或从科幻走进现实,人类将成为半机械人而永生
分类:古代历史

新华社上海7月20日电将某种设备植入大脑以实现人类和计算机之间的快速通信,这是《黑客帝国》等经典科幻电影中的情节,“脑机接口”也是很多人津津乐道的话题。如今,在被称为“硅谷钢铁侠”的埃隆·马斯克的口中,“脑机接口”或将从科幻走进现实。

“钢铁侠”马斯克的神经网络公司Neuralink当地时间周二晚间发布了其最新的研究成果,并表示已经准备好在瘫痪患者颅内进行电极植入的外科手术,使其能用意念来控制电脑。

芯片植入大脑,复制记忆”,人类即可永生,有科学家表示。

就在马斯克宣布其脑机接口公司Neuralink的新进展不到两周,Facebook提出挑战——该公司宣布脑机接口项目取得进展。

让人兴奋的脑机接口

这一成果最大的亮点在于使用了一种新型的“缝纫机式”的神经外科手术机器人,用激光无痛钻孔的方式将微丝电极植入人脑。目前Neuralink已经在老鼠身上进行实验,但研究人员认为,只有在大型动物身上实验后才能证明成功,这需要一个相当漫长的过程。

物联网已经来了,脑联网还会远吗?

早在2017年,Facebook就宣布展开一项脑机接口项目,目的是为了实现用户仅仅通过意念来打字,而不需要依赖于任何侵入式设备。Facebook还称,公司的目标是实现仅用意念以每分钟100个单词的速度打字。这个速度是人在手机上打字速度的5倍。

埃隆·马斯克日前宣布,他旗下的脑机接口初创公司Neuralink已经找到了高效实现脑机接口的方法,这套高宽带脑机接口系统可快速读取脑信号,并有望在明年年底之前开始对人类进行试验。

意念控制机械臂已经实现

女主角阿丽塔被发现时,只有大脑保存完好,当依德医生巧妙地为她安装了机械肢体后,阿丽塔奇迹般地复活了。复活后的阿丽塔一直对意识、人性,以及“我是谁?我在哪?我要做什么?”不懈追求。

脑电波实时“解码”语言

据悉,Neuralink的脑机接口系统,是利用一台神经手术机器人向人脑中植入被称为“线”的专有技术芯片和信息条,然后可直接通过USB-C接口读取大脑信号,甚至可以通过苹果手机的应用程序进行控制。Neuralink公司已开始在老鼠身上进行测试,并与加州大学戴维斯分校合作用猴子试验。

根据马斯克的说法,Neuralink将寻求最早在明年获得美国食品和药物管理局的批准,开始对人类进行临床试验。

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在过去两年中,Facebook与加州大学旧金山分校在内的多个大学进行合作,来研究如何在大脑中放置电极从而通过脑电波来实时“解码”人类语言。

来自Neuralink的“黑科技”瞬间刷屏,不仅令全球网友兴奋,也使脑科学领域的专家们感到震撼。

对此,近年来同样致力于脑科学前沿技术探索和资助的华人企业家陈天桥向第一财经记者独家回应道:“马斯克的影响力让更多人关注大脑研究的前沿领域无疑是件好事。但目前Neuralink还只在老鼠身上做了实验,我期待看到明年Neuralink在人体实验时是如何平衡脑机接口技术用于治病救人和大众商业服务的关系,非常希望能够看到在这方面有革命性的突破。”

春节期间,卡梅隆科幻电影《阿丽塔:战斗天使》热映。讲述2563年,也就是天坠之战后的三百年的故事。

根据UCSF的研究员Edward Chang等周二在《Nature Communication》杂志上发表的一篇研究报告,在三个癫痫志愿患者的实验中发现,使用人类大脑皮层活动实时解码问答对话已经成为可能。

“马斯克公布的脑机接口技术非常前沿,可谓激动人心。”复旦大学脑科学研究院院长马兰告诉记者,“首先,Neuralink的电极束非常细,大约是人类头发宽度的四分之一,而且每一束由32根电极丝组成;其次,它的电极束非常柔软,意味着它的植入给脑带来的创伤将明显减少,而且可以植入更深的脑区;另外,它所搜集的数据量很大,这一新技术对于人们对脑的理解和脑疾病的治疗或是巨大的推动。”

