文/陳根
2014年6月12日，圣保羅巴西世界杯的開幕式，一個下身癱瘓的巴西少年，依靠大腦控制機械骨骼的裝置，順利開球，這一全球目睹的史詩級時刻，就是腦機接口最早的真實應用。
此后，腦機接口的突破性技術開始頻繁刊載于各大學術期刊，以及各新聞的科技版面。2020年8月末，馬斯克再一次召開了其腦機接口公司Neuralink有關腦機接口最新進展的發(fā)布會，并展示了三只植入腦機芯片的小豬，人們可以通過顯示器來觀察豬的腦電波活動，并預測其行為。
馬斯克的直播吸引了全球15萬人的關注，一時間，關于腦機接口的技術關涉和倫理擔憂等議題紛至沓來。事實上，作為一項前沿科技，腦機接口之所以能夠聚集這么多的關注，一來是因為其利好醫(yī)療以及社會的巨大空間，二來就是腦機接口打造的是一個關乎“人”的終極神話。
而在終極神話中，人們目前想像到的不外乎人腦與人的意識大幅提升，比如無限的記憶，更高速的運算；意識與機器的融合；對抗人工智能霸權等。
這當然是一個漫長的神話，但馬斯克以及更多腦機接口的突破技術卻似乎也呼應和強化這樣的想象，但在技術“無上限”的幻想前，我們先要回到最初的起點，去回答一個關乎技術需求的邊界和技術邏輯的極限的問題。
腦機接口以何立之？
所謂的腦機接口技術（brain-computer interface，BCl），就是一種實現(xiàn)人腦和計算機或其他設備之間通信的系統(tǒng)。腦機接口系統(tǒng)通過在人腦和計算機之間建立直接的信息傳輸通道，實現(xiàn)大腦與外部世界的直接交互。
腦機接口屬于神經(jīng)科學里電生理學（electrophysiology）的衍生，二者使用的基本設備都不外乎是各種電極、信號放大器、數(shù)模轉換器和數(shù)據(jù)分析軟件。
不同的是，傳統(tǒng)電生理學，主要是通過采集并觀察實驗者/實驗動物在生理或病理狀態(tài)下特定腦區(qū)的神經(jīng)元電信號數(shù)據(jù)來分析大腦的活動狀態(tài)，并以此推斷這些現(xiàn)象背后可能的生理/病理機制。而腦機接口技術，則更注重對腦內(nèi)采集的電信號進行解讀，并將其輸出為計算機可以理解的程序指令，最終實現(xiàn)直接用神經(jīng)元電活動來控制電子設備運行的目標。
但不論是腦機接口，還是電生理學，歸根結底，都離不開腦科學的支撐。事實上，腦機接口始于腦科學，也受腦科學發(fā)展的局限。
腦是人類最為獨特的器官。數(shù)以千億的神經(jīng)元，組成了人腦的基本結構：負責處理大部分思維活動的大腦、負責協(xié)調(diào)運動的小腦以及連接其中的腦干。
其中，腦干雖然最為原始，卻并不“低級”，腦干將大腦、小腦與脊髓連接起來，大腦與軀體間幾乎所有的神經(jīng)投射都要通過這里。此外，腦干本身還調(diào)控著呼吸、體溫和吞咽等最重要生命活動，甚至大腦的意識活動也需要由它的“網(wǎng)狀激活系統(tǒng)（reticular activating system, RAS）”來維持。基于此，腦干得以成為人體最致命的要害；而一旦損毀，就是字面意義上的“秒殺”。
對于大腦來說，結構則更加復雜。大腦是人類所有組織器官中最復雜和最智能的部分，是整個神經(jīng)系統(tǒng)的樞紐，也是人體所有其它器官的指揮者。生物研究領域中的專家學者經(jīng)過長期的研究，根據(jù)人類大腦中不同活動中的激活狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)了不同的腦區(qū)對應著不同的認知功能，比如視覺、觸覺、聽覺、語言、運動等。
