馬斯克的“大腦改造計(jì)劃”，還需要點(diǎn)亮哪些技能樹(shù)？
硅谷鋼鐵俠的傾情安利，讓腦機(jī)接口成了一個(gè)火到燙耳的熱詞。
7月17日舊金山的一場(chǎng)公開(kāi)活動(dòng)中，馬斯克投資的神經(jīng)科學(xué)公司Neuralink公布了最新的腦機(jī)接口裝置。“無(wú)損植入”“裝備完整”“成功應(yīng)用”，是被重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的特殊之處。
一時(shí)間全網(wǎng)都在喊《黑客帝國(guó)》來(lái)了，話題更是一度延伸到了科技倫理、人機(jī)共生等哲學(xué)層面。不過(guò)不出所料，很快就有專業(yè)人士出來(lái)打臉，認(rèn)為產(chǎn)品遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到可應(yīng)用的預(yù)期。別問(wèn)，問(wèn)就是“畫(huà)餅”。
必須承認(rèn)，馬斯克是一個(gè)非常善于打破次元壁、將科幻搬進(jìn)現(xiàn)實(shí)的公關(guān)天才?？上КF(xiàn)實(shí)與科幻作品最大的區(qū)別就是，藝術(shù)可以盡情放飛腦洞，但技術(shù)想要從0變成100，中間的1到99都是無(wú)法省略的步驟。尤其腦機(jī)接口這樣牽涉甚廣的交叉學(xué)科，更不會(huì)跳過(guò)打怪升級(jí)的過(guò)程直接一步封神。
這也是為什么，馬斯克為我們描繪了一個(gè)人機(jī)共生的震撼未來(lái)，卻又很難具象與明確。那么，馬斯克的成果與真實(shí)的腦科學(xué)之間，究竟是以何種關(guān)系共生的？腦機(jī)接口未來(lái)又將以怎樣的路線圖演進(jìn)？
腦機(jī)接口的“馬斯克形態(tài)”：科學(xué)還是玄學(xué)？
事故后只剩下大腦，也能操控機(jī)械骨骼；用腦神經(jīng)指揮機(jī)甲與敵人搏斗；甚至將大腦中的意識(shí)提取并轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)另一種概念上的永生……
乍一聽(tīng)，你可能會(huì)覺(jué)得自己走錯(cuò)了片場(chǎng)——“這也太玄乎了吧！”，而這正是馬斯克與Neuralink公司為人類安排的未來(lái)。
按照馬斯克的規(guī)劃，他們打造的腦機(jī)連接設(shè)備，包含了為腦機(jī)接口系統(tǒng)特質(zhì)的柔性電線、類似縫紉機(jī)的穿線機(jī)器人，以及讀取大腦信號(hào)的電子芯片，安裝完成后，可以通過(guò)USB連接大腦，并用iPhone進(jìn)行控制。往近了說(shuō)能幫助一些腦損傷患者（例如中風(fēng)、癌癥或者先天障礙）提升生活質(zhì)量；長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)則是讓所有人實(shí)現(xiàn)移動(dòng)、視覺(jué)、語(yǔ)言交流等運(yùn)動(dòng)的“腦部操作”。
針對(duì)前一目標(biāo)，我們已經(jīng)看到了不少實(shí)際的應(yīng)用案例。比如利用神經(jīng)脈沖恢復(fù)聽(tīng)覺(jué)的人工耳蝸；幫助13 名癱瘓者控制肢體的 BrainGate 系統(tǒng)；Facebook靠腦輸出的語(yǔ)音文本界面……但如果設(shè)定一個(gè)高可靠、規(guī)?；膱?zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，“馬斯克形態(tài)”的腦機(jī)接口，似乎只能呆在實(shí)驗(yàn)室里，或者科幻小說(shuō)中。
首先要知道，理想中的腦機(jī)接口都是如何實(shí)現(xiàn)的？
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)設(shè)備刺激腦部神經(jīng)元，捕捉相應(yīng)的感知信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行讀取和記錄，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成指令發(fā)送給外部設(shè)備，比如機(jī)械臂、電子屏幕甚至物聯(lián)網(wǎng)裝置。
所以腦機(jī)接口技術(shù)的核心突破點(diǎn)，就在于三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：
1.腦。
