所想即所得——腦機(jī)接口發(fā)展前景:跨維溝通或成現(xiàn)實(shí)?

圖片來(lái)源@視覺(jué)中國(guó)
文 | 廠間八卦見(jiàn)聞
科幻作品甚至宗教神話之中,常常出現(xiàn)隔空取物,意念真成的超能力,不需要直接觸碰就能夠控制周圍的物體。這些超能力無(wú)一不是人類對(duì)于渴望進(jìn)化和改造自身的表現(xiàn)。在過(guò)去,超能力只存在于人們的想象之中,但隨著科技的不斷進(jìn)步,腦機(jī)接口(BCI)的出現(xiàn)或許能夠使其成為現(xiàn)實(shí)。
腦機(jī)接口發(fā)展史:從幻想到現(xiàn)實(shí)的緩慢過(guò)程
首先,什么是腦機(jī)接口?
腦機(jī)接口,是指在人或動(dòng)物腦(或者腦細(xì)胞的培養(yǎng)物)與外部設(shè)備間建立的直接連接通路。“腦”一詞意指有機(jī)生命形式的腦或神經(jīng)系統(tǒng)。“機(jī)”意指任何處理或計(jì)算的設(shè)備,其形式可以從簡(jiǎn)單電路到硅芯片。
腦機(jī)接口概念最早出現(xiàn)在科幻作品之中,直到1969年,才進(jìn)行了第一次真正意義上的腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn):科學(xué)家埃伯哈德將一只猴子的神經(jīng)元和一個(gè)儀表盤進(jìn)行了連接,然后通過(guò)神經(jīng)元反饋儀表數(shù)值變動(dòng),來(lái)給猴子香蕉獎(jiǎng)勵(lì)。在經(jīng)過(guò)訓(xùn)練之后,猴子可以通過(guò)神經(jīng)元來(lái)控制儀表盤獲取獎(jiǎng)勵(lì)。這一發(fā)現(xiàn)證明神經(jīng)元具有可塑性,我們可以通過(guò)反饋機(jī)制來(lái)讓神經(jīng)和外部設(shè)備建立聯(lián)系和控制。

直到20世紀(jì)90年代之后,人們才將動(dòng)物實(shí)驗(yàn)之中得到的實(shí)踐基礎(chǔ),逐漸應(yīng)用于人體上。人體的早期植入設(shè)備主要被用于恢復(fù)損傷的聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)和肢體運(yùn)動(dòng)能力。最開(kāi)始的研究主線仍然是大腦的皮層可塑性,將大腦皮層與腦機(jī)接口相適應(yīng)之后,可以像控制自然肢體那樣控制植入的假肢。但科學(xué)家們意識(shí)到,腦機(jī)接口能做到的應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于恢復(fù)人體功能,而是增強(qiáng)人體功能。
Facebook與?Neuralink:截然不同的發(fā)展方向
如今,在腦機(jī)接口研究領(lǐng)域取得成果的兩家耳熟能詳?shù)木揞^,分別是Facebook和馬斯克的?Neuralink。
其中,F(xiàn)acebook 與加州大學(xué)舊金山分校Chang Lab 的腦機(jī)接口項(xiàng)目 Project Steno新進(jìn)展,使瘓失語(yǔ)患者恢復(fù)交流能力。他們?cè)谄浯竽X中的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮層中植入了一片多電極列陣,用以接收并解碼運(yùn)動(dòng)皮層傳遞給聲道的大腦信號(hào)。通過(guò)記錄皮層信號(hào),來(lái)創(chuàng)建相應(yīng)的計(jì)算模型來(lái)完成信號(hào)解碼,并成功翻譯出大腦傳遞的信號(hào),準(zhǔn)確率最高可達(dá)93%。

