圖片來(lái)源：圖蟲(chóng)創(chuàng)意
5月25日，馬斯克旗下的腦機(jī)接口公司Neuralink宣布，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的交涉，它終于獲得了美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，簡(jiǎn)稱(chēng)FDA）的批準(zhǔn)，馬上會(huì)啟動(dòng)其首個(gè)人體實(shí)驗(yàn)。這意味著，該公司將腦機(jī)接口技術(shù)商業(yè)化的進(jìn)程會(huì)進(jìn)入加速階段。
多年前，馬斯克就對(duì)腦機(jī)接口技術(shù)非�？春�，認(rèn)為它會(huì)在改進(jìn)人機(jī)交互體驗(yàn)、幫助人們治療某些神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面具有很大的潛力。2016年，他出資成立了Neuralink公司，致力于腦機(jī)接口技術(shù)的研究及其商業(yè)化。
當(dāng)時(shí)，馬斯克天馬行空的想法還總是讓人覺(jué)得不切實(shí)際，用腦機(jī)接口來(lái)改變世界的想法也就很自然地被人們認(rèn)為是他吹過(guò)的牛皮當(dāng)中的一個(gè)，并沒(méi)有引起多少反響。
但后來(lái)，馬斯克用實(shí)際行動(dòng)證明，他是認(rèn)真的。隨后的幾年中，Neuralink每隔一段時(shí)間就會(huì)發(fā)布重大的研究成果：2019 年，Neuralink推出了第一個(gè)侵入式腦機(jī)接口設(shè)備，該設(shè)備將 1024 根電極線(xiàn)植入到大腦的某塊區(qū)域，采集大腦活動(dòng)的電信號(hào)，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)姆绞綄⑿盘?hào)傳導(dǎo)到終端設(shè)備；2020年，Neuralink 公布了一款硬幣大孝電池供電的 N1 芯片，并將其植入豬的大腦，成功采集了其大腦的電生理信號(hào)；2021年，Neuralink展示了將電極植入猴子的大腦，并讓猴子玩“Mind Pong”游戲的錄像�？梢哉f(shuō)，幾乎每一次成果的展示都讓人感到巨大的震撼。
在進(jìn)行了大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)之后，Neuralink希望進(jìn)一步啟動(dòng)人體實(shí)驗(yàn)。去年11月，馬斯克就曾向外界透露，已經(jīng)向FDA方面提交了申請(qǐng)，如果申請(qǐng)?jiān)诖杭镜玫脚鷾?zhǔn)，那么第一次人體實(shí)驗(yàn)將在6個(gè)月內(nèi)啟動(dòng)。今年3月，F(xiàn)DA曾以“安全風(fēng)險(xiǎn)過(guò)大”為由否決了Neuralink的申請(qǐng)。而現(xiàn)在Neuralink被放行，可以想象，這個(gè)行業(yè)將會(huì)在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)迎來(lái)巨大的變化。
腦機(jī)接口技術(shù)究竟是什么？它為什么能讓馬斯克如此癡迷？在這一領(lǐng)域，有哪些技術(shù)方案，它們各有什么特點(diǎn)，又都存在著怎樣的問(wèn)題？腦機(jī)接口的發(fā)展究竟能帶來(lái)哪些機(jī)遇，又存在著哪些問(wèn)題？關(guān)于這些問(wèn)題，且讓我們一一說(shuō)來(lái)。
腦機(jī)接口簡(jiǎn)史
所謂“腦機(jī)接口”（Brain-Machine Interface，簡(jiǎn)稱(chēng)BMI；Brain-Computer Interface，簡(jiǎn)稱(chēng)BCI），顧名思義，就是指在人或動(dòng)物大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接接口，其目的是用來(lái)實(shí)現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。這里所謂的“直接”，指的是不依賴(lài)于正常的由外圍神經(jīng)和肌肉組成的輸出通路，實(shí)現(xiàn)“腦”和“機(jī)”之間的直通。
探索大腦的歷程
腦機(jī)接口技術(shù)的靈感是伴隨著人類(lèi)對(duì)于大腦功能的探索而產(chǎn)生的。
最初，人們并沒(méi)有認(rèn)識(shí)大腦的特殊性，更沒(méi)有認(rèn)識(shí)到其具有思維的功能。例如，古埃及人就認(rèn)為，大腦這團(tuán)丑陋的白肉只是“顱骨的填充物”，而亞里士多德則認(rèn)為大腦其實(shí)是血液的冷卻機(jī)。
