李驍健

在世界各民族的傳統(tǒng)文化中，有很多對于神族“超能力”的描述，比如力大無窮、能夠掌控和使用魔法等。

人類祖先對于神族“超能力”的描述，既反映了他們沒有辦法對自然運行規(guī)律給出合理的解釋，也反映了他們對于“超能力”的向往。

在現(xiàn)代科學(xué)探索和技術(shù)發(fā)展的推動下，有一些“超能力”，已經(jīng)成了普通人觸手可及的技術(shù)，并融入人們的日常生活。如《西游記》中描述的“千里眼”“順風(fēng)耳”，如今可以通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭、視頻電話實現(xiàn)大部分功能。還有如“心靈感應(yīng)”“意念移物”等，隨著近十幾年的技術(shù)突破，這些“超能力”的實現(xiàn)路徑初現(xiàn)端倪，并在可預(yù)見的未來進入大眾生活，比如腦機接口技術(shù)。

作者： 李驍健

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院腦認知與腦疾病研究所正高級工程師、博士生導(dǎo)師

知識鏈接：2022年11月30日，馬斯克在腦機接口公司Neuralink的活動中展示了一只名為Sake的猴子如何通過“意念打字”，即僅用大腦控制一個虛擬鍵盤來打字。這只猴子雖然不知道如何拼寫，但它可以追蹤Neuralink在屏幕上用黃色高亮顯示的按鍵。嵌入猴子頭骨的N1芯片能夠讀取大腦活動，以在屏幕上移動光標。

腦機接口是什么？

腦機接口是大腦與外界直接進行通信的方式。計算機作為一個信息中介，幫助大腦實現(xiàn)和外界的直接通信。但過程中存在一定難度，畢竟在計算機CPU 芯片上“跑”的數(shù)字電路信號和大腦中的信號是不一樣的。

腦機接口有哪些用途呢？主要是做三類事情——

第一，彌補收發(fā)信息器官的帶寬差。比如我們通過視、聽、嗅、觸、味接收信息，再通過語言或動作發(fā)出信息。但我們接收到的信息很多，能發(fā)出的信息卻比較少，所以這兩者存在一個帶寬差的問題，腦機接口技術(shù)在未來可以彌補對外表達能力較差的不足。

第二，如果我們的感官器官受到損傷，或許可以通過腦機接口的方式替代這些受損傷的器官，讓人能夠正常的生活、工作。希望不久的將來，很多殘疾人士都能借此獲得幫助。

第三，拋開這些感官，我們還可以通過大腦直接與外界進行溝通，即意念交流，比如治療一些精神疾病。當然它還有更遠的場景，比如最近流行的“元宇宙”概念，它的終極形式是什么？虛擬現(xiàn)實的終極形式又是什么？或許就是以腦機接口這種形式呈現(xiàn)。

在科幻電影《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》中，阿麗塔的身體是一個機械體，只有大腦是她自己的。這就是一種腦神經(jīng)與電子裝置的對接方式，即腦機接口技術(shù)。這種對接方式是比較可行的，相關(guān)研究者正在努力實現(xiàn)它。

腦機接口的系統(tǒng)流程有哪些？

①腦機接口系統(tǒng)的第一段，主要通過傳感器采集腦神經(jīng)信號。

②第二段是腦機轉(zhuǎn)碼，把腦信息轉(zhuǎn)換成機械動作指令，并把機械手的觸覺信息反饋回大腦。

但很多人對此存在誤解。它不是將采集到的神經(jīng)信號通過計算機進行數(shù)據(jù)處理，并以最快的速度解算出它的意思。就像我們在練習(xí)騎自行車、學(xué)習(xí)游泳的時候，或許摔過很多跤，也喝過很多水，這是一個循序漸進的學(xué)習(xí)過程。用腦機接口做機械手控制也一樣，腦控是一個新的技能，它也需要學(xué)習(xí)一段時間。