其實(shí)早在之前,Chang Lab 就發(fā)表過(guò)早期的 Project Steno 項(xiàng)目研究,該項(xiàng)目表明電極陣列和預(yù)測(cè)模型可以創(chuàng)建相對(duì)快速和復(fù)雜的思維類型系統(tǒng)。他們也嘗試過(guò)使用大腦植入物在屏幕上觸動(dòng)光標(biāo),以及可視化手寫字體,但效果都不太理想。
現(xiàn)如今,F(xiàn)acebook似乎打算放棄需要進(jìn)行開(kāi)顱手術(shù)的侵入式腦機(jī)接口,轉(zhuǎn)而打造腕帶設(shè)備。并在2019年收購(gòu)了肌電圖(EMG)腕帶公司CTRL-Lab,為AR和VR提供了另一種思路,最終實(shí)現(xiàn)的是一種無(wú)需在人腦中植入電極的非侵入式腦機(jī)接口解決方案。這可能是為了能夠擴(kuò)大腦機(jī)接口產(chǎn)品在市場(chǎng)上的受眾群體,畢竟不是每個(gè)人都愿意在頭上開(kāi)一個(gè)洞的。
目前Facebook已研發(fā)出一種可以用來(lái)意念打字的非侵入式腦機(jī)接口,此外,F(xiàn)acebook還與多所大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室等學(xué)校、機(jī)構(gòu)建立合作,研究人員專門從事解碼語(yǔ)音和語(yǔ)言的機(jī)器學(xué)習(xí),希望能夠建立具有先進(jìn)空間分辨率的光學(xué)神經(jīng)成像系統(tǒng)和神經(jīng)假肢。但非侵入式與侵入式始終存在差距:非侵入式由于不直接與大腦接觸,其對(duì)于神經(jīng)元的信號(hào)接收速度和精準(zhǔn)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如侵入式。如果要達(dá)到人們對(duì)于腦機(jī)接口的最高期望值,還是侵入式更有優(yōu)勢(shì)。
與Facebook的保守不同,有“科學(xué)怪人”之稱的馬斯克,堅(jiān)持研究開(kāi)頭顱插芯片的侵入式設(shè)備。馬斯克在2016年起就成立了Neuralink,最初的目標(biāo)是讓癱瘓或肢體障礙的人僅憑自己的意識(shí)就能控制手機(jī)電腦,但隨著近年人工智能的飛速發(fā)展,馬斯克認(rèn)為人類需要與人工智能相結(jié)合,成為“半機(jī)械人”,才能抵御人工智能帶來(lái)的生存威脅,避免被人工智能時(shí)代所淘汰。

在2019年7月,Neuralink發(fā)布了旗下第一款腦機(jī)接口產(chǎn)品-“腦后插管”:將通過(guò)一臺(tái)神經(jīng)手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行頭顱穿孔手術(shù),向大腦內(nèi)植入芯片,再利用外置的無(wú)線裝置將意念發(fā)射出去,使其甚至能夠與應(yīng)用程序互動(dòng)。而在2020年發(fā)布的產(chǎn)品LINKV0.9已實(shí)現(xiàn)完全的大腦內(nèi)置,不再需要外置裝置,并實(shí)現(xiàn)了24小時(shí)續(xù)航和無(wú)線充電功能。


技術(shù)瓶頸或成為人類腦科技的突破口
不過(guò),侵入式接口面臨最大的一個(gè)挑戰(zhàn)就是需要解決手術(shù)時(shí)如何將對(duì)腦部的損傷降到最低的問(wèn)題:隨著時(shí)間流逝,穿刺電極會(huì)逐漸被炎癥細(xì)胞所包裹,會(huì)導(dǎo)致信號(hào)缺失。而人體本身也極有可能會(huì)因?yàn)橹踩胛锂a(chǎn)生排斥免疫反應(yīng),從而威脅生命。

