赫拉利在《未來簡史》中提出了關(guān)于人類的新議題，他認(rèn)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將由智能軟件取代，人類將能夠同時(shí)暢游虛擬與真實(shí)世界，不受有機(jī)化學(xué)的限制。所謂的“自由個(gè)人”也將成為一個(gè)虛構(gòu)的故事，轉(zhuǎn)而變?yōu)樯惴ǖ慕M合。

關(guān)于“人機(jī)”的預(yù)言是否會(huì)成真不得而知，但今年7月，一則Neuralink的“腦機(jī)接口”（BCI）技術(shù)獲重大突破、設(shè)備獲得FDA“突破性設(shè)備計(jì)劃”許可的消息，卻又像一則布告，宣示著“人機(jī)”結(jié)合已成為現(xiàn)實(shí)的事實(shí)。

“腦機(jī)接口”并不是一個(gè)新興議題，無論是《黑鏡》還是《黑客帝國》都曾從“反烏托邦”的視角討論過“腦機(jī)”存在的未來意義。但現(xiàn)實(shí)并未沿科幻電影所描繪的路徑發(fā)展，大多數(shù)BCI技術(shù)最初其實(shí)是作為醫(yī)療應(yīng)用而被開發(fā)。

“腦機(jī)接口”的前世今生

早在20世紀(jì)70年代，Jacques Vidal便提出了腦機(jī)接口概念，并將BCI研究與開發(fā)的重點(diǎn)放在輔助患者恢復(fù)受損視力、聽力及運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)修復(fù)之上。隨著技術(shù)的進(jìn)展，第一批人類用神經(jīng)修復(fù)設(shè)備在90年代中期出現(xiàn)。

1998年，菲利普·肯尼迪首次將電極植入到人腦中，并成功賦予該患者用“腦電”控制電腦光標(biāo)的能力。一年后，第一次BCI國際會(huì)議給出了BCI的明晰定義：“腦機(jī)接口是一種不依賴于由正常外圍神經(jīng)和肌肉組成的輸出通路型通訊系統(tǒng)。”BCI因此被推上前臺，而其不依賴外圍神經(jīng)與肌肉的參與便能實(shí)現(xiàn)大腦與計(jì)算機(jī)之間的通訊，則凸顯出了該技術(shù)在輔助治療腦中風(fēng)、癲癇等失能患者上的價(jià)值。

在技術(shù)的發(fā)展與市場需求的逐步擴(kuò)大下，BCI技術(shù)由最初僅為完全沒有活動(dòng)能力的患者提供輔助治療，拓展到拼寫、控制指針運(yùn)動(dòng)應(yīng)用。不僅如此，具有控制神經(jīng)假體功能的各種腦機(jī)接口系統(tǒng)、信號處理技術(shù)亦在此基礎(chǔ)上開始發(fā)展。

2014年巴西世界杯開幕式，高位截癱青年Juliano Pinto在腦機(jī)接口與人工外骨骼技術(shù)的幫助下開出一球；2016年，Nathan Copeland用意念控制機(jī)械手臂和美國總統(tǒng)奧巴馬握手；2017年，F(xiàn)acebook宣布“意念打字”項(xiàng)目；2020年Neuralink宣布推出“the Link v 0.9版”……腦機(jī)接口在發(fā)展過程中走過的每一步，似乎都讓其落地應(yīng)用的可能性變得清晰可循，但要想真正實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口的應(yīng)用其實(shí)仍有一段路要走。

理想中的腦機(jī)接口不僅可以幫助研究人員采集神經(jīng)元信號，還能將特定的指令進(jìn)行編碼，通過腦機(jī)接口傳達(dá)給其他部位，輔助大腦完成信號傳出。但要實(shí)現(xiàn)這一過程，至少需要完成4個(gè)過程：采集信號——信號解碼——再編碼——反饋。

這四個(gè)過程看似簡單，實(shí)則難如登天，僅是第一個(gè)“采集信號”的過程，就卡死了大批想要從BCI中掘金的探索者。畢竟人類腦部不僅有近千億神經(jīng)元細(xì)胞，從頭部最外層到顱骨中間還隔了19層。而顱骨與大腦之間，又隔著硬腦膜、蛛網(wǎng)膜、蛛網(wǎng)膜小梁等組織，想要排除這之中的諸多阻力，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)地搜集信號可以說仍存在許多難點(diǎn)。

我們在為腦機(jī)接口前進(jìn)的每一步而狂歡，但也需理性。畢竟人類大腦就像一片神秘的黑森林，不僅在“采集信號”外還存在諸多需要解決的難題，稍出差錯(cuò)亦容易導(dǎo)致患者癱瘓、腦死亡等。而相較于人體其他組織，人類大腦亦擁有更為精妙的結(jié)構(gòu)，要想破解人類大腦的“秘密”或許還需要時(shí)間。