陈天桥对第一财经记者表示,目前脑机接口技术的主要挑战有两个,一是脑机接口技术方案是否是侵入性的,比如Neuralink选择的就是侵入性的技术方案;二是收集到的大脑信息是否足够清晰和准确。“这两个挑战是难以同时满足的,因为头盖骨的原因。”陈天桥说道,“如何平衡取决于脑机接口服务用户的最终目的。”

在那个时代,半人半机械的生理架构已经不足为奇。街头的残疾人可以自如地用机械臂弹吉他卖艺,在机动球大赛上,选手用身体上的各种机械装置互相搏杀。

Facebook还资助了UCSF一项长达一年的新研究项目,目的是试图使用大脑活动来帮助无法说话的患者交流。Facebook希望通过研究来揭示哪些大脑信号对于非侵入式的设备是最为关键的,但发明出这种设备可能还要好几年时间。

复旦大学附属华山医院副院长毛颖对于Neuralink电极的纤细度、柔软度以及电极通道量数量级的进步也表示认可。据毛颖介绍,脑机接口的技术涉及脑电信号的获取、分析、功能呈现三个部分,Neuralink在脑电信号的获取环节取得重要进步。

他表示,如果是为了治病救人,打开头盖骨,放入电极,在这一领域早已有很多激动人心的发现,比如加州理工学院陈天桥雒芊芊研究院(Chen institute)的研究人员已经实现了让瘫痪病人用意念精确控制机械臂,甚至模拟触觉。但是如果是希望对普通大众进行商用服务,那么情况则全然不同,哪怕是最少的侵入,对于政府和个人而言也是很难接受的。

聋人重获听力,盲人重见光明,瘫痪者行走,甚至,只要有一颗活着的脑袋,医生就能让你迅速重生……

Facebook从事脑机接口项目的实验室Facebook Reality Labs研究主管Mark Chevillet表示:“我们认为这可能需要十年时间,这是一项长期的研究计划。”

挑战重重的“黑科技”

陈天桥还说道,目前Chen Institute的脑机接口技术主要专注于对病人,尤其是瘫痪病人的治疗,这和Neuralink侧重点有所不同。另据第一财经记者了解,Neuralink的一位首席科学家曾是Chen Insistiute脑机接口中心主任Richard Anderson院士的学生。

脑机接口(Brain Computer Interface,BCI),所要实现的场景,在那个时代都已不是一个事儿。

脑机接口技术一直是科学努力突破的前沿技术,原理是建立人或动物大脑和外部机器设备之间的直接通路。这样大脑只要一发出信号,机器就能执行大脑传达的指令。

如此牛的“黑科技”将如何运用呢?马斯克在发布会上表示,Neuralink的技术可以帮助到那些因脊髓损伤而失去行动能力或感觉能力的截瘫患者。被马斯克称为“神经蕾丝”的微型设备,将它植入到人体体内,一些具有听力和视力缺陷或脑部损伤的人士将可以弥补部分的功能。马斯克透露,公司将争取美国食品药品管理局的批准,有望最早在2020年开始人体临床试验。

Neuralink的项目总监Shivon Zilis在周二的发布会上称,马斯克一直积极努力地致力于解决Neuralink面临的工程挑战。Neuralink主管们承认,他们在开始提供商业服务之前还有很长的路要走,但他们已经准备好将其工作开诚布公地进行讨论。

当然,即便现在,脑机接口技术也不属于纯科幻。在硅谷,有许多企业家正在从事这一激动人心的事业,其中就包括埃隆?马斯克。

不过相比Neuralink所使用的侵入式的脑机接口技术,Facebook的这种非侵入式的解决方案的普及前景更广。Chevillet已经对大众层面的应用有了基本的设想——一副使用增强现实技术的眼镜,包括基于脑机接口的方法,从发送短信到调整歌曲音量,或者简单地执行类似于鼠标点击的操作。我们设想的案例肯定适合所有人。”他表示。

