体验金技术 马斯克的”脑机接口“能帮我们实现《黑客帝国》中的那个未来吗?

2020-01-11 16:52:19 

体验金技术 马斯克的”脑机接口“能帮我们实现《黑客帝国》中的那个未来吗?

体验金技术,文/严岩

7月17日,马斯克首次公布了他的脑机接口公司neuralink的突破性进展。他展示了一种全新的神经接口,能够获取高质量的大脑皮层信号,从而更全面地记录来自大脑的数据信息——《黑客帝国》中那个人类通过脑机接口与母体连接并维系沟通的未来,离我们越来越近了。

“新一代”脑机接口

“你好,我是全球第一个将电极植入大脑(感觉皮层)的人类。我看了马斯克关于脑机接口的发布会,很酷!如果有机会的话,我也愿意参与到他的人体试验中去。”纳森·科普兰(nathan copeland)兴奋地告诉我。

在某种意义上,34岁的纳森·科普兰是一个可以用“意念”控制外界机器的“半机器人”(cyborg)。“半机器人”概念让人联想起电影《终结者》中施瓦辛格扮演的角色,通过机械替换人体的一部分,连接大脑与机械之间的沟通。在现实中,由于几年前一场车祸,科普兰的胸部以下瘫痪,他在2014年参与了匹兹堡大学实验室的人体试验,重获某种“感觉”。最典型的例子是2016年科普兰和时任美国总统奥巴马的一场“握手”仪式——科普兰半躺在沙发座中,大脑后方连接着数据线,由他“意念”控制的机械臂缓慢向奥巴马的方向移动,直到“咔”的一声,双方的手正式地“握”上了。

纳森· 科普兰,全球第一个将电极植入大脑(感觉皮层)的人类。

总是超前一步的埃隆·马斯克(elon musk)显然有更大的野心。

7月17日,马斯克向全球展示了他创立的脑机接口公司neuralink近两年来的研究成果。在整个过程中,马斯克笑场数次,几乎是一种“过于兴奋而笑岔气”的表现,随着他偶被自己打断的解说,我们能看到neuralink的研究人员通过开颅手术,将电极植入老鼠大脑内,通过传感器将老鼠的“想法”(想往哪里跑的意图)传送到外界机器,并用软件记录、分析其大脑。在此过程中,传送出的“声音”(脉冲信号)正是老鼠大脑内神经元发射的信号,试验通过解析该信号,达到控制机器的目的。

而这整个试验过程,正是“脑机接口”(bmi,brain-machine interface)的意义所在——在人或动物大脑和外部机器设备之间建立直接的连接通路,大脑一发出信号,机器就能执行大脑所传达的指令,其中最核心的问题是如何与大脑进行对话以及如何进行有效的控制。马斯克有时候会用更感性的形容——“心灵感应”(telepathic powers),通过你所想,实现你所要。

马斯克曾在多个场合提及,创办neuralink的动力来自对人工智能未来发展的恐惧,他说:“我们已经是半机器人了,手机、电脑就是你的扩展,手指的动作或者语音指令就是交互接口,但这种交互太慢了。”这也是他研究创建脑机接口的原因之一:加快人机的交互速度。

埃隆· 马斯克在neuralink 发布会现场公布了新一代脑机接口,这种接口可以获取高质量的大脑皮层信号。

目前,脑机接口主要分为两类:侵入式和非侵入式。后者有比较广泛、成熟的应用,例如脑电图(eeg)、功能性磁共振成像(fmri)等,通过脑电帽接触头皮的方式,间接获取大脑皮层神经信号。而马斯克选择的是更为“难啃的骨头”——侵入式脑机接口,需要开颅手术,往试验对象的大脑里植入电极、神经芯片、传感器等外来设备,这一做法自然有一定危险性,但往往也能获取更精准的神经信号。

蒂姆·汉森(tim hanson)曾是neuralink的联合创始人之一,同时也是一个熟练掌握材料科学的神经生物学家,他在接受本刊采访时提到,“脑机接口技术是融合脑神经技术、机器学习和生物材料三方面的合作达成的,马斯克将这几个跨领域的学科集合起来,并找到了相应领域最优秀的人,在资金充沛的情况下,也许能将科研界的一些重大课题向前推进一大步”。

《终结者》剧照

根据公开信息,neuralink在老鼠身上的脑机试验成功率不低。而马斯克计划最早在2020年底获得美国食品和药物管理局(fda)的批准,并开始对人类(以高位截瘫患者为主)进行临床试验。

