夢(mèng)想成真！大腦植入裝置將賦予未來(lái)人類(lèi)

據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，大約兩年前，丹尼斯·德格雷(Dennis Degray)向朋友發(fā)送了一條不同尋常的短信，他回憶稱(chēng)，我手中拿著手機(jī)，無(wú)需手指操作，通過(guò)大腦神經(jīng)系統(tǒng)將短信文字發(fā)送至其他手機(jī)，這是非常神奇的事情!

現(xiàn)年66歲的德格雷于10年前跌倒，身體從鎖骨以下位置處于常年癱瘓，2016年，他接受一項(xiàng)外科手術(shù)，將兩個(gè)凸型電極植入大腦運(yùn)動(dòng)皮層(該區(qū)域負(fù)責(zé)控制身體運(yùn)動(dòng))，此后奇跡發(fā)生了!植入電極記錄大腦神經(jīng)元活動(dòng)性，并轉(zhuǎn)換成為外部活動(dòng)，通過(guò)想象用手操控操縱桿，他能夠移動(dòng)光標(biāo)選擇屏幕上的字母，基于大腦神經(jīng)元活動(dòng)，他甚至可以在亞馬遜網(wǎng)站上購(gòu)買(mǎi)商品，并移動(dòng)一只機(jī)械手臂堆砌積木。

2、丹尼斯·德格雷使用“猶他陣列”大腦植入物在計(jì)算機(jī)屏幕上操控光標(biāo)。

一位神經(jīng)學(xué)家稱(chēng)，大腦植入相當(dāng)于賦予患者“阿凡達(dá)”超能力

德格雷大腦植入的設(shè)備叫做“猶他陣列(Utah arrays)”，因?yàn)樗?ldquo;大腦之門(mén)”項(xiàng)目的一位參與者，該項(xiàng)目是美國(guó)一項(xiàng)長(zhǎng)期運(yùn)行的多元化研究，用于開(kāi)發(fā)和測(cè)試創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)，旨在恢復(fù)思維能力健全的癱瘓、截肢或者神經(jīng)變性疾病人群的通訊、移動(dòng)和獨(dú)立性。

雖然“猶他陣列(Utah array)”已被證實(shí)植入大腦是可行的，但這項(xiàng)技術(shù)仍需進(jìn)一步完善，為了植入該設(shè)備，德格雷選擇了開(kāi)顱手術(shù)，此外該設(shè)備并非無(wú)線(xiàn)裝置，從顱骨延伸一個(gè)插槽，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行解碼，將腦信息傳輸至計(jì)算機(jī)，該裝置能夠完成的任務(wù)以及執(zhí)行情況是有限的，因?yàn)樗鼉H能記錄大腦中大約880億個(gè)神經(jīng)元中的幾十至幾百個(gè)神經(jīng)元(每個(gè)電極通常只能記錄1-4個(gè)神經(jīng)元)。

3、圖中是Neuralink公司研發(fā)的一種類(lèi)似縫紉機(jī)的機(jī)器人，可將電極插入人類(lèi)大腦。

而且這種情況不太可能持續(xù)下去，“猶他陣列”植入大腦形成的疤痕組織會(huì)逐漸在電極上積累，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量逐漸下降，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，德格雷的“心靈感應(yīng)”能力將不復(fù)存在。

美國(guó)麻省總醫(yī)院神經(jīng)學(xué)家、布朗大學(xué)工程學(xué)教授利赫·霍赫貝格(Leigh Hochberg)稱(chēng)，在全球范圍內(nèi)僅有幾十人大腦植入“猶他陣列”，并取得了顯著效果。據(jù)悉，他是“大腦之門(mén)”項(xiàng)目合作者之一，但是患者使用該系統(tǒng)全天候提供完整、快速、直觀的人機(jī)模式并不現(xiàn)實(shí)。

這樣的情況可能指日可待，近年來(lái)，美國(guó)硅谷腦-機(jī)接口領(lǐng)域注入新活力，在“大腦之門(mén)”和其他項(xiàng)目的鼓舞下，一些著名企業(yè)家和信心十足的初始公司開(kāi)始研發(fā)新一代大腦植入裝置，這些裝置最終不僅能幫助德格雷和其他殘疾人群獲得行為獨(dú)立性，而且適用于所有人。例如：Facebook公司正在積極開(kāi)發(fā)非侵入性腦-機(jī)裝置，同時(shí)，該公司正在研制無(wú)線(xiàn)神經(jīng)植入系統(tǒng)。

