讓失語者說話，讓癱瘓者行走！腦機接口讓「賽博人類」擁有超能力？
「讓人們看見以前看不到的東西，紅外線，紫外線，無線電……我認(rèn)為換一種說法就是，我們想給人類超能力?！?/span>
在7月10日的一場直播中，馬斯克表示腦機接口的最終目標(biāo)不僅是修復(fù)殘障人士喪失的頭腦功能，還要賦予人類超能力。
2016年，Arbaugh頸部以下癱瘓。1月，他成為第一個通過手術(shù)植入馬斯克創(chuàng)立的Neuralink公司制造的芯片的人。
從那時起，阿博就開始用意念操作手機和電腦，上網(wǎng)、玩文明（一款游戲）、下棋。
Neuralink并不是唯一一家利用腦機接口 (BCI) 將人類思維與機器融合在一起的公司，通過一系列試驗，越來越多因脊髓損傷、中風(fēng)或運動疾病而癱瘓的人正在恢復(fù)失去的能力。
加利福尼亞州斯坦福大學(xué)的神經(jīng)外科醫(yī)生Jaimie Henderson表示，手術(shù)地成功讓許多研究人員都感到驚訝?！高@是一段令人難以置信的新旅程?！?/span>
但新科技會將我們帶向何方還有待觀察。馬斯克最近考慮制造一種仿生植入物，讓人類能夠與超級人工智能競爭。
「未來，你可以操縱人類的感知、記憶、行為和身份，」紐約哥倫比亞大學(xué)的Rafael Yuste說。
人機融合的植入技術(shù)聽起來固然強大而誘人，但也將面臨諸多挑戰(zhàn)。
腦機接口
腦機接口的工作原理是首先使用金屬盤、電線或電極檢測來自神經(jīng)元的電信號，這些設(shè)備要么插入大腦、顱骨下方，要么放置在頭皮上。
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然后，這些信息被發(fā)送到計算機進行處理并翻譯成命令。例如，讓人能夠輸入句子或控制機器人設(shè)備。
幾十年來，科學(xué)家一直以這種方式從大腦中獲取數(shù)據(jù)。1998年，研究人員將第一個由兩個電極組成的侵入式腦機接口植入到一位名叫Johnny Ray的建筑工人的大腦中，他在中風(fēng)后幾乎完全癱瘓。
Ray學(xué)會了如何通過想象用手移動光標(biāo)、控制鍵盤上的字母，來調(diào)整發(fā)送給植入物的信號，從而能夠緩慢地拼寫單詞。
但這種早期腦機接口的功能和可靠性都很差，通常這些設(shè)備需要經(jīng)過數(shù)周或數(shù)月的調(diào)試才能使用。
即便如此，這種設(shè)備也只允許人們每分鐘選擇幾個字符，并且很容易出錯。
其中一個要解決的問題就是，僅由幾個電極制成的設(shè)備，根本無法收集足夠的數(shù)據(jù)。
人腦中有數(shù)十億個錯綜復(fù)雜連接的神經(jīng)元，研究已經(jīng)表明，是神經(jīng)元組（而不是單個細(xì)胞）的活動模式?jīng)Q定了我們的思想、行動和感知。
為了能夠解碼數(shù)以億計的神經(jīng)元模式，BCI 研究人員希望測試和部署能夠同時拾取許多神經(jīng)元信號的技術(shù)。
為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，他們開始致力于采用由猶他大學(xué)Richard Normann發(fā)明的一項技術(shù)，通過刺激大腦視覺皮層來恢復(fù)視力。
Normann的4毫米見方的芯片被稱為「猶他陣列」（Utah array），上面布滿了大約100個可以穿透大腦外層的微電極。
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該陣列經(jīng)過重新設(shè)計，可以跟蹤單個神經(jīng)元的放電，每個陣列可以同時記錄大約100個神經(jīng)元的數(shù)據(jù)。
羅德島州布朗大學(xué)的Carlos Vargas-Irwin說，「這使我們能夠觀察神經(jīng)元群并看到真正豐富的信號?！?/span>
從2000年還是一名大學(xué)生時，他就開始研究Utah Arrays。這些神經(jīng)元群的集體輸出代表大腦的語言，指導(dǎo)諸如伸手、書寫、行走、說話、微笑和思考等功能。
與癱瘓患者設(shè)備最相關(guān)的信號位于運動皮層，這是一條像頭帶一樣纏繞在大腦頂部的組織，負(fù)責(zé)計劃和執(zhí)行運動。
