腦植入設備等于思想的未來嗎？

編譯 姚人杰

腦機接口技術（BCI）飛速發(fā)展，硅谷的公司正在進軍這個領域。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元發(fā)送到另一個人的移動設備的短信?！彼貞浂绦诺奈淖?，“你剛剛創(chuàng)造了歷史。”

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元活動，再轉譯成外部行動。通過想象用手移動一根控制桿，他能夠移動光標，在屏幕上選擇字母。他也借助思維的力量，在亞馬遜網站上購買過商品，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、多個研究機構合作的科研項目，開發(fā)和測試新穎的神經技術，旨在幫助那些大腦正常、但由于癱瘓、肢缺損或神經退行性疾病而失去肢體控制能力的人，讓他們恢復交流、移動和獨立生活的能力。

但是，盡管猶他陣列已經證明大腦植入物是可行的，這項技術還有很長的路要走。迪格雷接受開顱手術，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，由機器學習算法進行解碼。他能執(zhí)行的任務、這些任務能執(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880億個神經元（每個電極通常記錄一到四個神經元的信號）。

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

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)院的一位神經病學家，也是布朗大學的工學教授，“大腦之門”項目的共同指導。他說研究已經取得巨大的進步，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。包括臉書在內的一些公司主攻非侵入式裝置，而無線神經植入系統(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：“我們的目標是記錄和刺激神經元的發(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那樣。”馬斯克還補充說，植入的過程會更加像激光眼科手術，而不是開顱手術。根據(jù)馬斯克的說法，醫(yī)學關懷帶動了植入裝置的發(fā)展，但他也擔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，但它的目標瞄準了神經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?！拔覀兿ＭM快進軍市場?！惫镜膭?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DARPA意識到它正在為海外歸來的負傷軍人制造的復雜機械四肢需要大腦控制后，對腦機接口技術產生了興趣。

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裝置已經在澳大利亞啟動首輪臨床試驗——領先于Neuralink公司和Paradromics公司。

Stentrode裝置避免了開顱手術和瘢痕，因為它的插入是借助于一根穿入后頸處靜脈血管的支架。一旦到達運動皮質旁的位置，支架會張開，將16根電極嵌入血管壁，神經元活動的信息會從中被記錄下來。到目前為止，在臨床試驗中已經有一位因為運動神經元疾病癱瘓的病人接受了大腦植入設備，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元的集體活動（它會接受大約1 000個神經元的活動），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備來操縱電腦屏幕上的光標

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)年內記錄神經元的生命周期之前，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的神經接口研究者辛西婭·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元信號，我們能否解譯它們？“我們不清楚大腦是如何運作的。”匹茲堡大學的生物醫(yī)學工程師香西孝（Takashi Koazai）說道，他的研究領域是植入技術，“嘗試解譯信息，并真正產生有用的結果是個大問題?！鼻兴固乜送猓瑢ι窠浽绾斡嬎愕臋C制了解更多會很有幫助，但額外增加數(shù)百個神經元的話，“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，植入技術能逐步擴大到普羅大眾中。

最顯而易見的應用也許是腦控打字。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能力。最終，當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。“假如技術變得安全，容易使用，而且給你提供一流的技術控制，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？

假如這項技術要在醫(yī)學領域之外發(fā)揮作用，軍事是我們可能最先看見的領域，牛津大學尤希羅實踐倫理學中心副主任漢娜·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介入的話，困難很大。但是在最近于舊金山召開的一次神經科技會議中，喬納森·圖米姆（Jonathan Toomim）主張，使用植入設備是合乎邏輯的下一步?！拔覀冊缫呀浭褂昧酥悄苎b置——我們的智能手機——將我們的許多認知功能分擔給手機，用手機增強我們的記憶。這只是將人類大腦與智能設備之間的帶寬提升到更高水平。”喬納森這位自詡的神經科學家、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反饋裝置。

英國皇家學會在9月發(fā)布的一份關于這個主題的報告中總結說，對于腦機接口技術如何使用，在未來數(shù)年內如何受到監(jiān)管，大眾應當發(fā)出更清楚的聲音。一種擔憂是關于數(shù)據(jù)隱私，盡管馬斯倫說事實應該能讓擔憂有所緩和，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，而且要使用者的頭腦出力才能讓裝置運作。她說：“關于隱私的倫理問題……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，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。

圍繞著控制權和代理，浮現(xiàn)出更多倫理議題。假如大腦植入設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多大責任？假如一種技術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？

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，這個目標被普遍認為野心過大。但許多專家預期，在5年或10年內，有著視聽障礙或者殘疾的人士將能利用這項技術。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

植入設備有替代方案嗎？

一種穿戴式、非侵入式、無須進行開顱手術、永遠能取下裝置的腦機接口方案也許看上去吸引力十足。但顱骨讓神經元信號的讀取變得模糊不清?！胺乔秩胧窖b置的物理性質極具挑戰(zhàn)性?！泵苄髮W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備的“大腦之門”項目已經在沒有單詞預測的情況下實現(xiàn)每分鐘差不多8個詞的速度）。2019年7月，加州大學的研究人員在社交網絡公司的資助下，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，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（神經元活躍時，會消耗更多的氧氣）。

總部設在洛杉磯的初創(chuàng)企業(yè)Kernel也涉足這個領域。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。約翰遜已經給Kernel公司投入1億美元。該公司從一家神經植入設備公司起家，但隨后轉向可穿戴設備，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技術行業(yè)的基礎）。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已經發(fā)現(xiàn)一種其他人忽視了的方法。他說：“我們在2020年內要準備好分享更多信息?！?/p>

但假定技術挑戰(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研究新興的神經技術的倫理學、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計的腦植入設備呢？