與人體的其他環(huán)境不同,有人曾把大腦比作海邊熱帶叢林:潮濕、炎熱、多鹽;與其它體內(nèi)部位的環(huán)境不同,人類大腦的結(jié)構(gòu)環(huán)境更為精妙神秘。要在這樣的地方放置一個(gè)傳感器,除了要考慮大腦環(huán)境的排異反應(yīng),還需要考慮植入物的耐用性,避免頻繁替換造成顱內(nèi)損傷。因此植入物的芯片一方面要滿足對(duì)百萬(wàn)級(jí)神經(jīng)元信息的采集處理;另一方面還需要足夠小的體積,避免損傷壓迫顱內(nèi)組織,材質(zhì)上也要盡量和顱內(nèi)環(huán)境相適應(yīng)。這對(duì)于現(xiàn)目前腦科學(xué)研究水平和生物學(xué)、電子學(xué)來(lái)講都是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。
目前植入體設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要方向,分別是小型導(dǎo)電電極技術(shù)和非電氣方向技術(shù)。其中,將生物學(xué)和電子學(xué)相結(jié)合的非電氣方向應(yīng)該會(huì)成為未來(lái)植入體的主流,哈佛大學(xué)的洪國(guó)松博士嘗試制造一種SU-8柔性聚合物制成的多孔網(wǎng),上面鑲嵌著傳感器與導(dǎo)電金屬。這一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)模仿了神經(jīng)組織彈性而柔軟的形態(tài),并允許神經(jīng)元和其他類型細(xì)胞在其中生長(zhǎng),可以解決大腦對(duì)于植入體的排斥反應(yīng)。

但現(xiàn)下以Neuralink為首的侵入式接口產(chǎn)品都還在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段-因?yàn)榍秩胧揭M(jìn)行開(kāi)顱手術(shù),而這種人體實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)非常難得,導(dǎo)致目前腦機(jī)數(shù)據(jù)樣本量很少。加上人們的身體情況具有普遍差異性,如果沒(méi)有大量可靠的人體數(shù)據(jù)作為支撐,就很難得到精準(zhǔn)判斷。因此,目前Neuralink這類侵入式設(shè)備的發(fā)展并不那么為人所看好。
而現(xiàn)有腦機(jī)接口技術(shù)也僅僅是初步解決腦—機(jī)方向的輸出和控制問(wèn)題,在基礎(chǔ)原理限制下,控制效率和準(zhǔn)確率都還很低。因此如果不從根本上重構(gòu)現(xiàn)有腦機(jī)接口技術(shù),腦機(jī)接口應(yīng)用還將繼續(xù)只是一個(gè)美好設(shè)想。根據(jù)現(xiàn)有情況來(lái)看,腦機(jī)接口技術(shù)還離大規(guī)模商業(yè)實(shí)用確實(shí)還有很遠(yuǎn)的距離。

