好了，人腦要和電腦連一起了

袁斯來

特斯拉CEO馬斯克也盯上了腦機(jī)交互。今年4月，他宣布自己成立了一家新公司NeuraLink，要開發(fā)一種名為“神經(jīng)織網(wǎng)”（Neural Lace）的微型設(shè)備。這種柔性的網(wǎng)狀設(shè)備能直接注射入大腦，收集和模擬大腦的電極信號。人的聽覺、視覺、嗅覺甚至記憶都能“復(fù)制”。馬斯克將其稱為：感知讀心術(shù)（consensual telepathy）。

其實(shí)，早在1990年代，科學(xué)家就在使用功能性磁共振成像儀等設(shè)備，讓人腦與電腦相連，并試圖“讀取”人類的思想了，但它們非常笨重，人類的大腦需要被大型的機(jī)器完全罩起來，頭上還要布滿傳感器—這種“腦機(jī)接口”方式并不自然。

馬斯克的設(shè)想可謂解決了這一問題。但事實(shí)上，他已經(jīng)落后了一步，美國國防部早就開始了類似的研究。

今年1月，美國國防部發(fā)布了一個野心勃勃的“神經(jīng)工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)”計(jì)劃（Neural Engineering System Design，簡稱NESD），投入6500萬美元，在和腦神經(jīng)研究相關(guān)的高校和公司中挑選了6家機(jī)構(gòu)，試圖開發(fā)一些技術(shù)，同時記錄人腦中100萬個神經(jīng)元的數(shù)據(jù)。這項(xiàng)技術(shù)能讓殘障人士更好地和外界交流，以及控制外置設(shè) 備。

相對于人大腦中的860億個神經(jīng)元，100萬個微不足道，人類大腦深處的秘密還非常復(fù)雜?！暗俏覀?nèi)绻軌蛑苯訉⒛M信號傳輸入腦，NESD或許能夠延伸出全新的神經(jīng)學(xué)治療方案?！卑l(fā)布這項(xiàng)計(jì)劃的Phillip Alvelda說。

Paradromics是被選中的6家機(jī)構(gòu)中唯一的商業(yè)公司，它將負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)其中的一個和語言有關(guān)的項(xiàng)目，并獲得了1800萬美元經(jīng)費(fèi)。

Paradromics正在研發(fā)的是一種名為“神經(jīng)I/O巴士”（Neural Input–Output Bus，簡稱NIOB）的技術(shù)，它能讀取人的思想，解碼人的語言，讓電腦代替不能說話的人發(fā)聲。不僅如此，它還能模擬視覺信號，植入盲人的大腦，讓他們直接在腦海中“看見”身邊發(fā)生的事。

整個過程聽起來似乎也很簡單：只用在大腦中植入幾束“纖維導(dǎo)線”，再連接到位于顱骨的芯片上，最后通過頭皮外的外部模塊接入電腦。這套腦機(jī)裝置，通過設(shè)置在腦內(nèi)的芯片實(shí)時分析神經(jīng)元的信號，在某種程度上就可以實(shí)現(xiàn)“讀心”的功能。

這個計(jì)劃的關(guān)鍵就是一束束微導(dǎo)線，它們必須足夠纖細(xì)，才能在植入大腦后不會損傷腦組織，而且還得有一定的長度，才能連接到頭顱的芯片。

實(shí)際上，早在1920年代，英國科學(xué)家G. F. Taylor就發(fā)現(xiàn)了一種加工金屬導(dǎo)線的辦法，通過高溫加熱，能在液態(tài)細(xì)金屬絲外，包上一層已經(jīng)軟化的玻璃，冷卻后就成了“夾心”管。到了1950年代，一位叫Ulitovski的蘇聯(lián)科學(xué)家完善了這種加工方法，那個時候就做出了直徑只有幾微米的導(dǎo)線。到了1960年代，一家不知名的羅馬尼亞小公司生產(chǎn)出了直徑只有20微米的絕緣線圈。

不過沒有人能想到，半個世紀(jì)后，這些細(xì)線竟然能將大腦和機(jī)器連接起來。

當(dāng)時，Paradromics的創(chuàng)始人Matt Angle還是美國一家研究所的研究生，專攻的方向是大腦中的嗅球部分，他想弄清楚神經(jīng)元如何控制大腦嗅覺，但因?yàn)闆]有辦法同時記錄多個神經(jīng)元的信號，研究進(jìn)展很不順利。

一次偶然，Angle聽到教授和人聊起了那家羅馬尼亞公司做出的金屬絲。那個時候，這種金屬線出現(xiàn)最多的地方是酒店：廠家會把這種帶著磁性的線織到毛巾里，防止顧客退房時順手牽羊。Angle立刻意識到，這種技術(shù)在他的研究中應(yīng)該有更廣闊的應(yīng)用空間。

