人類首次植入腦機接口芯片 《黑客帝國》成爲現實？

本文轉自：人民網-科普中國

今年年初，埃隆·馬斯克在社交平臺X（原推特）上發表了一條消息，“神經連接公司（Neuralink）成功進行了首例腦機接口人體植入手術，植入者的恢復狀況良好。而且，植入的腦機接口設備運行良好，已經接收到了植入者腦部的神經信號。”

時隔不久，首都醫科大學宣武醫院團隊與清華大學醫學院團隊，也共同對外宣佈，腦機接口取得階段性進展，全球首例接受植入式硬膜外電極腦機接口輔助治療的四肢截癱患者，實現了自主腦控喝水。

這表明，腦機接口已經取得了不小的進步，很多網友甚至開始擔心會有《黑客帝國》《攻殼機動隊》中，黑客藉助腦機接口控制別人的事情發生。這種擔心有道理嗎？腦機接口究竟能派上什麼用場呢？下面咱們就來詳細聊聊。

腦機接口是個新概念嗎？

雖然很多媒體使用了“首例人體植入”之類的詞彙報道此事。但需要注意的是，這只是神經連接公司的首次人體實驗，而不是腦機接口的首次實驗。腦機接口這個概念則可以追溯到1973年，加州大學洛杉磯分校的雅克·維達爾（Jacques Vidal）首次提出了“腦機接口”（brain-computer interface，簡稱BCI）。

而20世紀70年代，就有團隊嘗試了腦機接口設備的人體植入實驗併成功了。而更早的時候，雖然沒有腦機接口的概念，很多人卻已經做了該領域的研究。

所以說，馬斯克本次手術成功，準確地說是在前人基礎上又邁出了重要的一步。

近期的兩個成功案例，都做了植入，那麼，機接口非得往腦袋裡安個零件嗎？像很多科幻片裡那樣戴個頭盔就能接入不是更方便嗎？這就要講講腦機接口的兩種類型了——非侵入式腦機接口和侵入式腦機接口，下面就分別說說。

非侵入式腦機接口

非侵入式腦機接口聽着高大上，但很多朋友說不定用過，因爲在醫院裡我們可能會接觸到腦電圖檢查，腦電圖（EEG）就是很多非侵入式腦機接口的基礎。

醫生們可以用腦電圖來判斷大腦的功能，檢測疾病。而通過訓練，人們也可以通過調整自己的思緒，發出某些特定的腦電波，來實現特定功能。

比如1965年，實驗音樂作曲家阿爾文·盧西爾（Alvin Lucier）就通過讓人腦產生阿爾法波，來操縱打擊樂器，製作樂曲。

除了用來創作樂曲，非侵入式腦機接口還有更多實際用處。比如在20世紀90年代，神經生物學家尼爾斯·比爾鮑默（Niels Birbaumer）開始訓練10名幾乎癱瘓的癲癇患者通過腦電波來輸入字符，雖然輸入速度很慢，但對於幾乎癱瘓的病人來說，這已經是非常了不起的了。

在2021年，研究者們也通過基於腦電圖的非侵入式腦機接口，收集中風患者腦部的電信號，對電信號進行分析之後，讓機器人輔助患者進行手部運動，促進手部運動功能恢復。

除了檢測腦電波，非侵入式腦機接口也可以通過其他手段來判斷大腦的動態，一家叫做Kernel的公司，就通過一個像頭盔一樣的紅外設備檢測頭部的血液中某些成分的變化，從而間接推斷大腦的神經活動。這個設備可以識別出一個人正在聽什麼歌曲，還能夠幫助醫生進行一些跟大腦有關的疾病篩查。

非侵入式腦機接口設備的特點是，可以直接從外部檢測大腦信號，不需要進行手術，實驗比較方便，且風險比較低。但因爲頭骨、皮膚的干擾，非侵入式的腦機接口的分辨率會受到影響。如果能夠直接從大腦皮層接收信號，能夠獲得更準確的神經信號，這需要另一種腦機接口——侵入式腦機接口。