賽博幻想:AI+腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)“超能力”?
馬斯克曾經(jīng)提到過(guò)關(guān)于腦機(jī)接口技術(shù)的“四層金字塔”,用以逐級(jí)“改造”人類,實(shí)現(xiàn)進(jìn)化。
??腦機(jī)接口第一層金字塔:修復(fù)。通過(guò)心念操縱機(jī)器,讓機(jī)器替代人類身體的一些機(jī)能,修復(fù)殘障人士的生理缺陷。這個(gè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)后,人類可以不用說(shuō)話和觸碰,只要通過(guò)意念,就可以隨心所欲地來(lái)控制外物,實(shí)現(xiàn)以意馭物的超能力。
腦機(jī)接口第二層金字塔:改善。通過(guò)腦機(jī)接口,改善大腦運(yùn)行,讓人時(shí)刻精神抖撒、注意力集中、思維敏捷,能夠高效地去做一件事情,學(xué)習(xí)新知識(shí)的速度成倍增長(zhǎng)。
腦機(jī)接口第三層金字塔:增強(qiáng)。通過(guò)腦機(jī)接口,使人類短時(shí)間內(nèi)擁有大量的知識(shí)和技能,通過(guò)記憶移植,最終實(shí)現(xiàn)人類意識(shí)和記憶在計(jì)算機(jī)世界的“永生”。
??腦機(jī)接口第四層金字塔:溝通。有了腦機(jī)接口,人類不用語(yǔ)言,僅靠大腦中的腦電信號(hào)就可以彼此溝通,實(shí)現(xiàn)“無(wú)損”的大腦信息傳輸。這種腦腦交互,彼此傳遞的本質(zhì)是神經(jīng)元群的活動(dòng)。不像語(yǔ)言的模糊和詞不達(dá)意,它是一種徹底的、100%的、毫無(wú)信息扭曲的“心領(lǐng)神會(huì)”。
在馬斯克的四層金字塔理論之中,人類逐漸實(shí)現(xiàn)了“超體進(jìn)化”,從意念控物到實(shí)現(xiàn)“永生”,必定離不開(kāi)AI與大腦的連接。如果人能憑大腦的意識(shí)來(lái)控制AI,那么,人類在某種程度上實(shí)現(xiàn)了比AI更高一級(jí)進(jìn)化的同時(shí),也將與AI之間的聯(lián)系愈加密不可分,甚至融為一體。那個(gè)時(shí)候的人類,還能夠被稱作原本意義上的“人”嗎?隨著腦機(jī)接口技術(shù)的深入,也必將面臨的嚴(yán)重的人類倫理問(wèn)題:如果我們的大腦能擁有與電腦相同的開(kāi)發(fā)水平,但代價(jià)是失去獨(dú)立性甚至人格,你愿意么?
人類的終極進(jìn)化,是AI嗎?
??腦機(jī)接口雖然能使孩子一出生就擁有博士學(xué)位,精通所有種類的語(yǔ)言,無(wú)所不知無(wú)所不能,但這也意味著對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)生活將會(huì)失去目的和意義,所有人都仿佛生活在一個(gè)大型虛擬世界里面。腦機(jī)接口使得人類可以借助于大腦信號(hào)間的意識(shí)層面交互實(shí)現(xiàn)溝通,完全擺脫了語(yǔ)言、肢體、表情的限制。語(yǔ)言對(duì)話、文字記錄將會(huì)消失殆盡,而由文字語(yǔ)言曾經(jīng)建立起來(lái)的藝術(shù)文化,都只存在于‘人腦庫(kù)存’的過(guò)去式之中,那么不再使用語(yǔ)言文字的人類還能否創(chuàng)造出新的詩(shī)歌、繪畫(huà)、雕塑、等形形色色的藝術(shù)。當(dāng)幸福、信仰、愛(ài)、精神、同情這些代表著人性的情感和靈魂,都逐漸被編碼和算法所取代,人類文明是否會(huì)受到毀滅性打擊并消失殆盡?
退一步來(lái)說(shuō),數(shù)字鴻溝導(dǎo)致不同人群在信息獲取、資源占有、財(cái)富積累等諸多方面存在本質(zhì)上的差異。那么隨著腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用,人與人之間的數(shù)字鴻溝將被進(jìn)一步擴(kuò)大:腦機(jī)接口技術(shù)有助于大幅度提升人類的認(rèn)知能力,從而在學(xué)習(xí)、工作等活動(dòng)中具有明顯優(yōu)勢(shì)。但是受限于技術(shù)、政治、經(jīng)濟(jì)等方面原因,只有少部分掌握稀缺資源的人擁有“進(jìn)化”所需的條件和成本,將成為某種意義上的“人上人”,這對(duì)其它大部分普通人來(lái)講足夠造成“降維打擊”。而巨大的數(shù)字鴻溝無(wú)疑會(huì)導(dǎo)致人類社會(huì)中公平公正的喪失,引發(fā)尖銳的社會(huì)矛盾。
腦機(jī)接口,將人類進(jìn)化需求的野心具象化,揭示了人類對(duì)于死亡和無(wú)能的恐懼,這其實(shí)是人類誕生以來(lái)就一直面臨的問(wèn)題,如今隨著時(shí)代的進(jìn)步,人類可以用科技醫(yī)療的手段逐漸延緩死亡的到來(lái),用知識(shí)技術(shù)的溝通填補(bǔ)無(wú)能的空缺。也正是因?yàn)樗劳龊蜔o(wú)能兩大恐懼,人類的科技和文明才不斷進(jìn)步。如果腦機(jī)接口消除了這兩項(xiàng)恐懼,我們下一個(gè)用以寄托的目標(biāo),會(huì)是什么?
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