很多人或許還記得當(dāng)年風(fēng)靡全球的科幻電影《黑客帝國(guó)》,電影中令人驚艷的腦機(jī)接口技術(shù)如今開(kāi)始走進(jìn)現(xiàn)實(shí)。1月30日,Neuralink(神經(jīng)連接公司)創(chuàng)始人埃隆·馬斯克在社交媒體平臺(tái)上宣布,該公司研發(fā)的腦機(jī)接口芯片“心靈感應(yīng)”(Telepathy)首次植入人類(lèi)大腦,植入者恢復(fù)良好,已初步檢測(cè)到預(yù)想中的大腦神經(jīng)元尖峰信號(hào)。雖然這個(gè)結(jié)果只是初步的,還不知道后續(xù)大腦神經(jīng)元的信號(hào)是否能指令肢體活動(dòng),但已足夠吸引眼球。
腦機(jī)接口技術(shù)究竟能給人類(lèi)帶來(lái)什么?在人體試驗(yàn)如愿以?xún)斨螅瑫?huì)不會(huì)打造出“超級(jí)人類(lèi)”,從而引發(fā)不可控的后果?今天我們就來(lái)聊一聊腦機(jī)接口在科技領(lǐng)域引發(fā)的期望與擔(dān)憂(yōu)。
1 腦機(jī)接口技術(shù)主要分兩種
腦(人)機(jī)接口(BCI)也稱(chēng)大腦端口或腦機(jī)融合感知,是把大腦神經(jīng)信號(hào)與外部機(jī)械直接交互起來(lái)的技術(shù)。它分為單向腦機(jī)接口(計(jì)算機(jī)接收大腦傳來(lái)的命令或發(fā)送信號(hào)到大腦,但不能同時(shí)發(fā)送和接收信號(hào))和雙向腦機(jī)接口(允許大腦和外部設(shè)備之間進(jìn)行雙向信息交換,就像人的大腦既發(fā)出行動(dòng)指令,又能感受身體各部位傳達(dá)到大腦的感覺(jué))。
腦機(jī)接口的概念其實(shí)很早就出現(xiàn)了,最先由美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校的計(jì)算機(jī)科學(xué)家雅克·維達(dá)爾在1973年提出。他認(rèn)為,通過(guò)放置在頭皮上的電極可檢測(cè)到大腦發(fā)出的實(shí)時(shí)信號(hào),經(jīng)破譯后能用于控制計(jì)算機(jī)。但是,后來(lái)的生物醫(yī)學(xué)研究人員認(rèn)為,腦機(jī)接口最有可能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是,幫助四肢殘疾和脊髓受損的人重新支配上下肢,以完成各種生理功能。
經(jīng)過(guò)多年反復(fù)驗(yàn)證,研究人員在探索腦機(jī)接口路徑的過(guò)程中形成了兩種技術(shù)路線,一是植入式(侵入式),二是感應(yīng)式(非植入式或非侵入式)。
植入式腦機(jī)接口的優(yōu)勢(shì)是可以獲取高質(zhì)量、高時(shí)空分辨率的神經(jīng)信號(hào),從而獲得精細(xì)的大腦信息,但這種技術(shù)難度高、風(fēng)險(xiǎn)大,屬于腦機(jī)接口領(lǐng)域最硬核的方向。而感應(yīng)式腦機(jī)接口無(wú)需在顱骨開(kāi)孔,是通過(guò)腦電圖、核磁共振等方式獲取神經(jīng)系統(tǒng)信息,這種技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)低,但由于隔著顱骨,只能獲取大范圍腦區(qū)的宏觀活動(dòng),獲取的信息有限。舉例來(lái)說(shuō),感應(yīng)式腦機(jī)接口聽(tīng)見(jiàn)的是合唱,而植入式腦機(jī)接口可以選擇性地聽(tīng)見(jiàn)獨(dú)唱。
此次,馬斯克的神經(jīng)連接公司所做的腦機(jī)接口試驗(yàn)就是典型的植入式。植入手術(shù)需要人類(lèi)外科醫(yī)生和機(jī)器人配合,外科醫(yī)生先在患者的頭骨上切開(kāi)一個(gè)洞,再由手術(shù)機(jī)器人R1將一枚硬幣大小的植入物N1植入患者大腦。除了前期的準(zhǔn)備和開(kāi)顱工作,手術(shù)機(jī)器人將芯片植入大腦的過(guò)程用時(shí)約15分鐘。
植入完成之后,N1內(nèi)的芯片會(huì)把記錄到的大腦信號(hào)即患者的意念(腦電波信號(hào)),無(wú)線傳輸?shù)缴窠?jīng)連接公司的解碼運(yùn)動(dòng)意圖應(yīng)用程序上。應(yīng)用程序?qū)Υ竽X信號(hào)進(jìn)行解碼,再通過(guò)藍(lán)牙控制外部設(shè)備,讓患者去做自己想做的事,如控制鼠標(biāo)和鍵盤(pán)等。
