則。

（選自2020年9月1日“新華網(wǎng)”，https：∥4m.cn/OERf2，本刊有改動(dòng)）