直到公元162年左右，古羅馬學(xué)者蓋倫才開(kāi)始猜測(cè)大腦而非以前所認(rèn)為的心臟是人類(lèi)思維的主要器官。他指出，大腦會(huì)產(chǎn)生一種神秘的“精氣”，這種看不見(jiàn)摸不著的東西會(huì)周游全身，并控制各個(gè)器官的行動(dòng)。在當(dāng)時(shí)人們的眼中，蓋倫的觀(guān)點(diǎn)就是典型的離經(jīng)叛道。但在數(shù)百年后，人類(lèi)歷史進(jìn)入啟蒙時(shí)代后，卻有越來(lái)越多的智者開(kāi)始接受蓋倫的觀(guān)點(diǎn)，其中典型的代表就包括大哲學(xué)家笛卡爾。
后來(lái)，隨著物理學(xué)的發(fā)展，人們開(kāi)始對(duì)電有了初步的認(rèn)識(shí)。于是就有人猜測(cè)，蓋倫所講的“精氣”會(huì)不會(huì)就是一種生物電呢？對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家們用實(shí)驗(yàn)給出了答案。18世紀(jì)末，以伽伐尼、伏打?yàn)榇淼囊慌獯罄茖W(xué)家嘗試用電去刺激青蛙，從而控制青蛙的肢體反應(yīng)。通過(guò)這種方法，他們證明了電確實(shí)可以扮演蓋倫所說(shuō)的“精氣”的角色，對(duì)動(dòng)物的肢體進(jìn)行控制。不過(guò)，生物電究竟是在人體內(nèi)沿著怎樣的路徑、通過(guò)怎樣的方法進(jìn)行傳播依然是一個(gè)謎。
19世紀(jì)，細(xì)胞學(xué)說(shuō)開(kāi)始普及。借助顯微鏡等工具，人們開(kāi)始對(duì)生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀(guān)察。當(dāng)人們觀(guān)測(cè)到腦部的神經(jīng)細(xì)胞時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)了一些不同：在身體的其他地方，細(xì)胞都是以細(xì)胞膜為邊界的離散單位，但大腦中的細(xì)胞卻似乎都帶著一根長(zhǎng)長(zhǎng)的纖維。這些纖維會(huì)延伸到身體的各個(gè)部分，并彼此交錯(cuò)，構(gòu)成一張網(wǎng)絡(luò)。這就產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題：這個(gè)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)整體，還是由一個(gè)個(gè)獨(dú)立的細(xì)胞構(gòu)成？
解開(kāi)這個(gè)謎題的是西班牙醫(yī)學(xué)家兼藝術(shù)家圣地亞哥拉蒙卡哈爾（Santiago Ramóny Cajal）。1888年，他用一種被稱(chēng)為“高爾基染色法”的方法對(duì)神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行了染色，通過(guò)對(duì)染色后的圖形進(jìn)行觀(guān)察，他發(fā)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并不是一個(gè)整體，而是由一個(gè)個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞組合而成的（注：有意思的是，“高爾基染色法”的發(fā)明者卡米洛高爾基（Camillo Golgi）卻認(rèn)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)整體。1906年，這位和卡哈爾在觀(guān)點(diǎn)上截然對(duì)立的學(xué)者和卡哈爾一起因在神經(jīng)領(lǐng)域的研究而分享了當(dāng)年的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)）。
不久之后，德國(guó)解剖學(xué)家威廉馮瓦爾德耶（Whilhelm von Waldeyer）總結(jié)了卡哈爾以及其他的一些貢獻(xiàn)，并正式將神經(jīng)細(xì)胞命名為了“神經(jīng)元”（neuron）。