而大腦，正是腦機接口電信號產(chǎn)生的地方。大腦時時刻刻接受來自視神經(jīng)、聽覺神經(jīng)等，以及周圍神經(jīng)系統(tǒng)（Peripheral Nervous System）傳送過來的信號。大腦將這些信號進行解析，并產(chǎn)生感覺，進而對外在環(huán)境做出反應形成運動信號。運動信號再通過脊髓傳達到周圍神經(jīng)系統(tǒng)，進而控制肌肉控制人的身體，做出復雜（高級）運動行為。
當腦神經(jīng)開始處理信息，就會產(chǎn)生相應的電磁信號。從神經(jīng)元的構造來看，當神經(jīng)元傳達信號時，神經(jīng)元內(nèi)外的帶電離子流動形成電流，電流到達突觸后激發(fā)化學反應繼續(xù)傳遞信號給下一個神經(jīng)元。當一定數(shù)量的神經(jīng)元像集成電路一樣一起工作時，就可以產(chǎn)生能被宏觀的電極所探測到的電磁信號。
電磁型號的變化，反映出當前皮層區(qū)域的活躍程度。這些信號經(jīng)過放大，編譯變成了包含信息的信號。這樣研究人員就可以進行數(shù)據(jù)分析，用算法推測出大腦想表達的東西。但從大腦功能的發(fā)現(xiàn)到電磁信號的翻譯，都仍只是腦科學和腦機接口技術的冰山一角。腦機接口技術發(fā)展到現(xiàn)在，研究者仍面臨著許多問題。
腦機接口的技術兩難
根據(jù)腦機接口與大腦的連接方式，可以分為非侵入式性、侵入式性和半侵入式性腦機接口。
在非侵入式腦機接口中，腦機接口設置在顱骨外，頭部的上皮點位是其收集腦電信號的主流方法之一。但是這種方法收集的信號存在著偽跡過大（如眨眼偽跡和面部肌肉信號偽跡），信號帶寬過低（一般小于70 Hz）和信號強度低（因為顱骨阻擋）的問題。而信號的質(zhì)量直接影響了結果的質(zhì)量，顯然，再好的算法也救不回被污染的數(shù)據(jù)。
侵入式性腦機接口要求微電極植入頭骨下的大腦皮層中，直接接觸神經(jīng)元細胞以此來獲得更純凈的信號。在這種情況下，信號可能會被以高質(zhì)量產(chǎn)生采集，但隨著時間的推移容易出現(xiàn)疤痕組織，從而影響后續(xù)的信號接收此外，而一旦種植了侵入式性腦機接口/探針，就不可能將其移動來測量大腦的其他部分。
現(xiàn)有的電極陣列再怎么精密，考慮到實際的實驗情況，一次能夠同時記錄到的神經(jīng)元信號數(shù)目也基本都只有兩位數(shù)，相比于整個大腦，甚至僅僅一個腦區(qū)或者核團之中天文數(shù)字的神經(jīng)元總數(shù)，這么一點樣本量究竟能說明多少問題本身都是個問題。
此外，侵入式腦機接口還面臨慢性神經(jīng)炎癥，局部腦組織損傷等健康風險。比如，馬斯克和他的團隊使用的就是在皮質(zhì)上植入和皮質(zhì)里植入相結合的方式，將類似于微絲陣列（用于皮層上）和密歇根式探針（用于皮層中）的電極植入到人的腦內(nèi)。盡管馬斯克和其團隊提到這個電極植入機器人可以避開腦血管，進而不打破腦血屏障，避免炎癥的發(fā)生。
但是，與皮層相關的植入方式還面臨著慢性神經(jīng)炎癥，局部腦組織損傷，以及局部腦組織損傷帶來的細胞反應（小神經(jīng)膠質(zhì)反應和星形膠質(zhì)細胞反應）還有電極穿透時引發(fā)的細胞外基質(zhì)變化的反應。這些都是因電極植入引起的慢性腦組織反應，他們不僅會影響信號長期收集，還會引起人腦可能的惡性變異。