然而,在业内人士看来,作为侵入式的大脑信息采集方式,Neuralink未来所面临的挑战是不可回避的。

上海科技大学神经科学研究员胡霁博士对第一财经记者表示:“脑机接口的技术的确已经步入成熟,后面有些工程问题需要解决,但是成功的希望很大,国内也有一些团队做得很好。”

“钢铁侠”的脑机接口公司再融资

成本挑战限制商业应用

侵入式接口最大的挑战是手术如何将对脑部的损伤降到最低,并且随着植入时间延长,穿刺电极被炎症细胞包裹,理论上会导致信号缺失;第二个挑战在于电极植入部位的精准选择、信号的有效分析,需要对大脑功能结构和活动方式的深入理解;同时,在信号控制、微制造等领域,也将面临前所未有的挑战;此外,这一技术能否在健康人士身上运用也值得探究,在伦理上更需要严格把控。

来自中国的竞争对手

你可能知道,“钢铁侠”马斯克用Tesla推动了电动汽车的迅猛发展,用SpaceX加快了太空探索的步伐,但你可能还不知道他创办了脑机接口公司Neuralink来改造人类自身。Neuralink 简直让特斯拉和 SpaceX 都黯然失色。

但脑机接口技术高昂的成本限制了它目前在商业层面的应用。尽管如此,这并不妨碍该技术成为投资风口。一位中国的神经科学家对第一财经记者表示:“这些高科技公司的技术还处于非常早期阶段,距离应用仍非常遥远。但很显然,脑机接口技术在经历了一段低谷期之后,现在又迎来了新一轮的投资潮。”

尽管挑战重重,但越来越多的人开始关注大脑研究的前沿领域,智能的发展将会对人类的进步产生巨大的推进作用。陈天桥雒芊芊研究院创始人陈天桥表示,期待看到明年Neuralink在人体试验时,如何平衡脑机接口技术用于治病救人和大众商业服务的关系,希望未来能够看到在这方面有革命性的突破。

其中成绩最为突出的是清华大学医学院洪波教授的研究项目。目前,洪波教授团队已经与301医院和清华大学医学院合作,利用一个癫痫病人在做神经监护的状态下得到的大脑信号,接上脑机接口的系统,就能实现准确打字。洪波教授表示,这个病人目前打字的速度并不是很快,因为只有一个电极,临床的限制只有一个电极,相信不久的将来速度会越来越快,而且接口会变得越来越简单。

北京时间5月13日消息,据彭博社报道,根据上周五提交给美国证券交易委员会的一份文件,埃隆·马斯克(Elon Musk)的脑计算创业公司Neuralink拟融资5100万美元,目前已经筹得3900万美元。

两年前,中国投资人陈天桥资助了加州理工学院的Richard Anderson教授。当时Anderson教授已经实现了在一位四肢瘫痪的病人大脑中植入芯片,是他能独立用自己意识控制一只机械手臂拿起杯子,喝到一口冰啤。不过,这项研究花费的代价高昂,在一位瘫痪病人身上的成本就是100万美元。陈天桥希望Anderson教授能够在此基础上,实现进一步的突破。

与人工智能的共生融合

“马斯克的团队做了一个很好的研究计划展示,包括微丝电极、植入缝纫机和处理芯片等等,但其中只有植入缝纫机比较有新意,其他事情都是我们领域已经在做的。”洪波教授说道。

Neuralink从事马斯克所谓的“神经织网”(neural lace)技术开发,研发电脑与人脑融合技术,向人脑植入也许未来能够上传下载思想的微型电极。

诞生于哈佛大学的创新实验室的初创公司BrainCo也在研发中国的脑机接口技术。就像Facebook那样,BrainCo正在探索“意念打字”的应用。BrainCo创始人韩璧丞对第一财经记者表示:“意念输入将成为人们思想的延伸,它能够让人更深刻地表达自己的思想。”

事实上,除了马斯克的团队,国内外还有不少致力于研究侵入式和非侵入式的脑电控制方面的科研人员。

在针对Neuralink所选择的侵入式脑机接口的方案回应时,洪波表示:“这和我们现在做的脑机接口方案所见略同,只是我们考虑到临床的可行性,把电极放在颅骨里,并不直接接触神经细胞。”