4、科幻電影《阿凡達(dá)》劇照。

今年7月，特斯拉公司首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克(Elon Musk)展示了旗下Neuralink公司正在研發(fā)的可植入無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)，他透露稱(chēng)，這種無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)已在猴子身體上進(jìn)行了研究，有望在2020年前進(jìn)行人體試驗(yàn)。迄今為止，Neuralink公司獲得1.58億美元資金，其中1億美元來(lái)自馬斯克。

雖然Neuralink公司最新研制的大腦植入裝置與德格雷大腦中的“猶他陣列”體積大小相近，但它擁有更多的電極，意味著它可以記錄更多的神經(jīng)元，“猶他陣列”通常有100個(gè)電極，僅有4-5個(gè)電極植入大腦組織，相比之下，Neuralink公司研制的大腦植入裝置多達(dá)1000個(gè)電極，預(yù)計(jì)能將10個(gè)電極植入大腦。

5、電影《阿凡達(dá)》具有心靈感應(yīng)效果的“神樹(shù)”。

機(jī)器人將“縫合”電極在極薄的柔性生物兼容聚合材料，Neuralink公司希望改善大腦創(chuàng)口結(jié)疤，馬斯克表示，我們的目標(biāo)是轉(zhuǎn)錄和刺激大腦神經(jīng)元，神經(jīng)元數(shù)量等級(jí)遠(yuǎn)超過(guò)之前歷史記錄、并且更加安全，使其不像一個(gè)大手術(shù)，這個(gè)過(guò)程將更像是激光手術(shù)，而不是腦部手術(shù)。

他強(qiáng)調(diào)稱(chēng)，醫(yī)療方面的擔(dān)憂(yōu)推動(dòng)了大腦植入設(shè)備的發(fā)展，但是該技術(shù)潛在著人工智能產(chǎn)生的威脅。

Paradromics公司是類(lèi)似Neuralink的小型初創(chuàng)公司，該公司更專(zhuān)注于研制更多、更小的電極，但它的目標(biāo)是在神經(jīng)植入物表面安裝更高密度的探針，從外形上看，他們的設(shè)備將更接近于“猶他陣列”——帶有金屬電極的探針陣列，而且不涉及機(jī)器人手術(shù)。Paradromics公司創(chuàng)始人、兼首席執(zhí)行官馬特·安格爾(Matt Angle)稱(chēng)，我們希望盡快打入市場(chǎng)，預(yù)計(jì)在本世紀(jì)20年代初投入臨床試驗(yàn)，迄今公司已籌集大約2500萬(wàn)美元，其中包括來(lái)自美軍五角大樓國(guó)防部高級(jí)計(jì)劃研究所(DARPA)的大量資金，該機(jī)構(gòu)意識(shí)到海外戰(zhàn)場(chǎng)受傷士兵需大腦控制的精密機(jī)械手臂，隨后對(duì)腦機(jī)接口技術(shù)(BCIs)非常感興趣。

相比之下，Synchron公司采取了不同的策略，近期該公司披露稱(chēng)，公司最新研制的電極支架(Stentrode)設(shè)備已在澳大利亞首次進(jìn)行臨床試驗(yàn)，領(lǐng)先于Neuralink和Paradromics公司。

該設(shè)備不會(huì)導(dǎo)致開(kāi)顱手術(shù)和留下瘢痕，因?yàn)樗怯弥Ъ芡ㄟ^(guò)后頸部靜脈插入的，一旦支架放置在靠近運(yùn)動(dòng)皮層位置，支架就會(huì)散開(kāi)，將16個(gè)金屬電極嵌入血管壁上，記錄神經(jīng)元活動(dòng)性。迄今為止，一位因運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元疾病而癱瘓的患者已植入電極支架，另有4位患者即將接受試驗(yàn)。

Synchron公司執(zhí)行總裁湯姆·奧克斯利(Tom Oxley)稱(chēng)，目前電極支架的安全性以及腦-機(jī)控制系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)電腦打字和手機(jī)發(fā)短信仍有待深入研究，雖然電極支架僅能讀取神經(jīng)元細(xì)胞總體活動(dòng)性，大約可探測(cè)1000個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞，這些數(shù)據(jù)對(duì)研究患者病情已非常充分，同時(shí)該信號(hào)的細(xì)微差別很小，更加穩(wěn)定。

與此同時(shí)，Neuralink和Paradromics公司仍存在著技術(shù)挑戰(zhàn)，是否可以通過(guò)非常小的電極來(lái)減輕疤痕還亟待觀察，此外，還有電極被人體溶解和腐蝕的問(wèn)題，電極越小，存在的問(wèn)題就越嚴(yán)重，迄今專(zhuān)家仍不清楚Neuralink公司研制的金屬電極探針能使用多長(zhǎng)時(shí)間?