當然，想要做腦控，還是需要對腦神經(jīng)信號做解碼運算。腦機轉(zhuǎn)碼的依據(jù)也是神經(jīng)科學(xué)，主要包含兩個方面：第一個是神經(jīng)元群體編碼理論，這表明只有記錄到足夠多的神經(jīng)元發(fā)出的信號，才能做解碼；第二個是神經(jīng)的可塑性，使用腦機接口主要依靠大腦自行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)就是神經(jīng)生長的過程，因為人腦里的神經(jīng)生長過程相對較慢，所以人腦學(xué)得也慢，如果想通過機器獲得“大力出奇跡”的速成，是無法實現(xiàn)的。所以，不要希冀裝上腦機接口就能馬上使用，還是需要花費一段時間。

發(fā)展植入式腦機接口對人類有幫助嗎？

我們的大腦主要依靠腦的最基本的功能單位——神經(jīng)元來實現(xiàn)復(fù)雜功能，它是一種細胞。神經(jīng)元越多，力量越大。我們的大腦是由近千億個神經(jīng)元組成的，每個神經(jīng)元都在進行信息的接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)工作。神經(jīng)元又通過級聯(lián)形成通信網(wǎng)絡(luò)，它們同時進行著信息的收發(fā)、處理和傳遞。

研究者如果想要獲得這些神經(jīng)元傳遞的信息，應(yīng)該如何操作呢？辦法就是在大腦中放入傳感器，監(jiān)聽這些神經(jīng)元的活動，尤其是電活動。傳感器放在哪兒呢？研究者希望把傳感器放在距離神經(jīng)元更近的位置，因為離得越近，清晰度越高。生物物理學(xué)研究告訴我們，顱骨和頭皮是強勁的電信號低通濾波器，想要獲得清晰的神經(jīng)電信號，就得把傳感器放到腦子里。

③第三段是執(zhí)行器，主要控制機械臂和手做動作。

基本有兩種情況：一種是癱瘓者的胳膊無法使用，或者是他的胳膊已經(jīng)損失，就可以用仿生的機械臂、機械手替代自己的胳膊和手抓取東西。另一種是癱瘓者的胳膊還能動，手也在，只是手指不能動。這時可以通過電刺激他的小臂肌肉，做出他想做的動作。

那么，發(fā)展植入式腦機接口對人類有沒有幫助呢？以一種罕見病“漸凍癥”為例，它是“肌萎縮側(cè)索硬化癥”的俗稱。這種病主要侵害運動神經(jīng)元，會導(dǎo)致全身各處的肌肉逐漸萎縮，是一種致命的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。大家可能對這種疾病有所耳聞，比如幾年前流行的“冰桶挑戰(zhàn)”，大家將冰水倒在身上，通過這種方式為治療漸凍癥的研究募資。

對于漸凍癥患者來說，更為實用的是豐富他們的社交生活，比如讓漸凍癥患者能與人進行交流。除了通過對腦神經(jīng)活動解碼并構(gòu)建語言合成器來實現(xiàn)講話外，腦控虛擬鍵盤打字等功能也已經(jīng)實現(xiàn)。

精神障礙是否也可以用腦機接口治療呢？確實可以實現(xiàn)。精神類疾病，一般會在多個腦區(qū)出現(xiàn)異常，如果能在多個靶點協(xié)同調(diào)控，治愈率可能會更高一些。但目前還需要更深入研究調(diào)控的靶點，確定最準確的治療靶點及刺激模式。畢竟在人腦中同時插入十幾根長電極，然后再慢慢試效果，是沒有幾個人愿意嘗試的。

實際上，植入式腦機接口已經(jīng)有幾十年的研究歷史。20世紀六七十年代，美國有很多殘疾退伍軍人。為了幫助他們治療癱瘓、實現(xiàn)生活自理，美國政府開始資助研究運動腦機接口技術(shù)。

最后，讓我們一起暢想腦機接口未來的使用場景吧！如，前段時間去世的著名科學(xué)家霍金先生，一生大部分時間都癱坐在輪椅上，如果給他裝配一個靈巧的機械身體，通過腦控的方式控制它，那他就可以去到任何想去的地方了。又如，現(xiàn)在是5G通信時代，未來將邁向6G時代。6G可能會有5G千倍的帶寬，可以充分支持多人、多地域的腦信息的自由交流。大家的意念溝通可以自然地在整個地球范圍內(nèi)進行，實現(xiàn)沖破地域阻隔，自由交流的元宇宙。再如，科幻電影中的阿麗塔，這種腦神經(jīng)與電子機械軀體融合的生存方式，在不久的未來也將有機會實現(xiàn)。