Neuralink成立于2016年,该公司已经从不同的大学聘请了知名的神经科学家,并与加州大学戴维斯分校的一个实验室签订了合同,对灵长类动物进行研究。

他还表示,脑机接口的直接延伸可以通过社交媒体来实现。他告诉第一财经记者:“想象一下,你可以直接用大脑发布推文,或者Snapchat自动根据你的情绪状态为照片加上滤镜效果,这将是多么有趣的事情。”而针对意念打字是否会侵害个人隐私方面,韩璧丞表示,对于这项新技术,人们对公开分享的内容有绝对的掌控权。

中国科学院院士吴朝晖长期从事植入式脑机接口的研究,在复杂服务计算和脑机融合的混合智能等方面取得了创造性的科技成果。

按洪波教授所说的,他的脑机接口方案是介于侵入式和非侵入式之间的,因为不会接触并破坏神经细胞。而Neuralink的研究人员Philip Sabes表示,他们会将直径只有头发丝四分之一大小的线植入患者脑部,并让这些极细又富弹性的线随着脑部的组织一起移动,从而将其对脑细胞的破坏程度降到最低。

今年三月份,Neuralink公司的研究人员在网上发表了一篇论文。它概述了一种将电极植入老鼠大脑中的新技术。今年4月,在被一名Twitter用户询问Neuralink的最新状况时,马斯克回答:“在几个月后,该公司可能会宣布一些值得注意的事情。”

复旦大学脑科学研究院在感知觉、学习记忆等方面开展脑电活动解码研究,如针对奖赏记忆的存储和提取的解码,研究治疗成瘾等记忆相关疾病的方法,近期还研发出基于视觉信号的脑机接口,即“脑电驱动的变色龙”系统。马兰表示,脑机接口正在成为全世界脑科学的热点,相对于侵入式技术,非侵入技术在日常生活中的应用也将更为广泛,发展前景巨大。

尽管Neuralink表示植入的过程会采用无痛激光钻孔的方法,就如同激光矫正视力那么简单,不过洪波教授认为,把电极植入大脑皮层,对于神经细胞肯定是会有破坏的。而他的团队所思考的新方案,是将电极植入介于头皮表层和大脑皮层中间、位于颅骨下方的一层薄膜处。他认为把电极放在这个部位既能稳定记录信号,又可以高分辨率解析大脑的活动情况。

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学术刊物《科学》杂志曾发文称,美国卡内基梅隆大学教授贺斌团队开发出了一种可与大脑无创连接的脑机接口,能让人用意念控制机器臂连续、快速运动。

Neuralink在美国和全球都不乏竞争对手。早在2014年巴西足球世界杯时,杜克大学神经工程中心主任Miguel Nicolelis教授就演示了一个下肢完全瘫痪的年轻人,用脑电波指挥“机械骨骼”为世界杯开球的案例。“Nicolelis也在试图把这个技术应用到临床当中去,当然这会更复杂。”洪波教授表示。

2017年2月在迪拜举行的世界政府峰会上,埃隆·马斯克表示,人类需要进化成半机械人,来迎接人工智能时代。他进一步称,计算机智能和生物智能的融合将帮助人类保持对人工智能的经济竞争力。

陈天桥雒芊芊研究院的脑机接口项目则主要专注于对病人尤其是瘫痪病人的治疗,探索通过脑机接口让瘫痪病人用意念精确控制机械臂,甚至模拟触觉。

Nicolelis教授在接受第一财经记者采访时对马斯克的Neuralink项目做出回应。他告诉记者:“他们的计划距离实际的发现或者产品还非常遥远,也没有远见和清晰的临床应用的规划,不会对这个领域形成改变或者开启一个新的方向,只是一些小花招,吹嘘的成分更多。”洪波教授也表示赞同,他认为,Neuralink的发布会主要是为了吸引人才,不具有重大的创新。

他设想的技术手段是:将微电极植入大脑,扩充人脑的计算能力。

除了医疗领域外,脑机接口技术还有潜力应用在教育、游戏、智能通讯等产业领域。来自美国硅谷的教育机器人公司萝卜太辣创始人兼CEO张尧在接受采访时表示,脑机接口技术在教育领域也有应用场景,可以帮助学生提高学习效率、提升注意力,在实际应用落地方面值得研究。