檢測(cè)到腦部活動(dòng)并不難，核磁共振、腦電圖等都可以檢測(cè)到大規(guī)模神經(jīng)元的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。但想要通過(guò)人力對(duì)大腦進(jìn)行結(jié)構(gòu)重建和功能模擬，需要完整的腦部路線圖來(lái)確保人工指令的精準(zhǔn)觸發(fā)與送達(dá)。但以目前的腦認(rèn)知水平，基于自發(fā)腦電的任務(wù)識(shí)別率只有80%，誘發(fā)腦電的控制精度同樣也達(dá)不到使用要求。也難怪馬斯克和Neuralink談到自家設(shè)備時(shí)，究竟能做什么，刺激哪些部位，怎么實(shí)現(xiàn)的，一律含糊其詞了。
2.機(jī)。
腦機(jī)接口設(shè)備采集到的腦電信號(hào)之后，最關(guān)鍵的一步就是對(duì)其進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成機(jī)器語(yǔ)言被電腦接收，進(jìn)而達(dá)到輔助人類的目標(biāo)。但腦機(jī)接口的通信速率還比較低，而且不可避免地會(huì)遇到環(huán)境干擾。由于需要在PC平臺(tái)上處理信息，所以目前BCI產(chǎn)品的便攜性也很差。
舉個(gè)例子，目前基于視覺(jué)信號(hào)誘發(fā)的BCI通信速率最高，但也只有60-100bit/min。像是通過(guò)跟蹤電腦屏幕上虛擬鍵盤的視覺(jué)信號(hào)，來(lái)顯示對(duì)應(yīng)的文字，以目前的技術(shù)只能做到每分鐘輸出10個(gè)單詞，還必須精神高度集中。這樣的信息轉(zhuǎn)換效率，說(shuō)一句話、遞一杯水都累個(gè)半死，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到正常交流、操控自如的水平。
3.接口。
生物相容性，是腦機(jī)接口的先決條件。而目前的技術(shù)解決方案都有不少問(wèn)題，非植入設(shè)備對(duì)腦電波信號(hào)的捕捉極其不穩(wěn)定，無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確讀取和控制。而植入設(shè)備，要么采用硬金屬或半導(dǎo)體，很容易引起人體的排異反應(yīng)；要么則是Neuralink所采用的超細(xì)聚合物管線，硬度不足，需要靠“縫紉機(jī)”機(jī)器人把它“編織”進(jìn)大腦，這種介入是否會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)膠質(zhì)增生的組織損傷，馬斯克并沒(méi)有拿出足夠有說(shuō)服力的證明。
這三點(diǎn)限制反映了腦機(jī)接口的先天難題：無(wú)法真正復(fù)制大腦神經(jīng)云的工作原理及運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)，現(xiàn)有電子技術(shù)無(wú)法處理高清腦信號(hào)，工業(yè)體系無(wú)法實(shí)現(xiàn)安全無(wú)創(chuàng)隨取隨用的移植，使得腦機(jī)接口雖然看上去很酷，卻始終只能在應(yīng)用的邊緣徘徊。
如果我們將腦機(jī)智能看做是一個(gè)蘊(yùn)藏著巨大財(cái)富的技術(shù)世界，如今的馬斯克就像是拿到了一張局部高糊地圖，就呼吁大家上車跟他一起去尋寶……
相比“腦部改造”，更重要的是腦認(rèn)知與腦模擬 “兩開(kāi)花”
想要在人類大腦上“為所欲為”，一個(gè)真實(shí)可靠高精度的技術(shù)路線圖是必不可少的。而這里腦機(jī)接口的存在感很低，主要依賴兩個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域——認(rèn)路，即理解大腦的結(jié)構(gòu)和功能，以及神經(jīng)信息處理的機(jī)制；造路，通過(guò)智能技術(shù)模擬大腦運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
其中，腦認(rèn)知的訴求帶動(dòng)了基礎(chǔ)腦科學(xué)的突破，這在各國(guó)的腦計(jì)劃中都是重中之重。比如美國(guó)的腦計(jì)劃就提出一個(gè)口號(hào)——記錄神經(jīng)環(huán)路中每一個(gè)神經(jīng)元的每一個(gè)鋒電位，填補(bǔ)宏觀意識(shí)與微觀電子之間的“明顯的鴻溝”。2016年發(fā)布的“中國(guó)腦計(jì)劃”， 也將研究腦認(rèn)知的神經(jīng)原理作為學(xué)科制高點(diǎn)。
而類腦智能則從算法角度為人類探索大腦提供了一種途徑。核心在于“模擬大腦”的超級(jí)能力，背后包含了一系列應(yīng)用落地的技術(shù)和硬件體系。腦機(jī)接口的計(jì)算技術(shù)和器件，腦機(jī)融合的新模型新方法等等只是類腦智能的其中一個(gè)分支。
換句話說(shuō)，腦認(rèn)知與腦模擬是智能的“一體兩面“，未來(lái)想要占領(lǐng)智能的高地，很大程度上要看哪個(gè)國(guó)家或企業(yè)能率先做到這兩個(gè)領(lǐng)域真正地融合發(fā)展。只有二者在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中不期而遇，腦機(jī)接口的“大腦改造計(jì)劃”才有可能夢(mèng)想成真。