既然马斯克想要实现人类大脑与机器的通信,就必须要选择获取什么样的大脑信号,以及用什么手段来记录大脑信号。马斯克选择的是最精准、也最难以采集到的信号:动作电位(action potential,ap),由单个神经元细胞膜的脉冲信号产生。此次采集信号的电极也是新一代脑机接口的一大创新,即由美国国家实验室的瓦娜莎·多洛莎(vanessa tolosa)研发的单根多触点柔性电极——“线”(threads)。

“目前市面上最广泛应用的是犹他电极(utah array,100微米),但缺点是记录位点较少(最多256个),另外有个电极叫神经像素(neuropixel,70微米),有960个记录位点,”中科院神经科学研究所的李晨阳告诉本刊,“马斯克新发布的‘线’集合了这两者的优点,不但直径只有27.5微米,比人类头发丝还细,对大脑造成的损伤也较小。这套系统在96根线上分布着3072个电极,电极越多,能被记录的神经元信息就越丰富,因而马斯克的新型‘线’电极会比以往的脑机接口技术传输更多的数据。这种电极属于柔性电极,通过将电极丝埋入高分子材料中制成,材料本身能够随意弯曲。”

黑岩微系统联合创始人弗洛伦· 索巴赫,该公司的犹他电极是目前全球唯一被fda 批准的电极阵列。

科普兰在匹兹堡大学进行的脑机接口试验,所用的电极则是犹他电极。他一天4个小时,一周有一半的时间在大学实验室进行脑机训练。电极植入他的大脑已经有5年之久,他告诉我,随着时间的推移,电极也会“寿终正寝”:大脑神经元发射出的信号会越来越弱,自然而然地,信号和数据的采集工作也就无法进行,就不得不把电极从脑中取出。

作为高位截瘫患者,科普兰的瘫痪由脊椎外伤引起,大脑的状况与健康的普通人一致,他回忆在成功植入电极后的一段时间,他重新获得了某种触觉,“第一次感受到了我的手指在摸什么东西,这种感觉特别奇怪”。经过更长时间的训练,他有时开始能感觉到电流,有时感觉到压力,大部分时候都能准确地感觉到他所有手指的位置。随着训练的深入,他现在能感受到某样东西的冷热程度了,“我是通过手指根部感受到的,通常是一种有人在挤压的感觉”。但他也能清晰分辨,这种重新获得的“感觉”与车祸前的感觉不一样,“这取决于科学家们刺激我大脑中的哪一块电极以及大脑中的哪一块区域了”。

“就我所知,犹他电极在大脑中的植入时长从未超过5年。”科普兰说。早年电极的硬度对大脑的确有损害,主要由于大脑组织的形态类似“豆腐脑”,随着大脑的移动,大脑组织会移动,电极若在大脑内部固定不动,则会产生损伤。“视频上,马斯克的电极简直太细了,如果他能保证电极的寿命能持续更长,或者可以安全地永久植入就更好了。”科普兰说,他对于马斯克未来的人体试验很乐观。

要保障电极安全、长期地在大脑中起效,精准地将“电极”埋入大脑皮层是另外一个难点,马斯克的neuralink公司采用了“缝纫机”技术。“在科研环境或在医院使用的犹他电极,医生不得不通过开颅‘打洞’的方式植入电极,而马斯克的‘线’电极则通过手术机器人来进行。这是由于他所展示的电极非常细,操作难度高,需要将电极一根根地植入。”李晨阳解释道,“而这个电极植入皮层的方式很特别,与缝纫机类似,而且在植入过程中能避开血管,更加精准地确定电极应该到达的位置,手术效果上应该会更安全”。蒂姆·汉森是这个“缝纫机”的发明者,他提到,当时在加州大学旧金山分校和伯克利大学做这一研究的时候,唯一的目标是如何使得植入物更小,更灵活,“这也是为什么电极被做成了线的模样,更方便被缝纫机植入”。

“缝线的机器”。这是一个神经外科机器人,特别像缝纫机,它可以稳定、精准地将一根根电极植入到皮层中。

以上只是由电极记录大脑中的信号,若要把信号传输到脑外的机器上,则需要另外一种传感器。在发布会上公布的这个传感器是一块芯片,它将会被钉在颅骨上,尺寸大小甚至小于手指的指尖。通过这个传感器,科学家们可以更好地读取、清理和放大大脑的信号,而且更为重要的是,“由于体积小,这个小尺寸大幅度增加了脑机接口的实用性”,李晨阳补充。我联想到了科普兰大脑后面连接着的“大型装备”,甚至包括一根很粗的传输线。科普兰告诉我,目前脑机接口的技术实现,依然需要多个计算机、特殊的设备和电线等组成,距离脑机接口“生活化”的场景还非常远。