歸根結底，腦機接口的輸入信息也只是電極采集的大腦電活動。顯然，若是用非侵入式的頭皮電極，就只能隔著頭皮、顱骨和腦膜記錄到大腦宏觀層面的腦電波（electroencephalogram, EEG），精度很差。而使用侵入式電極記錄具體的神經(jīng)元電活動，破解了精度局限，但數(shù)量和安全又成了問題。
事實上，無論之后的數(shù)據(jù)處理算法多么給力，但巧婦難為無米之炊，只要源頭數(shù)據(jù)的問題沒有解決，整個腦機接口技術就難以出現(xiàn)賽博朋克作品里那種爆發(fā)性的應用狂潮。
一個關乎“人”的終極神話
腦機接口的發(fā)展其實與腦科學的進步密切相關。只有腦科學進一步發(fā)展，腦機接口的設計才能更加可靠。
事實上，目前的腦機接口，雖然也有各種意義上的進展和應用，比如通過記錄分析腦電，讓全身癱瘓的患者也能用電腦輸入文字、甚至操縱機械臂和無人機，但這些依然是通過精妙的算法分析，在信息量極其有限并且滿是噪音的原始數(shù)據(jù)中實現(xiàn)翻譯，這也依然和科幻作品中的構思大相徑庭。
腦機接口的神話是人腦與人的意識可能大幅提升，包括無限的記憶，更高速的運算，正面感受的增強，更好的專注度，視覺聽覺的提升，甚至是心靈感應等超自然的想法。
另一方面，究其根本，神經(jīng)沖動就是電與化學信號形成的網(wǎng)絡，這就意味著可能轉化為模擬信號和數(shù)字信號，這既可以讓神經(jīng)系統(tǒng)直連電子系統(tǒng)，甚至可以將人的記憶和意識徹底電子化，進而實現(xiàn)數(shù)字永生。
但顯然，這是一個漫長的神話，在腦機接口走向神話前，必然要面臨的是人們思維與意識的解碼困境。而在目前的神經(jīng)科學的研究中，科學家們對于腦內(nèi)思維活動的分析還并不能做到直接讀取到個體的所想和所思考。從科學研究的角度出發(fā)，腦內(nèi)活動的理性理解，大部分是從事件跟神經(jīng)活動的關聯(lián)性出發(fā)的，其理解過程很依賴于研究者對關聯(lián)形式主觀判斷的準確性。
此外，現(xiàn)階段，科學家對意識的產(chǎn)生的研究，對記憶塑造的方法以及不同腦皮質(zhì)分區(qū)合作的機理尚沒有定論。這些問題與腦機接口是否能實現(xiàn)讓大腦與互聯(lián)網(wǎng)或者個人服務器相連接的功能實現(xiàn)息息相關。
以記憶存儲為例，事實上記憶的物理形式是什么？是神經(jīng)網(wǎng)絡的結構狀態(tài)，還是分子網(wǎng)絡的組學狀態(tài)，這本身就需要界定。而要實現(xiàn)記憶的存儲甚至轉移，首先需要了解記憶的編碼形式并能進行讀取。
目前已經(jīng)知道一些基因與記憶的形成有關，甚至被當做是否有記憶形成過程發(fā)生的依據(jù)，如c-Fos、zif268等，但是這些基因的表達模式本身并不能達到作為記憶編碼形式來對待的要求。
從應用的角度出發(fā)，或者特殊場景的角度出發(fā)，腦機接口無疑顯示出一種實用的希望和巨大的社會價值，這需要進一步的研究和更多的技術支撐。但同時，腦機接口也承載了一個關乎“人”的終極神話，而這關乎技術需求的邊界和技術邏輯的極限。
對技術熱情的期盼之下，其終極奧義在于，如何使用一種越來越具身性（embodiment）的技術，在無需把機械裝進肉身的前提之下，實現(xiàn)人與機器的連接和交互。這也涉及了一個更深刻的問題：我們的身體和大腦到底想要多大的控制范圍？或者，我們已經(jīng)為放棄控制做好了什么樣的準備？
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