“除了打字，還能實(shí)現(xiàn)更具體的一些任務(wù)嗎?大腦指令可實(shí)現(xiàn)智能語(yǔ)音?是否可實(shí)現(xiàn)大腦之間信息通訊?或者可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化記憶?”

美國(guó)密歇根大學(xué)神經(jīng)接口研究員辛西婭·切斯特克(Cynthia Chestek)說(shuō)：“沒(méi)有人會(huì)對(duì)這些初始公司印象深刻，除非他們開(kāi)始以年為時(shí)間單位記錄患者對(duì)這些產(chǎn)品的終身使用情況，但是人們可以測(cè)量這些產(chǎn)品使用期限內(nèi)對(duì)患者的實(shí)用效果。”

從事大腦植入技術(shù)多年的美國(guó)匹茲堡大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程師Takashi Kozai稱(chēng)，此外，即使能夠記錄所有這些神經(jīng)元信號(hào)，我們能進(jìn)行解碼處理嗎?目前我們并不了解大腦是如何工作的，試著解碼這些信號(hào)并實(shí)際生成一些有用數(shù)據(jù)是非常困難的事情，更多的理解神經(jīng)元計(jì)算能力將有很大的幫助，如果將所有可利用算法應(yīng)用于幾百個(gè)神經(jīng)元，將取得更好的效果。

目前這3家公司都未看到短期的非醫(yī)療應(yīng)用，但他們認(rèn)為，隨著人們開(kāi)始看到植入技術(shù)可以帶來(lái)巨大的變革，該技術(shù)可能逐漸延伸至普通人群。

最顯著的應(yīng)用可能是大腦控制打字處理，奧克斯利設(shè)想了這樣一個(gè)情景：在手機(jī)短信和電腦打字時(shí)代環(huán)境中成長(zhǎng)的人(完全依賴(lài)手指操作完成)，隨著年齡的增長(zhǎng)，將逐漸失去部分操作能力，他們會(huì)因無(wú)法保持輸入速度而感到沮喪，他們可能會(huì)尋求其他方法來(lái)保持自己的技術(shù)能力，最終他們會(huì)看到腦機(jī)接口技術(shù)(BCIs)比較適合人類(lèi)身體，并將它作為人類(lèi)能力變革的一個(gè)引爆點(diǎn)。奧克斯利說(shuō)：“如果這項(xiàng)技術(shù)變得安全，應(yīng)用便利，而且提供更好的技術(shù)控制，那么就會(huì)有人愿意付費(fèi)。”

除此之外，人們還不知道該技術(shù)是否有更廣泛的應(yīng)用，對(duì)智能音箱提供大腦指令?人腦控制汽車(chē)駕駛?大腦之間的信息通訊?增強(qiáng)記憶和認(rèn)知能力?

牛津大學(xué)實(shí)用倫理中心副主任漢娜·馬斯倫(Hannah Maslen)博士稱(chēng)，如果這項(xiàng)技術(shù)能夠超越醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可能最先應(yīng)用于軍事，例如：可以在士兵之間提供無(wú)聲通訊，或者通過(guò)大腦思考某些指令激活設(shè)備。她強(qiáng)調(diào)指出，很難看到大多數(shù)人出于娛樂(lè)或者便利使用而接受外科手術(shù)，但近期在舊金山舉行的一次神經(jīng)技術(shù)交流會(huì)上，大約有20多位專(zhuān)家參加，喬納森·圖米姆(Jonathan Toomim)是參加技術(shù)交流會(huì)的一位神經(jīng)學(xué)專(zhuān)家，他說(shuō)：“我們已使用一些智能設(shè)備(例如智能手機(jī))，擴(kuò)大人們的認(rèn)知能力，增強(qiáng)人們的記憶力，它是將人類(lèi)大腦彼此之間的帶寬提升至一個(gè)更高的水平。”

近期，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)發(fā)表一份關(guān)于這個(gè)話(huà)題的報(bào)告總結(jié)稱(chēng)，未來(lái)幾年，公眾應(yīng)該對(duì)神經(jīng)接口技術(shù)的使用和監(jiān)管方式產(chǎn)生更清晰明確的認(rèn)知，人們擔(dān)憂(yōu)的一個(gè)問(wèn)題是數(shù)據(jù)隱私。漢娜表示，雖然大腦接口技術(shù)被描述為“閱讀思維”和“解碼思維”，但是人們不禁擔(dān)心這些技術(shù)將發(fā)掘內(nèi)心最深處的秘密，記錄與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的較小大腦區(qū)域，并要求思維方式配合設(shè)備運(yùn)行，但是出于個(gè)人隱私的倫理考慮，人們不必完全依賴(lài)和遵循這項(xiàng)技術(shù)。