未来的消费品

脑机接口的探索早在20世纪六七十年代就开始了。蒂姆指出,至今为止,在灵长类动物身上脑机接口效果最好的试验诞生于上世纪80年代,由杜克大学(duke university)米加·尼可莱利斯(miguel nicolelis)领导的小组进行的这一试验,证实了猿猴在闭环的操作性条件作用下(closed-loop operant conditioning),可以快速学会自由地控制初级运动皮层中单个神经元的放电频率。简单来说,在猴子的大脑运动皮层插入犹他电极,并让它学会用鼠标打游戏,赢了就奖赏。一段时间后,研究人员断开了鼠标与电脑的连接,让猴子继续打游戏,刚开始鼠标在电脑屏幕上乱跑,但没过多久,猴子就学会了用神经电信号来控制游戏的进程。

本刊联系了有“机械战甲之父”之称的米加·尼可莱利斯。尼可莱利斯表达了自己对neuralink发布会的态度:“你可以看一下我2003年在杜克发布的论文,这是第一代脑机接口正式面世的时间,而这也是马斯克的neuralink公司最早期的想法源头,但现在各界媒体都根本不会提到这个事实了。”

尼可莱利斯所发明的仿生外骨骼(宛如机械战甲)确实是脑机接口领域的一个里程碑。在2014年巴西世界杯开幕式上,一位脊髓受损导致下肢完全瘫痪的男子朱利安通过大脑控制外骨骼,想象身体的某部位在运动,由此产生的脑电信号控制外部机械装置,成功在巴西的体育场做到了“开球”这一举动。而这一脚的背后,是由尼可莱利斯所带领的致力于脑机接口研发计划“再次行走”(walk again project)长达30年的研究。但由于诸多因素,尼可莱利斯的后期试验进展相当缓慢,其中一个原因是经费受限。本刊采访了一位不愿具名的美国神经生物科学家,他将申请经费比作“撒胡椒面儿”:“重要的研究问题太多了,申请的经费有限,具体选择切入哪个领域至关重要。”

如今,资金充沛的马斯克风风火火地“闯入”脑机接口这一领域,恰是他看到了人类未来发展的“奇点”——技术发展将会在很短的时间内发生极大而接近于无限的进步。当此转折点来临的时候,旧的社会模式将一去不复返,新的规则开始主宰这个世界。人类在朝“半机器人”的方向发展,人与手机、电脑等一系列机器渐渐捆绑在一起,成为不可分的共同体,与此同时,人工智能的技术革命也在以超乎我们认知的速度开展,作为坚定的“ai威胁论”的支持者,马斯克发出过警告,机器很可能会以指数级的速度将我们抛得越来越远,只有与机器共生才是未来的生存方式。

于是,马斯克毅然决然地要在脑机接口领域后来者居上。他的neuralink,目前已有90名员工,在2017年成立后的几个月内迅速募集到近2700万美元(约1.8亿人民币),而目前公开的融资金额1.5亿美元中,有1亿就来自马斯克本人。

事实上,马斯克在发布会上所展示的成果之一,尤其在电极领域确有某种意义上的“竞争”对手——也就是目前唯一被fda批准在科研和商业领域应用的犹他电极。该电极于1997年诞生于美国犹他大学的bionic technologies公司,两位创始人布莱恩·哈特(brian hatt)和理查德·诺曼(richard a. normann)教授是犹他电极阵列的发明者,之后所有业务被黑岩微系统(black rock microsystems)在2008年5月收购。本刊采访了黑岩的联合创始人弗洛伦·索巴赫(florian solzbacher),他表示:“我认为马斯克当天的发布会并不算是‘发布产品’,他算是展示了一种内部测试的‘原型机’,其效果就和前沿的学术研究机构展示科研成果类似。但令人惊讶的是,他在这么短时间内从零做到了这个层级的效果展示。”