它大致的分布與身體部位組織對應(yīng)。比如，在它的面部區(qū)域，有控制面部肌肉的神經(jīng)元，在腿部區(qū)域，有操作腿部的神經(jīng)元，等等。
BCI 研究人員經(jīng)常將電極放置在手部區(qū)域，因為人們往往會發(fā)現(xiàn)很容易想象移動雙手來做有用的事情，例如打字，或操作操縱桿、機械臂。
2004年，BCI 聯(lián)盟BrainGate的研究人員報告稱，可以將Utah陣列植入癱瘓患者體內(nèi)。
人們紛紛自愿接受腦部手術(shù)，推動了這一領(lǐng)域的發(fā)展。
一名因刀傷而上下半身癱瘓的男子用意念引導(dǎo)光標(biāo)，打開模擬電子郵件、操作電視，以及打開和關(guān)閉假手。
兩個中風(fēng)后癱瘓的人通過「心靈感應(yīng)」操縱機械臂來夠到并抓取物體；其中一個人喝了一瓶咖啡。
一名因肌萎縮側(cè)索硬化癥（一種神經(jīng)退行性的癱瘓疾?。┒鴮?dǎo)致肌肉無力的女性將光標(biāo)指向屏幕上的最多八個目標(biāo)。
「每次我們進行此類手術(shù)并與參與者合作時，都會學(xué)到很多東西，」Henderson說，他是BrainGate的成員，也是Neuralink的顧問，擁有Neuralink的股權(quán)。
Yuste表示，在過去的幾年里，將大腦活動轉(zhuǎn)化為運動甚至語音的設(shè)備能力水平突飛猛進。
借助越來越強大的算法，研究人員可以從神經(jīng)元組中破譯日益復(fù)雜的活動模式的含義。
據(jù)報道，Dennis DeGray于2021年創(chuàng)下了用Utah Arrays實現(xiàn)的虛擬打字速度新紀(jì)錄——每分鐘90個字符。
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DeGray通過想象自己在便箋簿上書寫來打字，他的大腦為此發(fā)出了所需的精細(xì)、多關(guān)節(jié)運動的信號。
然后，人工智能工具對這個想象的筆跡的神經(jīng)信號進行解碼，并將其映射到單個字母。
同樣，在未發(fā)表的工作中，Vargas-Irwin和他的同事表示，他們已經(jīng)找出了數(shù)十種手勢以及同時涉及雙手的單個手指運動的大腦「代碼」。
在Vargas-Irwin于2022年發(fā)表的研究中，一名頸部以下癱瘓的男子植入了兩個Utah Array，通過想象移動任意一只手上的特定手指來彈奏一架有10個琴鍵的鋼琴。
Vargas-Irwin說，雖然他目前還不能演奏較為復(fù)雜的曲譜，「但這已經(jīng)證明了他們可以獨立控制每個手指?！?/span>
最令人震驚的發(fā)展之一是腦機接口的出現(xiàn)，它可以使癱瘓的肢體重新行動。
去年，洛桑瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的Grégoire Courtine和他的團隊報告稱，他們發(fā)現(xiàn)了一種侵入性較小的「皮質(zhì)電圖描記」（ECOG）陣列。
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該陣列位于運動皮層腿部區(qū)域上方的頭骨下方，不穿透腦組織，并與人工智能一起進行閱讀大腦中的信號并將其轉(zhuǎn)發(fā)到脊髓中的刺激器。
這使得雙腿癱瘓的Gert-Jan Oskam能夠站立和行走，甚至可以走樓梯和不平坦的地形?！肝覀兘⒘艘蛔鶎⑾敕ㄞD(zhuǎn)化為行動的數(shù)字橋梁，」Courtine說。
此外，人工智能識別的活動模式正在挑戰(zhàn)我們對大腦的理解。
在更基礎(chǔ)的層面上，腦機接口研究表明，運動皮層細(xì)胞群的管轄范圍超出了單個身體部位，擴展到多個關(guān)節(jié)和多個身體部位。
研究發(fā)現(xiàn)，盡管DeGray的陣列被放置在運動皮層的「手部區(qū)域」，但它也可以拾取產(chǎn)生語音所需的運動模式。
Henderson說，「我們讓他說話，令我們大吃一驚的是，我們認(rèn)為大腦中一個專門負(fù)責(zé)手功能的區(qū)域出現(xiàn)了非常強烈的音節(jié)信號?！?/span>