雖然植入式腦機(jī)接口具有更廣闊的技術(shù)前景,但在其取得重要突破之前,感應(yīng)式腦機(jī)接口仍是市場(chǎng)主流。
2 更早更實(shí)用的研究有很多
從嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō),神經(jīng)連接公司此次的試驗(yàn)并非人類(lèi)大腦首次植入腦機(jī)接口芯片。早在2015年,美國(guó)加州理工學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)家理查德·安德森就在一位四肢癱瘓患者的大腦中成功植入了芯片,并通過(guò)芯片傳遞出的信息指揮手端起杯子,喝了一口冰啤酒。
最近幾年,腦機(jī)接口領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)可謂白熱化,有些公司和醫(yī)院的腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用的臨床效果。
2021年,美國(guó)斯坦福大學(xué)的里希納·謝諾伊團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一個(gè)腦機(jī)接口系統(tǒng),可以直接嵌入大腦皮層。通過(guò)這個(gè)植入電極采集大腦運(yùn)動(dòng)皮層的神經(jīng)活動(dòng),再使用遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法解碼出“手寫(xiě)”筆跡,就能將患者大腦中的意念快速轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)屏幕上的文本。
謝諾伊團(tuán)隊(duì)給患者大腦植入芯片,讓患者根據(jù)文本在意念中對(duì)著屏幕“寫(xiě)”字,芯片就會(huì)記錄人在這時(shí)發(fā)出的大腦信號(hào)并傳導(dǎo)到電腦。電腦會(huì)記錄每個(gè)字母在大腦內(nèi)對(duì)應(yīng)的“記憶點(diǎn)”,即腦電波的形態(tài)和峰值,最終,通過(guò)分析轉(zhuǎn)換為文本,在電腦屏幕上顯示出來(lái)。在不斷調(diào)試和優(yōu)化后,參與試驗(yàn)的癱瘓患者用意念“寫(xiě)”字的速度刷新了紀(jì)錄,每分鐘可以寫(xiě)大約90個(gè)字母,準(zhǔn)確率超過(guò)了99%。兩相比較,肢體健全的人用智能手機(jī)每分鐘可打23個(gè)單詞,參與試驗(yàn)的癱瘓患者每分鐘能用意念“寫(xiě)”18個(gè)單詞,這表明后者已經(jīng)可以與前者實(shí)現(xiàn)正常速度的語(yǔ)言交流。與植入大腦芯片無(wú)線連接的電腦是小型電腦,可以外掛在患者的腦后、胸部、背部。
2022年7月6日,在美國(guó)紐約西奈山醫(yī)院,由卡耐基梅隆大學(xué)機(jī)械工程教授韋伯和西奈山康復(fù)創(chuàng)新中心主任普特里諾領(lǐng)導(dǎo)的小組把Synchron公司研發(fā)的一個(gè)長(zhǎng)1.5英寸(3.81厘米)的電子元件stentrode,植入了一位肌萎縮性側(cè)索硬化癥(漸凍癥)患者的腦部血管。此前,該公司在澳大利亞已為4名患者完成了同樣的手術(shù)。醫(yī)生用電線將stentrode和之前已植入患者胸部的設(shè)備相連。stentrode可以讀取腦部神經(jīng)元發(fā)射的信號(hào),而胸口的計(jì)算設(shè)備則放大這些信號(hào),然后通過(guò)藍(lán)牙傳輸給電腦或智能手機(jī),幫助漸凍癥患者用意念上網(wǎng)、發(fā)郵件、發(fā)短信。只不過(guò),目前植入的stentrode和胸部連接的解碼器算法能力有限,不能進(jìn)行整句輸入和翻譯,患者只能在屏幕上逐一挑選字母。
這些研究均表明,在植入式腦機(jī)接口領(lǐng)域,很多公司都比馬斯克的神經(jīng)連接公司做得更早,而且更實(shí)用。
3 中國(guó)領(lǐng)先探索不傷大腦微創(chuàng)技術(shù)