現(xiàn)在，借助于更為先進(jìn)的觀(guān)察設(shè)備，我們已經(jīng)可以十分清楚地看清楚神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)：每一個(gè)神經(jīng)元都由“胞體”和“胞突”構(gòu)成。其中，胞突有長(zhǎng)有短，長(zhǎng)的被稱(chēng)為軸突（axon），短的被稱(chēng)為樹(shù)突（dendrite）�？ü栐谟^(guān)測(cè)到了神經(jīng)元的形狀后就曾經(jīng)猜測(cè)，這些“胞突”結(jié)構(gòu)很可能是為神經(jīng)元之間傳遞信息的一種結(jié)構(gòu)：其中軸突就好像電報(bào)線(xiàn)，來(lái)完成不同神經(jīng)元之間的信息傳遞，而樹(shù)突則主要充當(dāng)接收器的角色。有了這種結(jié)構(gòu)，生物電，或者“精氣”就可以在不同的神經(jīng)元之間進(jìn)行傳遞。雖然在當(dāng)時(shí)，卡哈爾的以上猜測(cè)完全是一種基于直覺(jué)的判斷，但后來(lái)的研究證明，他的這些猜想基本是正確的。
具體來(lái)說(shuō)，神經(jīng)元類(lèi)似于一個(gè)裝有液體但卻有漏洞的袋子，它的細(xì)胞膜由磷脂雙分子層構(gòu)成，可以選擇性地讓一些離子通過(guò)。在自然條件下，神經(jīng)元存在于水介質(zhì)當(dāng)中，其內(nèi)外的各種離子濃度是不同的，而這種濃度的差異就造成了細(xì)胞膜內(nèi)外電勢(shì)差的存在。當(dāng)神經(jīng)元接收到某個(gè)足夠強(qiáng)的生物電信號(hào)后，鈉離子的通道就會(huì)被打開(kāi)，細(xì)胞膜外的鈉離子就會(huì)迅速流入細(xì)胞，這時(shí)細(xì)胞膜點(diǎn)位就會(huì)迅速上升，直到上升到一定的程度，鉀離子的通道被打開(kāi)，鉀離子流出細(xì)胞，細(xì)胞膜的電位才會(huì)下降。這種膜電位先上升后下降的過(guò)程就被稱(chēng)為“鋒電位”（spike potential）。鋒電位會(huì)首先發(fā)生在胞體和軸突的連接點(diǎn)附近，然后隨著軸突向其他神經(jīng)元傳播，而其他神經(jīng)元?jiǎng)t可以通過(guò)樹(shù)突來(lái)接收這一切。通過(guò)這種方法，由神經(jīng)元組成的網(wǎng)絡(luò)就扮演起了生物電在人體內(nèi)的通路的角色，各種刺激產(chǎn)生的信息以及大腦的各種指令，也就可以沿著這個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳播了。
腦機(jī)接口的發(fā)展
在對(duì)以上原理有了了解后，很多新問(wèn)題隨之出現(xiàn)。首先，既然人體內(nèi)的信息傳遞從根本上講就是生物電沿著神經(jīng)元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)的傳導(dǎo)，那么人們是否可以通過(guò)某些方法來(lái)測(cè)量或者捕捉這些信息呢？其次，人們是否可以用某些方法來(lái)代替以上這種信息傳導(dǎo)模式，從而找到一套對(duì)身體控制的新方法？更進(jìn)一步的，是否可以找到某種方法，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和外部的網(wǎng)絡(luò)相連通，這樣一來(lái)，人們就可以直接通過(guò)思想或意念來(lái)控制某些外部的器物了。關(guān)于這些問(wèn)題的探索，就構(gòu)成了后來(lái)腦機(jī)接口這個(gè)領(lǐng)域的主要探索內(nèi)容。
關(guān)于以上這些議題的最初探索可能可以追溯到1924年漢斯伯格（Hans Berger）關(guān)于腦電圖（Electroencephalography，簡(jiǎn)稱(chēng)EEG）的研究。如前所述，信息在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之間的傳遞從本質(zhì)上講是神經(jīng)元的鋒電位通過(guò)神經(jīng)突觸進(jìn)行的傳導(dǎo)，因而從理論上講，人們通過(guò)設(shè)備是可以測(cè)量出由此產(chǎn)生的電活動(dòng)的。根據(jù)這一點(diǎn)，伯格將銀線(xiàn)插入了病人的頭皮（后來(lái)改為用銀箔貼在患者頭皮），然后將導(dǎo)線(xiàn)連接到了測(cè)量?jī)x器。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)病人進(jìn)行思考活動(dòng)或者有了某些情緒變化時(shí)，儀器上顯示的電壓就會(huì)變化。雖然，由于儀器精度的限制，伯格的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不精確，但他至少證明了腦內(nèi)信息傳導(dǎo)的電本質(zhì)，并為后來(lái)的研究奠定了基矗