侵入式腦機接口

侵入式腦機接口需要進行手術，將電極植入到大腦皮層或者灰質中，從而獲取更準確的信號，這次的N1植入體就屬於這一類。

早在1978年，侵入式腦機接口就已經進行了人體實驗。當時，科學家威廉·多貝爾（William Dobelle）希望通過侵入式腦機接口設備幫助非先天性失明患者“重建視覺”。

多貝爾在一位非先天性失明的患者視覺皮層內植入了電極設備。這個電極設備與患者眼鏡上的攝像頭相連接，攝像頭在採集到周圍環境的光信號之後，把信號發射到電極，電極刺激受試者大腦中的視覺皮層，讓失明的人重新“看到光”。這也是最早的侵入式腦機接口人體實驗。

除了能夠解決視覺問題，侵入式腦機接口在移動光標和控制假肢方面也有很多應用。比如，在1998年，一位患“鎖定綜合徵”（幾乎完全癱瘓，不能移動四肢）的患者植入了腦機接口設備，通過這個設備，患者能夠用“意念”操縱電腦光標。

而2024年1月神經連接公司的侵入式腦機接口設備，能夠學習使用者的腦電波和意圖之間的關係。按照馬斯克的說法，這個設備能夠幫助使用者操控手機電腦，以及手機電腦連接着的任何設備。

當然了，侵入式腦機接口也並非沒有缺點。最顯而易見的就是手術風險了，而且手術後，傷口處可能會產生瘢痕組織，影響電極接收到的信號。另外，人體可能會對植入物產生排異反應，這可能會對植入者的身體產生負面影響，還可能造成感染。所以，侵入式腦機接口和非侵入式腦機接口並沒有絕對的誰好誰壞，要綜合判斷效果和風險。

人的念頭紛繁複雜，想弄明白主人到底想幹啥，對腦機接口來說，確實是個艱鉅的任務，無論是侵入式還是非侵入式腦機接口，都需要收集大腦發出的信號，將這些信號轉換成特定的意圖，這個過程需要對大量的信號數據進行分析處理，而這正是人工智能技術特別是深度學習技術所擅長的。

隨着深度學習技術的發展，人工智能填補了混亂的腦電圖數據的空白，大大降低了解碼記錄中的錯誤率。因此，隨着深度學習技術的發展，腦機接口技術也突飛猛進。

腦機接口將成爲黑客的後門？

《黑客帝國》《攻殼機動隊》這樣的科幻作品裡，黑客高手輕易就能通過腦機接口獲取別人的信息，甚至操縱被入侵者，很多人反對腦機接口也是出於這個原因。

除了安全性，腦機接口也可能會帶來一些倫理問題，比如腦機接口領域有一個研究方向是情緒識別和情緒調控。比如腦機接口設備能夠識別出一個人不願意表露出的真實的情緒，同時可以通過電流刺激特定的腦區，從而“調節情緒”。如果我們不想被人知道自己的想法，不想在悲傷的時候被強行變得開心，這樣的腦機接口設備會不會存在倫理問題？

好消息是，目前來看，還遠遠不用擔心這些問題，因爲目前的腦機接口技術還遠做不到科幻電影中的程度，而且腦機接口技術目前並不面向普通人，大部分腦機接口僅僅是用來幫助有障礙人士更好地生活。那未來呢？隨着腦機接口技術的進一步發展，它大概終究會有進入普通人生活的一天。

但我們可以借鑑2009年《自然》（Nature）論文中提到的一句話：“腦機接口確實帶來了一些倫理問題，但是這些問題從來就不是新鮮的挑戰。”在醫學、科學領域，已經有太多類似的案例，在一項技術真正步入大衆市場前後，與之相關的規範約束也會日漸完善，我們只需密切關注，不必提前恐慌。

作者：科學邊角料科普創作者

審覈：中科院生物物理研究所副研究員陶寧