如前文所說(shuō),植入式腦機(jī)接口與感應(yīng)式腦機(jī)接口相比,前者收到的大腦信號(hào)更強(qiáng)烈,因而更容易接收并將大腦信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī),指揮機(jī)械臂、機(jī)械手或橡膠手做出動(dòng)作,如吃飯、行走、寫(xiě)作(敲擊鍵盤(pán))等。不過(guò),植入式腦機(jī)接口最大的短板是,可能對(duì)人造成傷害。
有消息披露,在人體試驗(yàn)之前,馬斯克的神經(jīng)連接公司對(duì)動(dòng)物試驗(yàn)?zāi)X機(jī)接口芯片造成了1500只動(dòng)物死亡。2022年2月,美國(guó)醫(yī)師醫(yī)藥責(zé)任協(xié)會(huì)指控神經(jīng)連接公司和加州大學(xué)戴維斯分校在2018年至2020年間對(duì)23只猴子進(jìn)行侵入性和致命的大腦試驗(yàn),違反了美國(guó)《聯(lián)邦動(dòng)物福利法》。
盡管這一指控最后不了了之,但引發(fā)了人們對(duì)植入式腦機(jī)接口安全性的較大擔(dān)憂(yōu)。在這種形勢(shì)下,一種新的方式產(chǎn)生了——位于植入式與感應(yīng)式之間的微創(chuàng)植入式腦機(jī)接口,它既能有效收集大腦信號(hào),又不會(huì)傷害大腦。在微創(chuàng)植入式腦機(jī)接口領(lǐng)域,中國(guó)研究人員走在了前列。
2023年10月24日,清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院洪波教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)的無(wú)線微創(chuàng)植入腦機(jī)接口NEO,在宣武醫(yī)院進(jìn)行了首例臨床植入試驗(yàn)。2024年1月29日,聯(lián)合團(tuán)隊(duì)宣布首例患者腦機(jī)接口康復(fù)取得突破性進(jìn)展。
腦機(jī)接口NEO是一個(gè)系統(tǒng),分體內(nèi)和體外兩部分,通過(guò)微創(chuàng)手術(shù)將體內(nèi)機(jī)(僅兩枚硬幣大?。┞裨陲B骨內(nèi),電極覆蓋在硬膜外(硬膜位于顱骨和大腦皮層之間),能夠保護(hù)神經(jīng)組織,又不損傷大腦細(xì)胞。首例植入的患者因車(chē)禍引起頸椎處脊髓完全性損傷,四肢癱瘓已14年。芯片植入后,成功采集到了患者感覺(jué)運(yùn)動(dòng)腦區(qū)神經(jīng)信號(hào)。患者于術(shù)后10天出院回家,在家中,體外機(jī)隔著患者頭皮給體內(nèi)機(jī)供電,并將接收到的腦內(nèi)神經(jīng)信號(hào)傳送到電腦或手機(jī)上,再由APP借助解碼算法實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口通信。NEO系統(tǒng)采用了近場(chǎng)無(wú)線供電和通信技術(shù),植入顱骨的體內(nèi)機(jī)無(wú)需電池,因此也能防止電池的老化損害大腦,而且,體外充電可以讓患者終生使用體內(nèi)機(jī)。經(jīng)過(guò)3個(gè)月的腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練,患者成功通過(guò)腦電活動(dòng)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)手套,自己喝水,氣動(dòng)手套接收大腦抓握指令的解碼準(zhǔn)確率超過(guò)90%。
緊隨宣武醫(yī)院之后,腦機(jī)接口NEO第二例脊髓損傷患者植入手術(shù)于2023年12月19日在天壇醫(yī)院成功實(shí)施,目前患者正在居家康復(fù)訓(xùn)練中。這項(xiàng)無(wú)線微創(chuàng)腦機(jī)接口的臨床試驗(yàn)也分別通過(guò)了宣武醫(yī)院、天壇醫(yī)院倫理審查,并進(jìn)行了國(guó)際和國(guó)內(nèi)植入醫(yī)療器械臨床試驗(yàn)注冊(cè)。
4 “半人半機(jī)器人”是野心還是科學(xué)