在伯格之后，學(xué)者們用腦電圖進(jìn)行了很多的研究。其中非常有意思的一個(gè)研究（或者更確切的說(shuō)是表演）來(lái)自于美國(guó)作曲家阿爾文盧西爾（Alvin Lucier）。1965年，他戴上了一個(gè)測(cè)量腦電圖的頭盔，并將頭盔和濾波器、放大器和混音板等設(shè)備連接，從而構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)單的腦內(nèi)外連接網(wǎng)絡(luò)。借助這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，盧西爾用自己的腦活動(dòng)所產(chǎn)生的電流成功地控制了設(shè)備，并模擬出了打擊樂(lè)的效果�，F(xiàn)在，人們依然可以在Youtube上看到這段名為《獨(dú)奏者的音樂(lè)》（Music for Solo Performer）的表演。
1969年，華盛頓大學(xué)的研究員埃伯哈德費(fèi)茲（Eberhard Fetz）在猴子身上做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)。他將猴子大腦中的一個(gè)神經(jīng)元和一個(gè)儀表盤(pán)連接到了一起。這樣，猴子就可以通過(guò)某種思考來(lái)觸發(fā)神經(jīng)元，從而讓儀表盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。每當(dāng)儀表盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，猴子就會(huì)得到食物作為獎(jiǎng)勵(lì)。通過(guò)幾次學(xué)習(xí)，猴子就學(xué)會(huì)了這個(gè)游戲，并學(xué)會(huì)了用動(dòng)腦來(lái)控制儀表盤(pán)。雖然從表演效果上看，這個(gè)猴子實(shí)驗(yàn)可能并不如Neuralink所展示的猴子用意念打“Mind Pong”的視頻，但其背后的技術(shù)原理卻是共通的。
隨著人們對(duì)于腦機(jī)接口的探索逐漸增多，其潛在的價(jià)值開(kāi)始越來(lái)越多地顯露出來(lái)，從而其本身成為一個(gè)獨(dú)立研究領(lǐng)域的條件也業(yè)已成熟。1970年，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）開(kāi)始組建研究團(tuán)隊(duì)，對(duì)腦機(jī)接口的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究。1973年，加州大學(xué)洛杉磯分校教授雅克維達(dá)爾（Jacques Vidal）發(fā)表了一篇名為《論直接的腦機(jī)交流》（Toward Direct Brain-Computer Communication）的論文，并在其中正式提出了“腦機(jī)接口”的概念和定義。由此，腦機(jī)接口正式成為了一個(gè)獨(dú)立的研究領(lǐng)域。自此之后，各種關(guān)于腦機(jī)接口的研究就如雨后春筍一樣地出現(xiàn)了，其中自然也不乏一些“瘋狂”的研究。
在回顧相關(guān)研究時(shí)，我們難以回避的一個(gè)名字是菲爾肯尼迪（Phil Kennedy）。從上世紀(jì)70年代，也就是腦機(jī)接口這個(gè)領(lǐng)域剛剛出現(xiàn)起，肯尼迪就一直致力于相關(guān)問(wèn)題的研究，并為此做出過(guò)很多卓越的貢獻(xiàn)。比如，上世紀(jì)90年代，他就嘗試將侵入式腦機(jī)接口植入了一位癱瘓病人的大腦，從而讓他實(shí)現(xiàn)了用意念來(lái)打字交流。當(dāng)時(shí)，媒體曾經(jīng)對(duì)其進(jìn)行過(guò)專(zhuān)門(mén)的報(bào)道，并將其奉為“賽博格之父”（注：賽博格是英文Cyborg的音譯，意味半機(jī)器人）。
從很早開(kāi)始，肯尼迪就在為一個(gè)問(wèn)題而煩惱：為了提升對(duì)腦內(nèi)信號(hào)的接收效率，有時(shí)科學(xué)家們不得不將電極植入腦內(nèi)。但是，一方面這些電極很容易在體內(nèi)發(fā)生游離，另一方金屬制的電極很容易碰傷細(xì)胞，最后可能整個(gè)黏在疤痕組織上。無(wú)論是哪一種情況發(fā)生，設(shè)備的效率都會(huì)受到很大的影響。這意味著，為了維持設(shè)備的使用效率，植入芯片的患者可能面臨不斷的手術(shù)。針對(duì)這些問(wèn)題，肯尼迪研究了多年，并在2014年發(fā)明了一款“親神經(jīng)電極”（Neurotrophic electrode）。從理論上講，這款電極可以很好地克服舊有電極的問(wèn)題，因而可以避免多次手術(shù)的麻煩。但問(wèn)題是，在肯尼迪發(fā)明了“親神經(jīng)電極”后，卻因?yàn)榻?jīng)費(fèi)缺乏而無(wú)法找人來(lái)進(jìn)行人體實(shí)驗(yàn)。
