從腦機介面到黑客帝國，你需要提前知道的真相

米格爾·尼可萊利斯教授將在 8 月蒞臨極客公園奇點大會，與大家分享關於腦機介面的最新進展。

正當 AI 技術席捲全球成為最新風口時，另一項脫胎於黑科技正在逐漸走出實驗室，成為矽谷到公司關注的焦點，那就是腦機介面技術（Brain Machine Interface BMI）。4 月 Facebook 開發者大會 F8 上，公司新部門 Building 8 的展示了團隊的成果——使用腦機介面技術讓一位行動不便的病人通過意識完成了在電腦上打字。無獨有偶，向來喜歡押注前沿技術的特斯拉公司 CEO Elon Musk 也看重 BMI 技術，召集學術專家成立 Neuralink，目標是實現《黑客帝國》式的「腦機合一」。除了 Facebook 和馬斯克，一批初創公司如 Neuropace、Kernel、Longeviti Neuro Solutions 也加入到矽谷「腦機」大戰中。

近日，美國杜克大學神經工程研究中心創始人，杜克大學醫學院神經生物學教授，腦機介面技術先驅米格爾·尼科萊利斯表示，Facebook 等公司想要在腦機技術上複製「矽谷式成功」的方法可能比較難，BMI 技術從走出「實驗室」普及到大眾市場，還需要 10 年的時間，但是 BMI 技術一旦成功，將徹底顛覆我們的世界。同時，尼科萊利斯教授透露將現身極客公園 8 月的奇點大會，與大家分享目前腦機技術的發展趨勢，解答從腦機到「黑客帝國」的秘密。

「機械戰甲」背後的巴西人

2014 年世界盃上，身患截癱的巴西青年朱利亞諾·平託身穿一套奇怪的「機械戰甲」，在工作人員的幫助下開出了世界盃的第一腳球。這樣一個「桑巴奇迹」的誕生，是米格爾·尼科萊利斯教授團隊的功勞，他們使用腦機介面技術+外骨骼，成功讓一個癱瘓患者恢復了行動能力。除了巴西世界盃的驚世一腳，尼科萊利斯團隊還實現了獼猴通過意識控制異地的機械手臂、老鼠「千里傳情」等多個世界知名的實驗。

雖然在近年來成為焦點，但其實腦機介面技術並非全新技術。早在上世紀 60 年代，英國 Burden Neurological Institute 的 Grey Walter，就在癲癇病人腦內貼近大腦皮層的地方植入電極，讓病人用思維控制幻燈片機器的切換。時間推進到 80 年代，米格爾·尼科萊利斯進入聖保羅大學醫學院學習神經生理學，師從塞薩爾·艾瑞爾（Cesar Timo-Iaria）教授。當被問到當時為什麼選擇了神經生理學時，尼科萊利斯教授回答：「小時候曾經看過一本介紹大腦的書，當時的我覺得大腦是世界上最神奇的事物。」

完成聖保羅大學學業后，米格爾來到美國 Hahnemann 大學繼續神經科學的研究，稍後又去到美國杜克大學神經生物學學院，和同事一起研究腦機介面技術。當時正值 80 年代末 90 年代初，電腦浪潮席捲世界，米格爾和同事在神經科學之外，還自學編程來完成腦機介面的早期實驗。「當時我們的存儲只有幾十 KB，不像想在都是 GB 的存儲，所以我們的程序必須寫的十分完美。」尼科萊利斯教授說到。

2002 年，米格爾及其團隊通過在獼猴腦中植入電極陣列，成功讓獼猴通過意識控制機械臂完成抓取等動作。2008 年 1 月，團隊讓身在美國達勒姆實驗室的猴子用意識控制了遠在日本京都實驗室內機器人的行走，更驚人的是，整個控制閉環所需要的時間，比猴子從自己大腦意識傳播到肌肉的時間還快 20 毫秒。6 年之後，全世界都見證了 2014 年巴西世界盃令人驚艷的開場。