“安裝在腦中的 Fitbit手環(huán)”

Neuralink：進(jìn)軍腦機(jī)接口領(lǐng)域

腦機(jī)接口再度掀起波瀾，離不開一個(gè)月前Neuralink的發(fā)布會(huì)。

在發(fā)布會(huì)上，馬斯克將BCI與精神疾病關(guān)系在一起。他在演講中提到，很多人這輩子可能會(huì)在不同階段遇到各類神經(jīng)性的問題，比如失憶、失明、失聰、癱瘓、抑郁、失眠、上癮、癲癇、中風(fēng)、腦外傷等。

Neuralink的價(jià)值就在于通過植入電子設(shè)備到腦部的方式，為這些令人困擾的問題提供一個(gè)負(fù)擔(dān)得起且可靠的解決方案，目前該方法已經(jīng)被醫(yī)學(xué)證明可行。

總的來說，Neuralink想做的就是研發(fā)出一個(gè)足夠強(qiáng)大的腦機(jī)接口，以治愈人類的腦部疾病，并賦予更強(qiáng)大的功能。

在發(fā)布會(huì)上，馬斯克介紹了兩個(gè)設(shè)備。一個(gè)是尺寸僅23mm×8mm，支持 1024 個(gè)信道，可接收、解碼、發(fā)送腦神經(jīng)活動(dòng)信息的芯片。另一個(gè)是能夠?qū)Υ竽X結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描，避開血管及危險(xiǎn)區(qū)域，在降低植入過程對軟組織傷害的同時(shí)，將芯片精準(zhǔn)地植入預(yù)定位置的新型手術(shù)機(jī)器人。相較于成立之初，Neralink在腦機(jī)接口的研發(fā)上，似乎又朝前邁進(jìn)了一步。

Neuralink新型手術(shù)機(jī)器人

從馬斯克的邏輯來看，理想中的腦機(jī)接口不僅可以幫助研究人員采集神經(jīng)元信號，還能將特定的指令進(jìn)行編碼，通過腦機(jī)接口傳達(dá)給其他部位，輔助大腦完成信號傳出。這也是Neuralink的BCI由“縫紉機(jī)”發(fā)展成今天的“侵入式硬幣”的重要原因之一——只有將電極網(wǎng)絡(luò)靠神經(jīng)元足夠近，我們才可能獲得足夠高分辨率的信號。

“侵入式硬幣”的尺寸與大小

在馬斯克發(fā)布的小豬視頻之中，工作人員實(shí)時(shí)讀取并在大屏幕上同步展示了小豬B的腦電波。

裝在小豬A腦袋里的Neuralink正在讀取與它鼻子相關(guān)的神經(jīng)上的電流，每當(dāng)它鼻子碰到什么，都會(huì)有一個(gè)腦電波的高峰。在第二只跑步機(jī)上的小豬視頻中，Neuralink通過腦電波對其運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了預(yù)測。圖表顯示，預(yù)測的運(yùn)動(dòng)軌跡和真實(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡基本吻合。

Neuralink通過對小豬腦電波信號進(jìn)行采集，預(yù)測其動(dòng)作姿態(tài)

能夠一定程度上預(yù)測小豬的動(dòng)作姿態(tài)，意味著Neuralink采集的信號一經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的精度。不過，盡管Neuralink在信號采集方面獲得了重大突破，但在BCI實(shí)現(xiàn)的第二個(gè)階段——信號解碼階段，卻沒有看到太大突破。

“這次發(fā)布會(huì)讓人失望的是神經(jīng)信號解碼方面沒有任何進(jìn)步，只是簡單演示了小豬四肢運(yùn)動(dòng)和腦內(nèi)神經(jīng)放電的關(guān)系，離植入腦機(jī)接口與手機(jī)通信還有很長的路要走”，清華大學(xué)腦機(jī)接口專家洪波教授對此表示：“目前，運(yùn)動(dòng)信息腦機(jī)接口解碼的研究已經(jīng)很成熟，美國布朗大學(xué)、斯坦福大學(xué)等在猴子和人的大腦上已經(jīng)多次成功演示，不過，美國FDA過去批準(zhǔn)Cyberkinetics和BlackRock等公司開展過小規(guī)模人體臨床試驗(yàn)，但都沒有取得預(yù)期效果?！?