為了驗(yàn)證自己發(fā)明的可靠性，當(dāng)時(shí)已經(jīng)66歲的肯尼迪一不做、二不休，干脆讓人鋸開(kāi)了自己的頭蓋骨，將“親神經(jīng)電極”植入了自己的腦內(nèi)。由于年事已高，所以手術(shù)后的肯尼迪甚至短暫地產(chǎn)生了意識(shí)和記憶障礙，但幸運(yùn)的是，后來(lái)的實(shí)踐表明，這次“腦洞大開(kāi)”的實(shí)驗(yàn)是有價(jià)值的，“親神經(jīng)電極”確實(shí)比以往的電極表現(xiàn)出了更好的性狀。這意味著，這項(xiàng)瘋狂的發(fā)明將有可能為大量因病而癱瘓或者有行動(dòng)障礙的患者帶來(lái)更好的康復(fù)條件。
雖然并不是每一個(gè)腦機(jī)接口領(lǐng)域的專(zhuān)家都會(huì)和肯尼迪一樣對(duì)自己下得去狠手，但在旁人看來(lái)，他們的各種實(shí)驗(yàn)也大多可以用瘋狂來(lái)形容。不過(guò)，恰恰是這些看似瘋狂的研究，讓窺探大腦行為、直接溝通腦和機(jī)器的想法逐漸從科幻走入了現(xiàn)實(shí)�；蛟S，這就是瘋狂的科學(xué)家們帶給世界的禮物吧。
腦機(jī)接口的主要技術(shù)
從功能上看，腦機(jī)接口設(shè)備主要要解決兩個(gè)問(wèn)題：一是接收神經(jīng)元發(fā)送的信號(hào)，并由此推斷出其中包含的信息。根據(jù)需要，人們可以對(duì)這些信息再編碼并進(jìn)行輸出（例如像盧西爾那樣操控樂(lè)器，或者對(duì)機(jī)器進(jìn)行控制）。二是對(duì)神經(jīng)元進(jìn)行刺激，從而通過(guò)神經(jīng)元來(lái)影響身體某些部位的行動(dòng)。這兩種任務(wù)都可以通過(guò)不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不同方式在實(shí)現(xiàn)效率上存在著很大的差異。
目前，人們通常會(huì)把腦機(jī)接口技術(shù)按照其是否需要侵入大腦，以及侵入的程度分為非侵入式、侵入式，以及半侵入式三類(lèi)。
（1）非侵入式技術(shù)。非侵入式技術(shù)無(wú)需通過(guò)侵入大腦，只需通過(guò)穿戴設(shè)備來(lái)對(duì)大腦信息進(jìn)行記錄、解讀，以及對(duì)神經(jīng)元進(jìn)行刺激。
前面說(shuō)到的阿爾文盧西爾用來(lái)控制樂(lè)器的腦電圖（EEG）設(shè)備就是一種早期實(shí)驗(yàn)中常用的非侵入設(shè)備，它主要依靠貼在頭皮的電極來(lái)讀取神經(jīng)元的鋒電位。這種設(shè)備的缺陷也是非常明顯的。比如，設(shè)備的監(jiān)測(cè)精度較低，因而對(duì)和頭皮關(guān)系不大的電流，以及大腦中電流起源的深度等信息都很難監(jiān)測(cè)。
和腦電圖類(lèi)似的一種非侵入設(shè)備是腦磁圖（Magnetoencephalography，簡(jiǎn)稱(chēng)MEG），也是用設(shè)備來(lái)對(duì)神經(jīng)元內(nèi)的電活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。和腦電圖不同的是，它監(jiān)測(cè)的主要是電活動(dòng)帶來(lái)的磁場(chǎng)變化，而不是電流變化。
另外，除了通過(guò)直接監(jiān)測(cè)神經(jīng)元電活動(dòng)的儀器外，還有一類(lèi)非侵入式儀器是通過(guò)神經(jīng)元活動(dòng)對(duì)周?chē)顒?dòng)產(chǎn)生的影響來(lái)推斷神經(jīng)元的活動(dòng)，其中典型的代表就包括功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，簡(jiǎn)稱(chēng)fMRI）和功能性近紅外成像（functional near infrared，簡(jiǎn)稱(chēng)fNIR）。它們的工作原理都是根據(jù)神經(jīng)元的電活動(dòng)產(chǎn)生的周邊血流量變化來(lái)推斷神經(jīng)元本身的活動(dòng)。相比于直接觀(guān)測(cè)神經(jīng)元電活動(dòng)的腦電圖和腦磁圖，這類(lèi)設(shè)備的空間分辨率更高，但時(shí)間分辨率會(huì)差一些，也就是說(shuō)它們可以更為清晰地刻畫(huà)腦部各區(qū)域的活動(dòng)狀況，但在記錄的時(shí)間精度上要略微遜色一些。
