《攻殼機動隊》中的腦機介面到底能不能實現？

07-11

撰文 |Rajesh P. N. Rao, James Wu

翻譯 | 劉彬

和古希臘人希望在天上飛翔一樣，今天的人們渴望將意識和機器融合到一起。有人甚至將這種方式看作繞開死亡的途徑之一。然而，意識能否直接和人工智慧，機器人，或者其他意識通過腦機介面（BCI）技術連接，從而打破人類自身的局限性？

過去的50年中，來自全球各大學實驗室，公司的研究人員在實現這個目標的道路上取得了令人矚目的進展。最近，埃隆·馬斯克（Neuralink，「神經交聯」公司），布萊恩·約翰遜（Kernel，「內核」公司）等成功企業家已宣布成立新的公司，致力於研究通過腦機介面提高人類的能力。

我們離真正成功能實現將自己的大腦和技術產物連接到一起到底有多近？如果我們的意識能被「插入」，又將帶來哪些影響？

起源：復健醫學和機能恢復

感測運動神經工程中心（CSNE）的研究員埃博·菲茲（Eb Fetz）是最早將機器與意識連接到一起的先驅人物之一。1969年，在個人電腦都沒被發明出來的時代，他證實，猴子可以通過放大他們的大腦信號控制錶盤上指針的運動。

近期在腦機介面技術方面的大部分工作都旨在提高癱瘓或嚴重運動障礙人士的生活質量。你可能已經讀到過一些相關成就的報道：匹茲堡大學的研究人員利用記錄在大腦中的信號來控制機械臂。斯坦福大學的研究人員可以從癱瘓患者的大腦信號中提取運動意向，使他們能無線使用平板電腦。

類似地，一些受限的虛擬感覺可以通過在腦內或腦表面傳遞電流的方式被發送回大腦。

對於嚴重視力障礙人士來講，早期版本的仿生眼已經商業化，目前正在進行新一代改進版本的臨床試驗。另一方面，耳蝸植入物已經成為最成功最普遍的仿生植入物之一——全球超過30萬的用戶藉助人工耳蝸來獲得聽力。

一種被用來探測大腦表面的電信號變化的腦皮層電測試電極片正在進行電學性能表徵。

目前最複雜的腦機介面技術是雙向腦機介面（BBCI），該技術能同時記錄並刺激神經系統。科學家希望將雙向腦機介面技術作為一種根治中風和脊髓損傷的醫療工具。我們已經證明，雙向腦機介面可以用來加強兩個腦區或大腦和脊髓之間的聯繫，重新規劃損傷區域周圍的信息傳導，從而恢復癱瘓肢體的功能。

看到迄今為止所有的這些成果，您可能認為腦機介面將成為下一個消費者必備小工具。

大門才剛剛打開

但是仔細看一下目前腦機介面技術的展示成果，他們揭示了我們仍有很長的路要走。相對於健康人類四肢活動的簡簡單單，藉助腦機介面技術產生的運動要慢很多，更不精確，能做的活動也不能那麼複雜。仿生眼只能提供低解析度的視覺，耳蝸植入物能電子化傳遞有限的言語信息，但會扭曲對音樂的體驗。而為了能讓這些技術發揮作用，必須手術植入電極——這種前景提案大多數人根本不會考慮。

然而並非所有的腦機介面技術都是侵入性的。確實有不需手術的無創腦機介面，他們通過基於來自頭皮的腦電（EEG）信號記錄實現運動控制，目前已經應用在控制游標，輪椅，機械臂，無人機，人形機器人甚至腦對腦通訊領域當中。

腦機介面技術能藉助在所需對象或者位置閃爍時大腦的反射性應答，使機器人得以推斷出要撿起哪個物體並將其放到哪裡。

但是所有這些展示都在實驗室當中——房間安靜，被試對象不會被分心，技術設置漫長而繁瑣，顯示出概念的可行性之後實驗就會結束。事實已經證明，讓這些系統能迅速，穩定地在現實世界中應用，是非常困難的。

即使使用植入電極，「讀心」還面臨另一個難以解決的問題：我們大腦的結構到底是怎麼樣工作的。我們知道，每一個神經元及與其連接的成千上萬相鄰結構構成了難以想像的巨大而不斷變化的網路系統。這對於神經元工程師來講又意味著什麼呢？