那么，如果馬斯克能在接下來的工作中完成解碼問題，那么再編碼的過程可能沒那么困難。不過，反饋過程仍可能成為另一座難以逾越的大山。

反饋環(huán)節(jié)需要利用BCI獲得環(huán)境反饋信息后再作用于大腦。通常而言，我們依賴視覺、聽覺、觸覺、聽覺獲取環(huán)境信息，進(jìn)而實(shí)時(shí)向大腦傳遞。不過，就算是當(dāng)前大熱且已廣泛應(yīng)用于生活的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，也大都停留在二維影像處理，三維影像數(shù)據(jù)量大、難以編碼等問題，都成為反饋過程中的巨大障礙。

盡管Neuralink在發(fā)布會(huì)引起了行業(yè)對于BCI技術(shù)的關(guān)注，但Neuralink在神經(jīng)信號解碼方面并未展示出明顯進(jìn)步，距離成熟的腦機(jī)接口技術(shù)興許還有很長的路要走。

BrainGate：以意識控制機(jī)械臂

在腦機(jī)接口領(lǐng)域具有突出表現(xiàn)的另一企業(yè)BrainGate成立于2001年。其研究團(tuán)隊(duì)主要由來自哈佛醫(yī)學(xué)院、布朗大學(xué)、克利夫蘭醫(yī)療中心、斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院等的神經(jīng)科醫(yī)生、神經(jīng)科學(xué)家、工程師、計(jì)算機(jī)科學(xué)家、神經(jīng)外科醫(yī)師、數(shù)學(xué)家和其他研究人員組成。

在BCI技術(shù)研發(fā)上，BrainGate以輔助治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病、溝通障礙、行動(dòng)能力不健全等疾病為主，通過將傳感器植入癱瘓病人腦中以監(jiān)測他們的腦活動(dòng)，并將患者的意識轉(zhuǎn)化為對電腦的指令，以提高患者對計(jì)算機(jī)的操作能力，讓患有肌萎縮側(cè)索硬化、脊髓損傷和中風(fēng)患者能夠再度擁有對生活的控制權(quán)。

患者通過意識控制機(jī)械臂進(jìn)行飲水活動(dòng)

在現(xiàn)階段研究中，BrainGate正在開發(fā)新一代無線醫(yī)學(xué)神經(jīng)技術(shù)，記錄和監(jiān)測神經(jīng)活動(dòng)，以診斷和管理神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

腦疾病治愈，中國在路上

盡管我們總是在新聞中垂涎海外的新興BCI技術(shù)，但BCI的學(xué)術(shù)研究在國內(nèi)同樣擁有長足的發(fā)展。

洪波教授告訴動(dòng)脈網(wǎng)：“目前浙江大學(xué)與清華大學(xué)在主要從事BCI相關(guān)研究。浙江大學(xué)采用了馬斯克提到的美國Utah電極陣列，已經(jīng)在猴子和病人大腦皮層植入該電極陣列，成功實(shí)現(xiàn)了對機(jī)械手的腦機(jī)接口控制；清華大學(xué)則是和301醫(yī)院、宣武醫(yī)院合作在癲癇病人上開展的微創(chuàng)植入腦機(jī)接口研究采用不同的方案，記錄電極埋在顱骨中，不穿透硬膜，因而不破壞神經(jīng)細(xì)胞，可以長期穩(wěn)定采集顱內(nèi)腦電，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了腦機(jī)接口打字等。需要說明的是，這兩個(gè)研究組都還還在臨床前試驗(yàn)階段，沒有獲得醫(yī)療器械許可?！?

不同于馬斯克在BCI領(lǐng)域所繪下的偉大藍(lán)圖，國內(nèi)的腦研究更為關(guān)注腦疾病的診斷治療與腦啟發(fā)的人工智能。目前，中國在科學(xué)界形成了“一體兩翼”腦計(jì)劃研究方向的基礎(chǔ)共識。

“一體”即“認(rèn)知腦”，關(guān)注和理解人類大腦的認(rèn)知功能是怎么來的。核心是認(rèn)知腦區(qū)結(jié)構(gòu)和功能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)質(zhì)，嘗試闡明大腦的工作原理。

中國腦計(jì)劃的領(lǐng)軍者和倡導(dǎo)者蒲慕明院士介紹：“我們看到計(jì)算機(jī)，要分析它的功能就必須知道計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，對于大腦的功能，我們必須要知道大腦的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這叫做‘全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜’，也是我們這個(gè)大計(jì)劃的關(guān)鍵部分”。

“兩翼”則指向“保護(hù)腦”和“創(chuàng)造腦”兩大主攻方向。

其中，“保護(hù)腦”主要是更好地診斷和治療各類重大腦疾病，包括阿爾茨海默癥、癲癇、帕金森、抑郁癥等疾病，在神經(jīng)系統(tǒng)疾病這條賽道上，將有機(jī)會(huì)誕生千億級獨(dú)角獸企業(yè)。

“創(chuàng)造腦”主要實(shí)現(xiàn)類腦人工智能的研究與開發(fā)，核心戰(zhàn)略目標(biāo)是開發(fā)仿腦計(jì)算機(jī)，將由兩部分組成：一是發(fā)展腦型器件和結(jié)構(gòu)；二是腦型信息產(chǎn)生和處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)。