再看負(fù)責(zé)刺激神經(jīng)元的非侵入設(shè)備。目前，比較常用的設(shè)備包括經(jīng)顱磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation，簡(jiǎn)稱(chēng)TMS）和經(jīng)顱超聲（Transcranial Doppler Ultrasound，簡(jiǎn)稱(chēng)TCD）。其中前者是通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)刺激神經(jīng)元，后者則是借助于超聲波。這兩種設(shè)備都可以在不開(kāi)顱的狀況下，對(duì)腦內(nèi)的神經(jīng)元直接進(jìn)行刺激，從而達(dá)到干預(yù)其行為的效果。（2）侵入式技術(shù)。所謂侵入式技術(shù)，就是指通過(guò)手術(shù)等方式直接將電極（可以是單細(xì)胞電極，也可以是多電極陣列）植入到大腦皮層，以此來(lái)觀(guān)察和控制神經(jīng)元活動(dòng)的技術(shù)。
從觀(guān)察神經(jīng)元活動(dòng)的原理看，這一類(lèi)技術(shù)其實(shí)是和腦電圖類(lèi)似的，都是通過(guò)測(cè)量鋒電位來(lái)達(dá)到這一目的。所不同的是，侵入式技術(shù)可以避開(kāi)顱骨和腦皮層的干擾，因而在對(duì)信息的獲取上要遠(yuǎn)為精確。反過(guò)來(lái)，用侵入大腦的電極來(lái)對(duì)神經(jīng)元進(jìn)行刺激的做法也是更為直接的，它可以比非侵入式方法產(chǎn)生更為明顯的效果。
當(dāng)然，侵入式技術(shù)的代價(jià)也是明顯的：通過(guò)開(kāi)顱植入電極具有巨大的風(fēng)險(xiǎn)，而且由于異物侵入，還可能會(huì)引發(fā)免疫反應(yīng)和疤痕組織，從而導(dǎo)致電極信號(hào)質(zhì)量衰退甚至消失。雖然經(jīng)過(guò)菲爾肯尼迪等一批科學(xué)家的努力，人們已經(jīng)在這些問(wèn)題上取得了較大的突破，但從總體上看，侵入式技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)和成本依然是不可忽略的。
（3）半侵入式技術(shù)。所謂半侵入式技術(shù)，即將腦機(jī)接口設(shè)備植入顱腔，但放在大腦之外。目前，比較有代表性的一類(lèi)半侵入式技術(shù)是皮質(zhì)腦電圖（Electrocorticography，簡(jiǎn)稱(chēng)ECoG）。這種技術(shù)通過(guò)開(kāi)顱手術(shù)將電極放置到大腦表面，一般來(lái)說(shuō)，電極的材質(zhì)會(huì)有較大的柔性，因而不會(huì)對(duì)大腦的正�；顒�(dòng)產(chǎn)生更多的干擾。借助于這些植入的電極，人們就可以對(duì)神經(jīng)元活動(dòng)進(jìn)行觀(guān)測(cè)和干預(yù)。
相比于侵入式技術(shù)和非侵入式技術(shù)，半侵入式技術(shù)是一個(gè)折中：一方面，相比于非侵入性技術(shù)，它可以避免顱骨帶來(lái)的干擾，因而在性能上更佳；另一方面，它也能比侵入性技術(shù)對(duì)大腦造成更小的損傷。
通過(guò)以上分析，我們可以看到，侵入式和非侵入式腦機(jī)接口技術(shù)各有其利弊。人們?cè)谶x擇使用何種技術(shù)時(shí)，必須在設(shè)備的性能和安全性之間進(jìn)行權(quán)衡�，F(xiàn)在不同的企業(yè)和機(jī)構(gòu)正在根據(jù)自己的需要選擇不同的技術(shù)路徑。
比如，Neuralink選擇的是一種侵入式的路徑，他們嘗試的是把芯片植入腦內(nèi)，其能力已經(jīng)有目共睹，不過(guò)，到目前為止，其安全性依然存疑。盡管從Neuralink官方給出的資料看，完成芯片植入的整個(gè)手術(shù)過(guò)程只需要短短的十五分鐘，且對(duì)于植入者的創(chuàng)傷極校但是，究竟其在開(kāi)顱手術(shù)后的安全性究竟如何，依然是不確定的。據(jù)報(bào)道，在接受了Neuralink芯片植入的23只猴子中，已經(jīng)有15只死亡。如果這個(gè)數(shù)字屬實(shí)，那么人們似乎很難相信這種芯片的植入是已經(jīng)安全的。
相比于Neuralink，臉書(shū)等其他企業(yè)出于安全考慮，更多地采用了非侵入性的路徑，試圖通過(guò)頭盔、腕表等穿戴式設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)腦機(jī)對(duì)接。剛剛上市的蘋(píng)果VisionPro中也有非侵入腦機(jī)接口設(shè)備。應(yīng)該說(shuō)，現(xiàn)在這一路徑取得的成績(jī)也是顯著的。比如，不久前由臉書(shū)贊助的加州大學(xué)舊金山分校團(tuán)隊(duì)就用非侵入式腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)了從腦活動(dòng)讀取內(nèi)容，并轉(zhuǎn)化為文本的實(shí)驗(yàn)，從而讓“意念打字”成為了現(xiàn)實(shí)。由這個(gè)例子可以看到，盡管理論上非侵入式技術(shù)在工作效率上要低于侵入式技術(shù)，但隨著技術(shù)的發(fā)展，其前途依然是十分巨大的。