這一發(fā)現(xiàn)和其他發(fā)現(xiàn)使人們對負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)行動的大腦區(qū)域有了更細(xì)致的了解。運動皮層神經(jīng)元不像心臟病專家那樣專注于身體的某個部位，而似乎更像是具有亞專業(yè)的全科醫(yī)生。
「即使在一小塊運動皮層中，你也可以獲得一些有關(guān)整個身體正在做什么的信息——比如手臂、腿、臉、舌頭。所有這些信息都有回聲，」Vargas-Irwin說。這表明運動皮層是根據(jù)復(fù)雜的概念（例如動作）而不是身體部位來組織的。
解碼思想
據(jù)報道，去年，一位名叫Ann Johnson的婦女在中風(fēng)后喪失了說話能力，她利用腦皮層成像庫列在Johnson附近的電腦上操作一個化身以每分鐘78個單詞的速度替她發(fā)生。
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該化身的人工智能聲音是根據(jù)Johnson中風(fēng)前的聲音錄音訓(xùn)練而成的，并能做出棚栩如生的嘴部動作。
每當(dāng)Johnson嘗試做出與這些情緒相關(guān)的面部表情時，它還能根據(jù)陣列的讀數(shù)顯示出快樂、悲傷或驚訝等面部表情。加州大學(xué)舊金山分校的神經(jīng)外科醫(yī)生Edward Chang領(lǐng)導(dǎo)了這項研究。
Henderson的團隊等人正試圖解碼將這種虛無縹緲的交流,以此了解思想是如何變成交流語言的。
Henderson說，「我們可以開始了解概念信息是如何在整個大腦中表現(xiàn)出來的。有朝一日，這種理解可能會帶來一些設(shè)備，讓中風(fēng)后有想法卻無法用語言表達的人恢復(fù)語言能力。這也更接近于真正讀懂一個人的思想。」
工程方面的挑戰(zhàn)仍然困擾著這一領(lǐng)域。像Utah和Neuralink陣列這樣的腦嵌入式設(shè)備可以更精確地捕捉大腦活動，但隨著時間的推移，信號質(zhì)量可能會下降。
與此同時，一些BCI裝置涉及的電線從端口處伸出，存在持續(xù)感染的風(fēng)險，而且大多數(shù)裝置最終都必須拆除或更換。
撒開這些麻煩不談，要真正實現(xiàn)馬斯克設(shè)想的人腦與機器的融合，將需要一個雙向信息流，既能從「大腦的各個方面」讀取信息，也能向「大腦的各個方面」寫入信息。
這方面已經(jīng)取得了逐步進展。2021年，一項研究報告稱，一名脊髓損傷的男子在電極刺激其大腦感覺區(qū)域的同時，用意念指揮機器人拾取物品并將其放置在平臺上。
倫敦帝國理工學(xué)院的Juan Alvaro Gallego說，但這與植入記憶等技能的視覺效果還有很大距離?！赣涀⌒r候早餐吃的松餅的口感與感覺到有人在揉搓你的大拇指是不同的?！刮覀儾恢廊绾螌⒂洃浕蛑R寫入大腦。
此外，實驗性 BCI無法在不同的活動之間快速切換，而這些活動占據(jù)了大多數(shù)人的日常生活，例如一會兒打字，一會兒和朋友聊天，一會兒又去廚房吃零食。
Gallego表示，「我們無法建立一個模型，在日常生活的所有這些活動中都能發(fā)揮作用?！?/span>
通用植入體
為了朝這個方向邁出第一步，他和他的同事們已經(jīng)找到了一種方法，可以讓單個任務(wù)的編程變得更容易。
目前，BCI是為每個參與者個性化設(shè)計的，但Gallego的團隊創(chuàng)造出了一種通用解碼器，至少在猴子和小鼠的不同大腦中都能工作。
它是通過追蹤神經(jīng)元群中出現(xiàn)的跨物種共享模式來實現(xiàn)這一點的。例如，「你可以在動物1中建立一個模型，預(yù)測動物1是如何移動它的手的，并將其用于動物 2?！?/span>
如果這種算法也能在不同的人腦中發(fā)揮作用，那么它就能為更多功能的BCI鋪平道路。
諸如此類的進步不斷縮小我們的精神世界與產(chǎn)生這些世界的神經(jīng)活動之間的鴻溝。
Neuralink與Synchron和Blackrock Neurotech(生產(chǎn)Utah Arrays)等類似公司一樣，經(jīng)常被視為實現(xiàn)這一目標(biāo)的合作伙伴。
但是，真正實現(xiàn)人機融合的目標(biāo)仍道阻且長，完全通用植入體也暫未出現(xiàn)清晰的實現(xiàn)方法。