矽谷開始追逐風暴

2012 年的 TED 大會上，尼科萊利斯教授非常詩意的稱腦機技術是「追逐風暴」，因為自己和同事一直以來做的就是追尋大腦神經元製造的電子風暴，並試圖破解它們。而現在，腦機技術在發展數十年後成為熱門，在「追逐風暴」額身影中，開始出現矽谷 IT 巨頭。

矽谷鋼鐵俠 Elon Musk 除了電動車和太空探索之外，在腦機技術上也有宏大野心。馬斯克希望藉助腦機技術，實現人腦增強，最後達到人與 AI 合一，人類可以上傳和下載意識的終極目標。雖然很難判斷馬斯克的腦機暢想和火星移民哪個更誇張，但其創立的 Neuralink 公司已經開始徵集神經科學行業內的頂級專家 Vanessa Tolosa、Timothy J. Gardner、Philip Sabes 等人，在植入電極、信號傳輸放大以及信號解碼等方面進行研究。

2 個月前的谷歌 F8 大會上，旗下 Building 8 團隊展示了植入式腦機技術成果，讓一位殘障人士利用意識成功輸入打字。在腦機技術項目上，Facebook 已經組建了 60 多人的團隊，在語音解碼、語言的機器學習、光學神經系統以及神經假肢等方面進行研究。

除了上述巨頭，一些初創公司也加入到腦機技術的競爭中。例如 Neuropace，該公司研發的響應式神經刺激系統（RNS）通過植入大腦的電極，實現監控和控制癲癇病人的腦神經異常活動。Longeviti Neuro Solutions 公司的目標更確切一些，研髮帶有介面的頭蓋骨嵌片，方便植入電極或者藥物注入。

「幾天前我剛剛在一個會議上給一群矽谷的 CEO 將腦機介面技術。」米格爾說到，他認為腦機技術目前在矽谷已經成為一種「狂熱」。

產品思維無法解決腦機難題

不過，尼科萊利斯認為，矽谷在 IT 和互聯網領域的成功，或許很難複製到腦機技術上。在探討規矩巨頭在 BMI 技術的野心之前，有必要簡單闡述一下腦機技術的原理。本質上來說，腦機技術可以分為三個部分：

信號採集

顧名思義，就是大腦皮質中神經元的活動及信號的獲取，這是腦機技術的根本，沒有信號的獲取之後的步驟自然無法開展。從方式上來說，信號的採集分為兩種，植入式和非侵入式，前者通過在大腦皮質區植入電極陣列來獲取信號，後者通過津貼顱骨的電極來收集信號。兩種方式各有利弊，非侵入式優勢在於無傷害，但是採集的信號質量低不穩定；植入式能夠獲得高質量神經元信號，但由於點擊植入大腦，不可避免的會造成大腦物理損傷。

信號傳輸

腦機技術中的重要一環，即便是植入的方式，所獲取的信號也相當微弱，必須通過專業設備對信號進行放大和降噪。目前的信號傳輸依然是有線方式，專門用來分析和放大腦電信號的機器尺寸都很大，想讓實驗者帶著這樣一台機器理論移動可行實際不可操作。

信號解碼

腦機技術的核心所在，在搜集到腦電信號之後，如何破解分析並讀懂這些信號，並將信號轉化為機器能夠識別的編碼和程序，才能最終實現通過意識控制機器的目的。如尼科萊利斯教授一樣的神經科學家一直以來致力的就是如何讀懂大腦信號，即信號的解碼工作。

尼科萊利斯教授認為，矽谷精英們的「工程師思維」和「編程特長」或許可以在信號採集和放大，以及信號解碼之後的機器對接方面有較強優勢，但對於腦機技術的核心，即大腦信號解碼方面卻是摸不到頭腦。「我相信他們可以製造出一個非常漂亮非常易於操作的產品或者 App，但是很遺憾它們並不會起作用，因為製作者並不理解大腦和腦電信號的運作原理。米格爾說到。」