腦機(jī)接口的應(yīng)用場(chǎng)景
是什么原因讓腦機(jī)接口技術(shù)有如此的魅力，讓馬斯克、扎克伯格等業(yè)界大佬都決心在這個(gè)領(lǐng)域投入大量的資源呢？其主要原因還是其巨大的潛在應(yīng)用場(chǎng)景。具體來(lái)說(shuō)，如下幾個(gè)方面的應(yīng)用場(chǎng)景是十分值得期待的
第一個(gè)場(chǎng)景是幫助殘障人士以及行為障礙者進(jìn)行康復(fù)。在現(xiàn)實(shí)中，有大量的人具有各種各樣的殘疾，或因中風(fēng)、癲癇等疾病而行動(dòng)不便。針對(duì)這一部分人，腦機(jī)接口技術(shù)可以幫助他們更好地控制身體或者義肢，從而達(dá)到幫助他們康復(fù)的目的。
事實(shí)上，在實(shí)踐當(dāng)中，人們很早就將腦機(jī)接口技術(shù)用于這一用途。比如，幫助聽(tīng)障人士恢復(fù)聽(tīng)力的人工耳蝸其實(shí)就是一種非常成熟和普及的腦機(jī)接口設(shè)備，只不過(guò)由于它過(guò)于常見(jiàn)，所以常常不被人們和具有科幻色彩的腦機(jī)接口聯(lián)系在一起。很多時(shí)候，人們的聽(tīng)力障礙其實(shí)是大腦聽(tīng)覺(jué)區(qū)域與耳朵相連的神經(jīng)通路出現(xiàn)了問(wèn)題，而人工耳蝸就是一個(gè)外接機(jī)器，它能將接收到的外界聲音轉(zhuǎn)為電信號(hào)，并將它進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳導(dǎo)到大腦聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)。這樣一來(lái)，腦、耳之間損壞的神經(jīng)通路就得到了恢復(fù)，患者的聽(tīng)力也就可以恢復(fù)正常了。
當(dāng)然，現(xiàn)在腦機(jī)接口的應(yīng)用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人工耳蝸的程度�？茖W(xué)家們正在致力于將其應(yīng)用在漸凍癥、高位截癱、失語(yǔ)癥等嚴(yán)重的運(yùn)動(dòng)感知功能受損疾病，嘗試幫助這些患者恢復(fù)健康。
以漸凍癥為例，這是一種慢性、進(jìn)行性神經(jīng)系統(tǒng)變性疾玻患上這種疾病的人會(huì)逐漸出現(xiàn)肌肉和骨骼無(wú)力、肌肉萎縮等癥狀，最終失去行動(dòng)能力。需要指出的是，和阿爾茨海默病不同，很多該病的晚期患者都可以保持清醒。比如，我們熟悉的科學(xué)家霍金就是這種疾病的患者，盡管他有十分天才的大腦，但無(wú)情的疾病最終卻讓這顆大腦無(wú)奈地被囚禁在一具無(wú)法行動(dòng)的身軀上，讓其智慧無(wú)從施展，這對(duì)于世界來(lái)說(shuō)不得不說(shuō)是一種遺憾。到現(xiàn)在為止，人們依然沒(méi)有找到治療漸凍癥的有效方法，這就意味著我們只能眼睜睜看著患者逐步被“凍住”。幸運(yùn)的是，隨著腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展，人們似乎在傳統(tǒng)治療方法之外，找到了另一條攻克漸凍癥的道路。
去年6月，一家名為Synchron的腦機(jī)接口公司（這家公司被業(yè)界認(rèn)為是Neuralink的最大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手）在美國(guó)紐約的西奈山醫(yī)療中心為一位漸凍癥患者進(jìn)行了一項(xiàng)手術(shù)。Synchron的研究人員采取了一種半侵入式的技術(shù)，先在病人的脖子上開(kāi)一個(gè)微型創(chuàng)口，通過(guò)頸靜脈導(dǎo)管，將網(wǎng)狀植入物輸入到大腦皮層的血管中。當(dāng)導(dǎo)管被移除時(shí)，這個(gè)網(wǎng)狀植入物就會(huì)打開(kāi)并與血管的外邊緣融合。然后，研究人員將電極與植入患者胸腔的計(jì)算設(shè)備連接起來(lái)。當(dāng)神經(jīng)元在大腦中工作時(shí)，電極會(huì)讀取這些信號(hào)，而計(jì)算設(shè)備會(huì)將這些信號(hào)放大，并通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送給計(jì)算機(jī)或智能手機(jī)。這樣，漸凍癥的患者就可以將自己的思維傳達(dá)給其他人，從而實(shí)現(xiàn)與他人的交流。如果這個(gè)思路是被證明行之有效的，那么在未來(lái)，人們將可以進(jìn)一步運(yùn)用腦機(jī)接口，用思維直接驅(qū)動(dòng)外骨骼等輔助設(shè)備，肌肉萎縮的漸凍癥患者就有機(jī)會(huì)重新站起來(lái)。