马斯克提到,明年末也许能在高位截瘫患者群体身上做人体试验:植入4块芯片,3块植入到大脑的运动皮层,同时给躯体感觉皮层提供闭环反馈。但对于一个商业公司来说,neuralink更想做的是为普通大众提供脑机接口。马斯克甚至希望将之打造成一个人们会推荐给家人朋友的产品,一个能做到“心灵感应”的设备。

neuralink 计划未来开启人体试验后,在被试者大脑中植入四个电极,其中三个位于运动皮层,另一个位于感觉皮层。唯一外接的装置将被安裝在耳后,内含一枚电池。

对于普通人来说,在人机交互方面,我们从敲击键盘输出信息到语音输入“听”到信息,这俨然是一个效率的提升。但按照马斯克的意思,我们如今与手机和计算机之间的沟通效率依然太慢。如果未来脑机接口成为某种生活场景中的产品,人们直接与大脑信号打交道,手和嘴都不必用来作为信息输入的接口,通过直接解读大脑信号来获取信息,人类的学习和记忆能力就会比利用现有的物理沟通方式增强好几个层级。举个直白的例子,我现在正蜷缩在沙发里写这篇稿子,由于长时间固定不变的姿态,导致我的颈椎非常不适,若未来我的大脑中植入电极,并配有脑机接口,我也许可以用“葛优躺”的姿势,想着想着,稿子就写完了。

在此次发布会上,neuralink提出的n1传感器确实简化了脑机接口的设计,让脑机接口应用于生活变得更有可能。然而,在接受本刊采访的受访者中,只有科普兰有跃跃欲试的态度。“美国民众本身对于侵入式脑机接口有很高的接受度,即便是传统的犹他电极,也有应用于多名高位截瘫患者的案例,但这个数字在中国还是零。”李晨阳说。

但我的确很难想象,一个普通消费者会为了这款产品去做开颅手术。“在健康患者身上进行人体试验依然是一个道德问题,以及作为一个社会的整体,我们是否愿意支持这个问题。我进入这一领域的个人动力是帮助失去运动和感觉功能的人重新获得行动能力和独立性,但对于监管机构和大部分医疗机构来说,它们不会接受任何可能对健康人群造成伤害的技术。”

黑岩的弗洛伦·索巴赫说,“而且大众经常低估的是,从原理到产品的转化成本要比原型机本身高几个数量级,一个合格的应用于临床的脑机接口需要等待第一批参与试验的患者有了几年的数据之后,才能进行改进,从而影响更多的患者。我们当时花了10年时间才真正开展了人体试验,后来又花了10年时间在脑机接口的领域里建立起了金标准。”弗洛伦言下之意便是,目前应用最广泛的犹他电极有着令人欣慰的稳定性,也经历了时间的洗礼。弗洛伦也提到了使用他们产品的纳森·科普兰:“他最近还被邀请到亚洲参与电子游戏比赛了,当时他就带着他的脑机接口去的。”

我问科普兰:“你是真的感觉自己是一个“半机器人?”他的回答很冷静:“我依然能感觉到自己只是个人类,但我同时也在创造未来。其实,所有这些前沿研究都不会让我直接受益,一旦我的志愿者身份告一段落,我就不会再用到脑机接口,毕竟这依然只是实验室的产物。对我来说,我只是在协助研究人员收集信息,希望未来的某一天,让其他的人真正使用这项技术。”

(本文节选自《三联生活周刊》2019年31期,若读者中有对脑机接口或者神经科学有研究的,欢迎联系记者严岩(微信号13818191827),另外感谢刘琦麟对本文写作提供的帮助)

随机推荐
  • Reno2的屏幕升级也不小,你了解屏幕这些黑科技吗?

    而刚发布不久的oppo reno2,除了一直宣传的影像实力出众外,它的屏幕方面也有不错的表现。而reno2日常使用最高可达500nit,极限峰值更是达到700nit,所以reno2在户外强光下,依然可以看得清屏幕所显示的内容。对于这样的一台综合素质较高的手机,reno2的起售价为2999,相对比同价位的机型来讲,reno2无疑具备更强的竞争力。而目前reno2也在全平台开启了预订,感兴趣的用户可以 [详细]

    2020-01-10 19:22:32
  • 推荐一款你欲罢不能的手游!

    游戏简介: 《全民大主宰》是由完美世界(北京)公司精心打造推出的一款2015全新arpg炫酷格斗手游。《全民大主宰》这款手游显然也是考虑到这点,如下图共有四个角色供大家选择。这一点小编还是很看好的 操作:浮空操作,空中吊打各种炫酷各种爆《全民大主宰》操作上沿用动作手游虚拟摇杆+技能键的方式,但是在战斗模式上进行了创新和优化。玩了几关之后,发现《全民大主宰》手游真是将浮空进行到底。 [详细]

    2019-12-25 11:55:46
  • 英媒:俄外交官曾制定帮助阿桑奇逃离英国秘密计划

    [环球网综合报道]英国《卫报》引述消息人士的话报道称,2017中,俄罗斯外交官试图帮助维基解密创始人朱利安阿桑奇逃离厄瓜多尔驻伦敦大使馆。俄罗斯卫星通讯社9月22日报道,该报称,俄罗斯外交官曾制定了一个初步计划,根据该计划,将有人用外交车辆将阿桑奇秘密从厄瓜多尔驻伦敦大使馆运出并帮助他进入另一个国家。文章称,俄罗斯外交官放弃了该计划,认为这样做过于冒险。 [详细]

    2020-01-09 10:53:36
  • 失业别用"Fired",不友好,没礼貌!