從實驗室到市場 腦機技術或需至少 10 年

從 1960 年代到現在，半個世紀之後，經過眾多神經科學、生物工程以及醫學專家的共同努力，腦機技術已經從實驗室階段過渡到現在的臨床測試期。全球的腦機技術團隊都在嘗試和醫學院以及醫院合作，為漸凍症、腦癱以及中風患者提供一個恢復交流甚至行動功能的機會。尼科萊利斯教授透露，目前團隊也正在和國內的大醫院就腦機技術在臨床項目上進行合作。「大概有幾千萬腦癱或者中風患者，腦機技術能夠幫助他們更好的生活。」米格爾說到。同時尼科萊利斯教授對即將到來的極客公園 8 月的奇點大會也十分期待，他十分希望將自己在腦機領域的經驗和預測分享給同行。

對於目前腦機技術的發展，尼科萊利斯認為最重要的是進行大量測試。「波音後者空客要推出一個新機型，會進行多年的測試，要不然我是絕對不會這些新飛機的。」米格爾說到，而處於臨床實驗階段的腦機技術需要的正是大量的測試機會。只有通過這些測試，科學家才能更加了解大腦的運行機制，進而真正提高腦機技術水平。

而向來對工程和產品更加擅長的矽谷 IT 巨頭，則將目光鎖定在和硬體相關的難題上。上文中說大腦神經信號的採集分為兩種，植入式和非侵入式，兩種方式都有特有的難題。植入的方式，由於需要將電極放置在大腦皮質中，後者產生的排異反應會漸漸讓電極失效，導致無法採集信號；非侵入方式，由於保持接觸的凝膠乾燥等問題，並不能長時間保持信號的採集。

針對這些問題，目前矽谷競爭者也各有方式，馬斯克的 Neuralink 正在研究使用柔性硅基聚合物電極來解決大腦對電極的排斥反應；Facebook 則希望使用光學方式來進行大腦神經信號的採集。但無論是植入式還是非侵入式，要想腦機技術產品像 iPhone 一樣走進大眾市場，還需要很長時間。「我的預測是還需要 10 年-20 年時間。」尼科萊利斯教授說到，他認為自己的預見還是比較保守的。「這些大公司開始在技術上進行投入，或許會加速整個進程。」米格爾說到。

脫離空間顛覆認知 直抵《黑客帝國》

其實，如果脫離這些技術上的難題，從宏觀上來看腦機技術的話，相信所有人都會為其震驚。本質上普通人只能用自己的意識來直接控制自己的身體（不包括使用工具），而腦機技術能夠讓人類實現通過意識操控遠在千里之外的機器人，更重要的是，通過機器人（肢體）的感測器，這些感覺可以實時傳回到人類的大腦——某種程度上人類已經實現了肉體的無限延伸和空間的穿越，這已經顛覆了人類的認知。而如果腦機技術成功，人類對於何為自我，何為意識都將會有全新的認識。

「想象一下在未來你可以通過意識來控制手機、電視和汽車等工具，那會多麼方便。」米格爾笑著說到，這位專家認為腦機技術將會完全顛覆人類與世界的交互，當然更重要的是，也將改變人類之間的交互。「之後我們不再需要語言，可以完全靠意識來進行交流，那個效率就不是文字和語言能比的了。」尼科萊利斯教授描述了這樣一個科幻電影中常見的場景。而如果米格爾描述的未來成為現實，可以想見我們未來的生活和世界將會有翻天覆地的巨變。

而等到腦機技術發展成熟，馬斯克的「意識上傳和下載」成為可能，我們或許將進入到《黑客帝國》中的場景，當然背景沒有那麼黑暗。「在那之前，我們還有太多的事情要做。」尼科萊利斯教授總結到。

來極客公園奇點大會看教授！

對腦機技術有興趣的同學，你可幸運了。米格爾·尼可萊利斯教授將在 8 月蒞臨極客公園奇點大會，與大家分享關於腦機介面的最新進展。想要參加活動的同學請掃描下方二維碼報名，機不可失。

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