马斯克想用“脑机接口”直接连接大脑与外部设备，实现“心灵感应”还要多久？

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

“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。

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。

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。

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

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”。

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。”

纳森·科普兰，全球第一个将电极植入大脑（感觉皮层）的人类

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”。

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。

蒂姆·汉森告诉本刊，马斯克的终极目的是将脑机接口这个手术变得和近视眼手术那样简单。“因而目前要做的，是更好地让Neuralink融入到整个神经科学的体系中去，不管是解决瘫痪患者的生活问题，还是让大脑更高效地沟通。”

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

后来者居上

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。

2013年，美国国立卫生研究院（NIH）宣布“脑计划”（Brain Initiative）启动，这是一项跨机构的合作计划，最初目标是为研究人员提供治疗各种脑部疾病（包括阿尔茨海默病、精神分裂症、自闭症、癫痫和创伤性脑损伤）所需的资金、工具和知识。近年来更新的技术得到了国立卫生研究院的青睐，比如捕捉大脑活动的动态视图、开发用于记录大脑活动的自我生长的生物电极，以及脑机接口的技术进展等。

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。他通过神经可塑性领域的研究表明，依靠大脑控制的仿生外骨骼是身体的延伸，而大脑能够重塑自己，以适应外部环境的变化，并接受“外来”的器械。

“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

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，在电极领域确有“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。”

人们反复提到，资金是马斯克团队和学术科研机构之间的核心差距。不过，马斯克以“一己之力”召集了多个不同领域的专家，也得到了业内权威人士的认可，无论是蒂姆·汉森，还是负责脑机接口算法的加州大学旧金山分校的菲利普·萨贝（Philip Sabes），都在脑机接口领域享有盛誉。李晨阳向本刊解释：“一般情况下，关于脑机接口的植入区域，科学家之间都会有严格的区分，做运动皮层的根本不会碰感觉皮层，大家都不会超出自己的研究范围。而Neuralink未来计划在人体大脑中插入负责躯体运动控制的初级运动皮层（Primary Motor Cortex）、背侧前运动皮层（Dorsal Premotor Cortex）、辅助运动区（Supplementary Motor Area）和负责躯体感觉的躯体感觉皮层（Somatosensory Cortex）这几个位置。”不但如此，李晨阳还做了一种假设：“在高位截瘫患者数量较少的情况下，植入一次电极所获取的信息量大小，也体现了试验的质量和效率。如果未来马斯克的电极真如发布会上那样出色，比如记录数据量是犹他阵列的40倍，他就不需要依赖更多的患者参与了。”

未来的消费品

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。

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。”

关于马斯克在脑机接口的“入场”，弗洛伦持欢迎态度，“像他这样的人进入脑机接口领域，可能会加速行业的进程，目前脑机接口行业的发展类似于50年前的心脏起搏器的初始阶段”。但他认为，马斯克和他的Neuralink在电极上的创新，还需要很长时间市场的检验。

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。”

（感谢刘琦麟对本文写作提供的帮助）