想像一下，您正在嘗試了解一大群朋友之間關於一個非常複雜主題的對話，但是您只能被允許聽取一個人的意見。您可能能弄清楚談話的粗略主題，但絕對不是整個討論的所有細枝末節。因為即使我們最好的植入物也只能讓我們一次聽到大腦的幾個小塊，我們能做出一些令人印象深刻的事情，但是無論如何我們也無法理解完整的對話。

另外就是語言障礙問題。神經元通過複雜電信號和化學信號的相互作用彼此通信。這種自然的電-化學語言可以通過電路來進行詮釋，但這並不簡單。類似地，當我們利用電刺激返回去跟大腦講話的時候，語言當中將帶有濃重的電「口音」。這使得神經元難以理解其他所有神經活動中正在嘗試傳達的內容。

最後還有損壞問題。腦組織柔軟而富有彈性，而大多數導電材料——連接到腦組織的電線——往往是非常堅硬的。這意味著植入性的電子設備通常會導致瘢痕和免疫反應，從而使得植入物將隨著時間的遷移失去作用。具有彈性的生物相容纖維和材質在這方面可能最終會有所幫助。

依然樂觀？

儘管面臨這所有這些挑戰，我們對仿生學的未來仍感到樂觀。腦機介面不一定非要完美。我們的大腦具有驚人的適應性，能以類似學會駕駛汽車或者使用觸摸屏等新技能的方式學習使用腦機介面技術。相似地，即使採用非侵入性，如利用磁脈衝信號來傳遞信息時，大腦也可以學會詮釋新類型的感官信息。

我們認為最終能獲得一個「共同適應」的雙向腦機介面，電子元件和大腦共同學習，並在學習過程中和大腦不斷的交流反饋，這可能將被證實是建立神經橋樑的必要步驟。構建這種能共同適應的雙向腦機介面是我們中心的目標。

對於使用「電子藥物」靶向治療糖尿病的最新成果，我們同樣也感到萬分激動——這是一種能通過向人體內部器官直接傳達命令替代傳統藥物來治療疾病的實驗性植入裝置。

研究人員已經發現克服電信號和生化信號間語言障礙的新途徑。例如，可注射的「神經蕾絲」（neurallace）可能將被證實是一種有希望能逐漸允許神經元沿著植入裝置生長而不是拒絕他們的有效方法。基於納米線的彈性探針，柔性神經元支架和玻質碳纖維交互可能最終也能允許生物性結構和技術性機體在我們的身體中愉快共存。

從輔助到提增我們的大腦能在持續白熱化的人類與人工智慧間的軍備競賽中脫穎而出。他希望通過連接技術產物來提高人類大腦自身的能力——可能能夠幫助我們避免遭遇潛在的反烏托邦式的未來，在那種未來中人工智慧的能力遠遠超過自然人。這樣的想法可能看起來很遙遠虛幻，但是我們不能僅僅因為新穎陌生就忽略一個想法。畢竟，無人駕駛汽車在在十幾年前還被歸類於科幻——可現在他們已經駛上公路。

在不久的將來，隨著腦機介面超越使殘疾人恢復健康這一功能，進軍到提升健全個體，賦予他們超越人類自身能力的新領域，我們需要敏銳的意識到這將牽扯到與知情同意權，個人隱私，身份，組織管理以及不平等性有關的諸多問題。

在我們中心，一組由哲學家，臨床醫師和工程師組成的團隊正進行協作，積極地去處理這些倫理，道德和社會公平正義相關的問題，以求在這個領域發展的太過成熟之前提供神經倫理學方面的準則指南。

將我們的大腦直接和技術產物連接可能是一個類似歷代以來人類通過技術提高自身能力的自然而言的進步：從使用輪子打破雙足的局限性，到利用泥板紙張加強記憶，我們一直都有同樣的需求。和現在的電腦，智能手機，虛擬現實頭盔一樣，當擴增性腦機介面最終進入消費市場，會令人振奮，也會令人沮喪，有風險，同時又充滿希望。