在此前，要做植入物的腦機(jī)交互，部件不夠小，損傷大腦不說，工程還特別繁復(fù)。每一根金屬絲都得焊接一個芯片，所以如果要記錄100萬個神經(jīng)元的數(shù)據(jù)，估計(jì)花幾十年時間也不一定能完成焊接。

但Paradromics用的技術(shù)，能夠?qū)⑦@些金屬絲集合成一束，全部植入腦中。這2萬根金屬絲將記錄100萬個神經(jīng)元的信息，直徑只有10至20微米，大概是一根頭發(fā)絲的1/6，不過長度能達(dá)到幾毫米。它們類似于電線，只是電芯由鉑金或黃金這類貴金屬制成，而絕緣殼用的是玻璃。

植入這些線束，只能通過腦部手術(shù)。因?yàn)槌叽缱銐蛎阅?，線束不會造成強(qiáng)烈的排斥反應(yīng)。據(jù)Angle介紹，它們起碼能在人體里待上18個月?！拔覀兿嘈牛磥砟軌蜃屵@個過程延續(xù)至數(shù)年。”他對《第一財(cái)經(jīng)周刊》說。

腦機(jī)連接的過程并不復(fù)雜。Paradromics會把這些線分成4束，每一束會記錄20萬個神經(jīng)元信息。將線的一頭削尖后，這把有尖頭的“小刷子”能刺入腦部。這些線頭不會穿過神經(jīng)元，而是刺穿神經(jīng)元周圍的某個點(diǎn)。另一頭則會拋光，和傳感器表面觸碰。這些傳感器安裝在能增強(qiáng)信號的CMOS芯片上。Angle把這個連接導(dǎo)線的傳感器叫作“像素”。它可以記錄和傳輸腦電壓信號，也就是大腦的活動信號。

由于是在大腦內(nèi)部操作，要保證有盡可能多的線頭能接上傳感器，Angle在芯片上隨機(jī)安裝了上萬個傳感器，他把它們稱為“飛機(jī)著陸場”。這有些像是打靶，只能盡量提高命中率，但由于記錄夠多，少數(shù)的遺漏不會造成影響。

植入的系統(tǒng)還必須判斷哪些信息是有用的，哪些是冗余的。畢竟，CMOS芯片無法承載每秒50G的數(shù)據(jù)。而且，這些信息還必須通過無線傳輸，發(fā)送到位于頭皮的外部模塊上，才能和計(jì)算機(jī)交互。

“能實(shí)現(xiàn)腦機(jī)交互，主要還是依賴導(dǎo)線器件性能的提升，還有CMOS芯片計(jì)算能力的增強(qiáng)?！盇ngle說。只要信號傳輸?shù)搅梭w外，實(shí)際上分析就很容易了?！拔覀兊哪繕?biāo)就是要盡量減少設(shè)備的外露。國防部要求，我們的裝置不能讓任何導(dǎo)線暴露在體外，因?yàn)闀懈腥镜娘L(fēng)險，機(jī)械也容易發(fā)生故障。所以，我們會將頭骨部分在植入芯片后放回原位，直接用你自己的腦部組織保護(hù)這些植入物?！?/p>

Paradromics的任務(wù)和語言相關(guān)，所記錄的是顳上回的信號，也就是人們說出的話語被大腦接收后對應(yīng)的信號。NIOB分析每一個發(fā)音能轉(zhuǎn)化成的“音素”，記錄下對應(yīng)的大腦反應(yīng)，就能夠知道說某句話時，這個人的腦中究竟在想些什么。

這種“逆向?qū)W習(xí)”的想法，來自于伯克利大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家Robert Knight的研究—人們會產(chǎn)生對于聲音的想象，也就是“聽覺意象”（auditory imagery），例如有時人們腦中會不由自主地回蕩起某個旋律。聽覺意像和聽覺感知（auditory perception）實(shí)際上是同一部分神經(jīng)元在起作用。所以只要知道腦中的“旋律”，就能夠逆向反推聲音，讓電腦“唱出這首歌”。

Paradromics沿用了類似的原理，只需要記錄下人們飛速運(yùn)轉(zhuǎn)的腦海中，究竟在想些什么，就能根據(jù)這些信息，重現(xiàn)他們要表達(dá)的語言，并將人們的默讀用電子合成器朗讀出來。

對于有語言障礙的人士來說，如果能夠在電腦的幫助下重新“發(fā)聲”，肯定是振奮人心的，不過這項(xiàng)技術(shù)要實(shí)際投入使用還得花些時間。畢竟，它是要用只有一分硬幣大小的芯片、幾束比頭發(fā)絲還細(xì)的導(dǎo)線，讀取和分析100萬神經(jīng)元的信息。

另外，NIOB目前還只是單向的，也就是只能將電腦的信息輸出，而暫時不能輸入。這也是Paradromics這家公司未來要突破的。“雙向交流的技術(shù)如果實(shí)現(xiàn)，甚至能讓NIOB替代大腦中的受損區(qū)域?！盇ngle說。