從深遠(yuǎn)角度看,腦機(jī)接口是腦科學(xué)研究的一種,在人的大腦中植入芯片首先是為了治療疾病。治療疾病具體可以分為幾類(lèi):一是幫助殘疾人獲得正常的生理功能和生活能力;二是幫助殘疾人學(xué)習(xí),如翻書(shū)和寫(xiě)文章;三是治療大腦中因神經(jīng)遞質(zhì)的產(chǎn)生和輸送困難而導(dǎo)致的各種神經(jīng)精神疾病。
在幫助殘疾人方面,腦機(jī)接口可以把大腦的意念和思維(表現(xiàn)為大腦的生物電信號(hào))傳遞給計(jì)算機(jī),再由計(jì)算機(jī)解碼大腦信號(hào),傳遞給假肢或機(jī)械臂、機(jī)械腳,以完成吃飯、喝水、走路等正常生理功能,甚至從事輕量級(jí)的運(yùn)動(dòng)。
很多疾病都是由于大腦神經(jīng)元受損造成的,大腦受損后,一些信息不容易傳遞到四肢,同時(shí)可能損害大腦中樞內(nèi)的神經(jīng)遞質(zhì)傳遞,導(dǎo)致思維混亂。所以,如果通過(guò)大腦芯片能補(bǔ)充和增強(qiáng)大腦信息傳輸,就可以治療大腦疾病,包括卒中、藥物成癮、帕金森病、癲癇、自閉癥、漸凍癥,以及因大腦、脊髓損傷而導(dǎo)致的癱瘓和行動(dòng)不便等。
腦機(jī)接口還可能有更多的用途。馬斯克和一些人提出,可以創(chuàng)造腦機(jī)相融的半人半機(jī)器人,通過(guò)對(duì)大腦植入芯片,創(chuàng)造出一批記憶增強(qiáng)、靈魂永生、行動(dòng)能力超強(qiáng)的超級(jí)人類(lèi),或者通過(guò)大腦植入物操控任何設(shè)備以及讓人類(lèi)與人工智能實(shí)現(xiàn)某種共生。
然而,腦機(jī)接口無(wú)論是用于治療疾病,還是創(chuàng)造半人半機(jī)器的“超人”,都需要倫理的規(guī)范和制約。在治療上的倫理難題是,如果植入式腦機(jī)接口傷害到人該如何處置?腦機(jī)接口研究要遵循醫(yī)學(xué)上先從動(dòng)物試驗(yàn)再到人體試驗(yàn)的原則,并且要通過(guò)倫理委員會(huì)的審查,需要明確證明這種技術(shù)和設(shè)備為患者帶來(lái)的益處要明顯大于弊處。因此,中國(guó)的腦機(jī)接口NEO開(kāi)展的兩個(gè)手術(shù)都經(jīng)過(guò)了醫(yī)院的倫理審查和批準(zhǔn)。
而對(duì)于創(chuàng)造半人半機(jī)器的“超人”的研究,更需要進(jìn)行倫理審查和制定規(guī)范,否則只是為了滿(mǎn)足野心,而不能成為真正的科學(xué)。如果無(wú)法控制那些具有超強(qiáng)記憶力、學(xué)習(xí)能力、反應(yīng)能力、感官知覺(jué)的“超人”,很有可能給整個(gè)人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)災(zāi)難。雖然這只是一種假設(shè),但提前做好心理和制度準(zhǔn)備非常重要,就像人類(lèi)必須為人工智能的發(fā)展制定倫理規(guī)范一樣。
2023年12月,中國(guó)國(guó)家科技倫理委員會(huì)人工智能倫理分委員會(huì)研究編制了《腦機(jī)接口研究倫理指引》,生命科學(xué)倫理分委員會(huì)研究編制了《人-非人動(dòng)物嵌合體研究倫理指引》,供相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和科研人員參考使用。由此可見(jiàn),新科技的發(fā)展不能不受控制、不顧一切,腦機(jī)接口技術(shù)必須審慎推進(jìn),最大可能地預(yù)防和規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)家加強(qiáng)對(duì)腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展的監(jiān)管,社會(huì)加強(qiáng)對(duì)其科技風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)督和關(guān)注,顯得尤為重要??傊?,腦機(jī)接口技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展,不能被無(wú)所顧忌的激進(jìn)研究者和公司所左右,而應(yīng)以提高人類(lèi)福祉為最高目標(biāo),走上正確道路。
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