第二個(gè)場(chǎng)景是實(shí)施“人類(lèi)增強(qiáng)”（HumanIntelligence，HI）。借助于腦機(jī)接口，人們可以更為容易地操控外骨骼、電子眼等設(shè)備。這樣，人們就可以實(shí)現(xiàn)感官和力量的增強(qiáng)，成為影視劇中刻畫(huà)的超人。
第三個(gè)場(chǎng)景是教育。借助于腦機(jī)接口，老師可以更好地對(duì)學(xué)生注意力值狀況做到實(shí)時(shí)了解，并據(jù)此調(diào)整教學(xué)策略�，F(xiàn)在，市場(chǎng)上已經(jīng)有不少初創(chuàng)企業(yè)盯準(zhǔn)了這一應(yīng)用領(lǐng)域。
第四個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是娛樂(lè)。例如，在VR游戲當(dāng)中，人們可以借助腦機(jī)接口，在不借助其他外部設(shè)備的情況下更好地對(duì)游戲角色進(jìn)行操控。這樣，就可以更好地提升游戲的沉浸性，讓玩家獲得更好的體驗(yàn)感。
第五個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是軍事。在這個(gè)領(lǐng)域，腦機(jī)接口的應(yīng)用空間是十分巨大的。腦機(jī)接口技術(shù)可以幫助軍人更好地操控各種設(shè)備，不僅可以讓他們避免很多不必要的危險(xiǎn)，還可以讓他們的作戰(zhàn)能力得到有效提升。
腦機(jī)接口的發(fā)展障礙
需要指出的是，雖然腦機(jī)接口的技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，并且具有十分廣闊的想象空間，但是距離真正的大規(guī)模商用，它可能還需要跨越很多的障礙。
在這些障礙中，有一些是技術(shù)性的。比如，被認(rèn)為可以更好傳輸信息、實(shí)現(xiàn)腦機(jī)溝通的侵入式設(shè)備通常需要開(kāi)顱植入。在這個(gè)過(guò)程中，手術(shù)的安全性、術(shù)后的后遺癥，以及設(shè)備維護(hù)等，都存在著不小的問(wèn)題。因此，如果Neuralink等公司想讓人們可以放心地使用類(lèi)似的產(chǎn)品，還需要對(duì)技術(shù)進(jìn)行很多改進(jìn)。
除了技術(shù)障礙外，更大的障礙來(lái)自于倫理方面。
第一是隱私問(wèn)題。借助于腦機(jī)接口，研究人員可以從神經(jīng)元的活動(dòng)來(lái)直接解讀佩戴設(shè)備人員的所思所想，自然也就有機(jī)會(huì)去窺探他們的各種隱私。如何才能保證人們?cè)谑褂媚X機(jī)接口時(shí)，不被任意窺探隱私，會(huì)是一個(gè)十分現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。
第二是精神控制問(wèn)題。通過(guò)腦機(jī)接口技術(shù)，人們不僅可以窺探他人的思想，更可以直接對(duì)他人的思想和行為進(jìn)行干預(yù)，甚至還可能篡改人們的記憶。如果使用不當(dāng)，這一技術(shù)將會(huì)成為可怕的思想控制工具。如何預(yù)防這一情況的出現(xiàn)，也是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
第三是不平等問(wèn)題。從理論上講，借助于腦機(jī)接口技術(shù)，人可以對(duì)某些器官的能力實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)。因此，富有的人就可能花錢(qián)來(lái)對(duì)自己的能力進(jìn)行強(qiáng)化，從而讓自己成為一個(gè)能力不同于常人的超人。這樣一來(lái)，財(cái)富上的不平等就會(huì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為生理上的不平等。
綜上所述，如果要實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口技術(shù)的大規(guī)模商用，除了克服技術(shù)上的障礙之外，找到以上這些倫理問(wèn)題的破解之策也是一個(gè)必要的前提。