接下來(lái)，腦機(jī)接口還需要點(diǎn)亮哪些技能樹(shù)？
站在這個(gè)角度審視腦機(jī)接口，會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)前階段它更合理的角色，是成為腦認(rèn)知與腦模擬的輔助技術(shù)中的一員，而不是直接上位“大腦指揮官”。
當(dāng)然，終極版的“腦機(jī)接口”是那么神奇而迷人，也讓我們?nèi)滩蛔?lái)設(shè)想一下，想要抵達(dá)大腦這片“無(wú)垠之海”，還需要點(diǎn)亮哪些技能：
1.人類腦圖譜。傳統(tǒng)核磁共振等腦成像技術(shù)讓人們了解了大腦宏觀結(jié)構(gòu)和功能區(qū)塊，而要實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口想要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的多元任務(wù)目標(biāo)，就依賴于細(xì)胞級(jí)分辨率（微米級(jí)）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖譜和高時(shí)間分辨率（毫秒級(jí)）的神經(jīng)元集群的電活動(dòng)圖譜。這有點(diǎn)無(wú)人駕駛領(lǐng)域的高精度地圖，有了它才能平穩(wěn)飆車。目前各國(guó)都在這一領(lǐng)域加緊布局，日本的大腦圖譜MINDS就對(duì)“普通狨猴”展開(kāi)了結(jié)構(gòu)和功能地圖測(cè)繪；2016年中科院繪制的一張全新人類腦圖譜，就包含了246個(gè)精細(xì)腦區(qū)亞區(qū)。未來(lái)研究成果的完善與擴(kuò)大，揭開(kāi)腦電與腦功能的因果關(guān)系，腦機(jī)接口的精確操控或許才成為可能。
2.微電極技術(shù)。傳統(tǒng)腦機(jī)接口之所以發(fā)展不起來(lái)，一個(gè)關(guān)鍵原因就在于臨床上還沒(méi)有出現(xiàn)能記錄和處理大量信息的微電極陣列?，F(xiàn)有的半導(dǎo)體尺寸都很大，一些腦機(jī)器械需要專家才能操作。如果必須讓一個(gè)神經(jīng)學(xué)碩士站在患者旁邊幫他操作，這項(xiàng)技術(shù)顯然就沒(méi)有太大使用價(jià)值。最后真正擁有機(jī)會(huì)的，一定是低損傷甚至無(wú)損傷的微型電極。
3.半導(dǎo)體技術(shù)。傳統(tǒng)的腦機(jī)芯片計(jì)算效率很低，只能處理很小一部分神經(jīng)元信號(hào)。實(shí)驗(yàn)室中科學(xué)家可以通過(guò)PC等外部設(shè)備花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)離線處理，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，實(shí)時(shí)腦機(jī)接口則要求最大化的解碼效率，同時(shí)還要盡可能少地耗能，總不能隔三差五取出來(lái)充電吧。Neuralink最后選擇了自研芯片可能也是出于這種考慮，但持久度如何還有待檢驗(yàn)。
4.人工智能算法。與其依賴大腦自行完成操作，并為漫無(wú)邊際、時(shí)有波動(dòng)的腦電波信號(hào)感到困擾，不如將解決的希望放在算法上。相比人腦，算法的可塑性更強(qiáng)。斯坦福大學(xué)就通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)模型來(lái)預(yù)測(cè)用戶眼動(dòng)的意圖，幫助光標(biāo)自動(dòng)移動(dòng)到特定位置，從而提升了大腦打字的效率。受臨床實(shí)驗(yàn)的限制，目前此類算法的數(shù)據(jù)規(guī)模還比較少，準(zhǔn)確率還有待提升，熱衷于靠腦機(jī)+AI改造人類的馬斯克將研究重點(diǎn)放在這里或許可行性與商業(yè)價(jià)值更大。
通過(guò)上述技術(shù)突破點(diǎn)不難看出，馬斯克預(yù)想中的“半機(jī)器人”時(shí)代，對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)、材料學(xué)、通訊技術(shù)及相關(guān)軟硬件的需求都很強(qiáng)烈?；蛟S相比腦機(jī)接口這樣炸裂而遙遠(yuǎn)的“大風(fēng)口”，這些關(guān)聯(lián)技術(shù)的接連爆發(fā)，才是真正的“金礦”。
與其急于圓一個(gè)“黑客帝國(guó)”的癡夢(mèng)，倒不如沿著枯燥而真實(shí)的技術(shù)演進(jìn)路線去一步步打磨與淬煉。