中國腦計(jì)劃的巨大價(jià)值在于其在未來五到十年的持續(xù)實(shí)施，會(huì)全力推動(dòng)人工智能與腦科學(xué)的深度融合發(fā)展，其研究成果，將會(huì)極大的促進(jìn)類腦人工智能技術(shù)的發(fā)展，這一領(lǐng)域的研究突破，將引領(lǐng)新一輪的科技革命。

基于這項(xiàng)計(jì)劃，我國正全力發(fā)展阿爾茨海默、帕金森、癲癇、精神分裂、抑郁癥等社會(huì)重大負(fù)擔(dān)疾病的治療。如今，這一方向的研究已經(jīng)有了極大進(jìn)展。同時(shí)，利用人口上的優(yōu)勢，我們將隨著時(shí)間推移獲得更多的腦部疾病大數(shù)據(jù)，進(jìn)而找到治愈腦部疾病的更多方法。

穩(wěn)步，商業(yè)BCI曙光已現(xiàn)

伴隨政策的推動(dòng)與技術(shù)的發(fā)展，過去十年內(nèi)我國在腦科學(xué)領(lǐng)域亦已產(chǎn)生一定成果，并延伸到了神經(jīng)疾病、精神疾病、康復(fù)等領(lǐng)域。

國內(nèi)首個(gè)將腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)化的公司博?？悼萍?/strong>就是腦機(jī)領(lǐng)域的代表企業(yè)，依托清華大學(xué)神經(jīng)工程實(shí)驗(yàn)室，其主要涉足神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)工程等領(lǐng)域的研究。

在神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷應(yīng)用中，博?？诞a(chǎn)品包括腦電與誘發(fā)電位儀（腦功能監(jiān)護(hù)儀）、高頻高導(dǎo)聯(lián)腦電采集系統(tǒng)，前者主要用于癲癇、腦出血等神經(jīng)疾病的診斷監(jiān)護(hù)，后者多用于神經(jīng)外科手術(shù)輔助定位。在治療方面的產(chǎn)品，博?？抵饕劢刮?chuàng)植入反饋治療和腦機(jī)智能主動(dòng)康復(fù)。微創(chuàng)植入反饋治療是針對癲癇、老年癡呆等神經(jīng)疾病的治療。

在今年的世界機(jī)器人大會(huì)“BCI腦控機(jī)器人大賽暨第三屆中國腦機(jī)接口比賽”中，博?？禐榇筚愄峁┠X機(jī)接口信號采集設(shè)備和數(shù)據(jù)分析平臺。來自天津大學(xué)的魏斯文以每分鐘在電腦屏幕輸出691.55比特（相當(dāng)于每分鐘輸出69個(gè)漢字）的成績，創(chuàng)造了中國利用腦機(jī)接口技術(shù)打字的新紀(jì)錄。

國內(nèi)除博睿康以外，妞諾科技、臻泰智能等企業(yè)也在BCI領(lǐng)域取得了突破。妞諾科技在產(chǎn)品線方面圍繞醫(yī)療腦電數(shù)據(jù)服務(wù)進(jìn)行了以AI算法為核心基礎(chǔ)融合軟硬件雙向開發(fā)模式。臻泰智能則提供腦控智能康復(fù)解決方案，以輔助神經(jīng)性疾病康復(fù)，并計(jì)劃將解決方案拓展至物理治療、作業(yè)治療等康復(fù)訓(xùn)練全場景，通過全周期的腦電數(shù)據(jù)采集評估，為患者精準(zhǔn)化定制康復(fù)治療方案，目前公司累積試用患者已達(dá)一千多例。

難題，破解之道

從BCI目前的研發(fā)速度來看，如何騙取免疫細(xì)胞信任，不讓其自動(dòng)識別侵入物并形成疤痕組織；面對千億神經(jīng)元，少量電極如何實(shí)行精確監(jiān)測等仍是未解難題。

但一步接著一步，深積疾病數(shù)據(jù)庫，以應(yīng)對腦疾病，推動(dòng)BCI技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展才是切實(shí)的可行之道。

在《未來簡史》中，赫拉利還曾提到過：“我們無法真正預(yù)測未來，因?yàn)榭萍疾⒉粫?huì)帶來確定的結(jié)果。同樣的科技，也可能創(chuàng)造出非常不一樣的社會(huì)?！?

醫(yī)療領(lǐng)域終究是嚴(yán)肅的。

在政策和資本的推動(dòng)下，若能持續(xù)研發(fā)腦機(jī)接口技術(shù)，找尋技術(shù)突破口，或許當(dāng)前進(jìn)展緩慢，但我們?nèi)韵嘈旁擁?xiàng)技術(shù)將為腦疾病治療帶來微光。