此外，還存在許多亟待解決的問(wèn)題，誰(shuí)擁有這些大腦數(shù)據(jù)?這些大腦數(shù)據(jù)有什么用途?同時(shí)，“腦數(shù)據(jù)黑客”一旦入侵腦-機(jī)系統(tǒng)，潛在諸多安全漏洞，他們會(huì)以大腦主人不同意的方式進(jìn)行修改。

馬斯倫稱(chēng)，腦-機(jī)系統(tǒng)源于現(xiàn)實(shí)，而不是科幻小說(shuō)，之前心臟起搏器也被黑客入侵過(guò)。Paradromics公司的馬特·安格爾(Matt Angle)想知道大腦接口數(shù)據(jù)在多大程度上可以作為法庭證據(jù)，例如：用計(jì)算機(jī)記錄大腦意識(shí)和行為，從而對(duì)某人定罪處置。

進(jìn)一步的倫理問(wèn)題出現(xiàn)在控制和代理方面，如果大腦植入設(shè)備未能正確理解你的意圖，你作為設(shè)備使用者在多大程度上要對(duì)“說(shuō)”或者“做”負(fù)責(zé)?同時(shí)，我們?nèi)绾未_保一項(xiàng)技術(shù)能夠產(chǎn)生顯著的益處。

社會(huì)民眾仍需幾年時(shí)間來(lái)思考這些問(wèn)題，Neuralink公司的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)人類(lèi)臨床試驗(yàn)，目前該目標(biāo)預(yù)期明年年底實(shí)現(xiàn)被認(rèn)為有些不切實(shí)際。但是一些專(zhuān)家預(yù)測(cè)稱(chēng)，該技術(shù)將在5-10年內(nèi)為殘疾人士提供服務(wù)，對(duì)于非醫(yī)療用途，實(shí)現(xiàn)時(shí)間將更長(zhǎng)，也許需要20年時(shí)間。

對(duì)于麻省總醫(yī)院神經(jīng)學(xué)家利赫·霍赫貝格而言，我們將聚焦于那些最需要幫助的群體。處于癱瘓狀態(tài)的德格雷在接受記者采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)：“如果可以的話(huà)，我希望今天植入一個(gè)!”

這是大腦植入的替代方案?

一個(gè)可穿戴、非侵入性腦-機(jī)接口設(shè)備，無(wú)需進(jìn)行腦部手術(shù)，可以隨意穿戴，這將是非常有吸引力的裝置，但是頭骨阻礙了大腦神經(jīng)元信號(hào)的讀取，密歇根大學(xué)的辛西婭·切斯特克表示，設(shè)計(jì)一種非侵入性腦機(jī)裝置極具挑戰(zhàn)性。

不管怎樣，一些公司仍在努力嘗試，2017年Facebook公司宣稱(chēng)，計(jì)劃研制一款可穿戴設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)大腦指令控制文字輸入，達(dá)到平均每分鐘輸入100個(gè)單詞(相比之下，Neuralink公司研制的腦-機(jī)裝置最多可實(shí)現(xiàn)平均每分鐘輸入40個(gè)單詞，這相當(dāng)于每分鐘平均打字速度，“大腦之門(mén)”項(xiàng)目使用猶他陣列植入大腦，可實(shí)現(xiàn)平均每分鐘輸入8個(gè)單詞)。今年7月，美國(guó)加州大學(xué)研究人員基于大腦活動(dòng)性首次展示了對(duì)一組完整、口語(yǔ)單詞和短語(yǔ)的解碼，盡管該裝置是通過(guò)手術(shù)在大腦表面放置皮質(zhì)電描記電極來(lái)完成，與此同時(shí)，該公司繼續(xù)研究如何以非侵入性方式達(dá)到相同效果，并積極探索利用近紅外光測(cè)量血液氧化模式——神經(jīng)元活動(dòng)時(shí)消耗氧氣。

美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研究新興神經(jīng)技術(shù)的倫理、法律和社會(huì)影響的安娜·韋克斯勒(Anna Wexler)表示，假設(shè)技術(shù)問(wèn)題能夠克服，但社會(huì)因素仍是一個(gè)重大障礙，谷歌智能眼鏡的失敗不是因?yàn)樗讚p壞，而是人們不希望整天在眼睛上戴著一個(gè)微型電腦。

關(guān)鍵詞： 大腦 植入裝置