    聊天的时候,有些话题很敏感,不友好,有些很沉重,在英文中也是这样,因此会用一些代替的说法,给彼此留出空间,礼貌也委婉,更能体现你的英文水平,快来学!你知道华尔街英语现在推出免费英语课了吗?更多精彩,微信公众号搜索“华尔街英语” [详细]

    2019-12-22 18:34:25
  • 健康交互险的6只拦路虎和3条路

    4月,轻松筹联合众惠相互首发“年轻保”系列产品。此外,王向楠补充到,健康行为涉及较多的个人重要隐私,在当前的数据安全的大环境下,人们不敢传递真实信息。王向楠表示,低成本接触客户和交付产品服务的途径不足。镜鉴:6只“拦路虎”随着技术和法制环境的改善,“基于使用的”健康保险是有前景的。 [详细]

    2020-01-08 13:37:39
  • 山东法院十大破产典型案例:日照铸福实业公司、现代铸业公司合并破产重整 确保残疾职工稳定就业

    并且发布了山东法院办理的十大破产典型案例。2017年8月15日,岚山法院主持召开铸福实业公司、现代铸业公司合并重整第一次债权人会议。6月28日,岚山法院依法裁定批准重整计划草案。7月10日,举行铸福实业公司、现代铸业公司合并重整投资人进场交接仪式,投资人浩宇集团有限公司正式启动生产经营。 [详细]

    2020-01-03 13:25:09
  • 中国经济时报伴我前行

    中国经济时报刊发的许多文章给我的理论研究与教学工作提供了很大帮助,特别是理论版“新视点”以及中国经济时报记者通过深度调研后推出的重磅调研报告和通讯。1994年11月,正是在中国朝着社会主义市场经济体制目标迈进的时代大潮中,中国经济时报应时应运而生。作为中国经济时报的铁杆粉丝,我期待中国经济时报的下一个25年能够实现中英文双语化,全面开启国际化新征程。 [详细]

    2020-01-11 19:22:55
  • 从纹身酗酒到辞职乡下干农活,农村最骚夫妻刷爆朋友圈!

    生完孩子的第五天,本以为开始茄爸茄妈的新篇章,人生中第二次意外却发生了。医生说诱因是妊娠雌激素增高。为了治疗,牛2只能服用以激素为主的药物。2个月后,体重从88斤增加到170斤,彷佛换了一个人。温带季风气候的烟台,是两夫妇最佳的选择。所以,经常在上班族的工作日时间发令人嫉妒的朋友圈...茄爸茄妈对孩子没有“望子成龙”的执念,让他自由地释放天性,而不是照着模板生长。 [详细]

    2019-12-24 16:43:29
  • 决赛对阵出炉!国乒双项晋级争夺冠军,小将单打豪夺10连胜

    本站青少年公开赛,国乒教练组派出13人参赛,其中男单7人,女单6人。女双方面,国乒教练组派出3对组合参赛,最终仅李雨琪冷雨桐成功晋级女双决赛。女双决赛,李雨琪冷雨桐将迎战中国台北女双。男双半决赛,国乒同样是一胜一负。u18女单方面,同样是五人成功晋级女单32强,不过在16强争夺战中,李雨琪将对阵队友李雅可。单打正赛首轮一共64个席位,目前,国乒小将单打已经豪夺10连胜,保持不败。 [详细]

    2019-12-23 08:21:16
  • CBA发布纪录片,揭秘杜锋总决赛用兵如神,何不让他取代李楠?

    姚明上台后对中国男篮推出了设置双国家队的改革,由李楠担任男篮红队主教练,杜锋担任男篮蓝队主教练,两人分别带队打比赛,通过竞争最终选出合并后的国家队主教练,最终李楠击败杜锋当上了中国男篮的主教练。昨天cba公司官方发布《敢梦敢当》的纪录片。看过纪录片后让人惊叹杜锋战术灵活,用兵如神。中国男篮有可能还会参加奥运落选赛,在这个时候如果没有老帅愿意站出来的话,姚明是不是可以考虑让杜锋取代李楠呢? [详细]

    2020-01-04 11:04:08