最近,最先进的动物研究数据来自比利时公司Imec和它的Neuropixels技术,该技术的设备能够同时从数千个独立的脑细胞中收集数据。

埃隆·马斯克表示,超级人工智能必将实现,人类只有一个选择:成为AI。他认为脑机融合后的AI系统将以和人类的本能大脑与理性大脑同样的特性存在。人脑和计算机将融合无间,人类甚至无法察觉自己在运用 AI 思考。

诚然,从脑科学的角度而言,人类对大脑的了解远远不够。毛颖坦言,未来在与人工智能的共生和融合过程中,如何确保研究方向符合人类利益是值得关注的另一个层面。人工智能的发展会给人类大脑的发展插上翅膀,在这一发展过程中也要密切关注其可能产生的风险并加以控制。

而在过去十年,美国国防部资助了基础脑科学的研究,并开发了可以对假肢装置进行大脑控制的机器人控制系统。美国国防高等研究计划署资助的研究人员已经能够创建界面,允许四肢瘫痪者独立操纵机器人手臂来执行手动任务,比如饮酒。研究人员甚至还开发了使用光而不是嵌入式电极来捕获数据的方法。

此前,曾有知情人士爆料称,Neuralink打造的首批产品有可能是治疗癫痫、重度抑郁症之类脑部顽疾的先进植入物。这类植入物将基于已用于治疗帕金森症(Parkinson)之类脑部疾病的较简单电极。

何为脑机接口?

脑机接口(brain-computer interface,BCI)通过解码人类思维活动过程中的脑神经活动信息,构建大脑与外部世界的直接信息传输通路,在神经假体、神经反馈训练、脑状态监测等领域有广泛的应用前景。

简单说,就是实现用意念控制机器。这意味着人与机器的主要交互方式,除了手工输入,以及近几年兴起的人工智能语音交互之外,还可以直接通过大脑向机器发指令。

大家都知道,霍金生前是通过活动脸上的一块肌肉进行文字语音输出,来与人交流及着书立说,最高每分钟只能输出10个单词左右。

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顶尖学术期刊《自然》刊登的最新研究显示,加州大学旧金山分校的神经外科学家Edward Chang教授与其同事开发出一种解码器,可以将人脑神经信号转化为语音,为帮助无法说话的患者实现发声交流完成了有力的概念验证,通过这种解码器,受试者每分钟输出的单词已经达到了150个,接近了正常人的水准。

脑机接口实现语音合成的图示

脑机接口技术发展历程

在半个世纪前,科学家就有了将大脑与机器连接起来的想法。只不过,相关技术一直不太成熟,脑机接口技术进展缓慢。直到2000年左右,脑电波检测等技术的重大进展,为脑机接口技术注入新的发展活力。

2014年巴西世界杯开幕式,一名腰部以下瘫痪的少年,通过BCI控制的机器外骨骼从轮椅上站起来,向前迈出几步,踢出了世界杯的第一脚球。

2018年11月,长春理工大学一位学生在学校的电子科技展展出自己的发明——“人体意念控制书本自动翻页系统”。这套系统能通过脑电波传感器实现对翻书机翻书动作的控制,俗称通过意念让机器翻书,这套系统能为残疾人士提供更加智能化、人性化的帮助。

手机版乐白家网址,目前的脑机接口技术可以分为两类,一类是侵入式,比如在大脑中植入芯片,还有一类为非侵入式,比如戴上可以采集脑电波的头盔或帽子。前者在今天以特斯拉CEO埃隆·马斯克为代表,后者在今天以脸书创始人马克?扎克伯格(Mark Zuckerberg)为代表。

马斯克的Neuralink旨在提高人类的认知能力,使得人类能够与人工智能等竞争。扎克伯格的想法则更像是打造读心术机器。而约翰逊的创业公司Kernel正致力于创建一个大脑接口,基于高分辨率的大脑活动开发针对现实世界的应用程序。

国内也有此类公司。今年2月,科大讯飞发布公告称,其全资子公司讯飞云创与多方共同投资设立了一家脑机接口公司,公司名为广州华南脑控智能科技有限公司,注册资本4176.87万元人民币。

还有像深兰科技也一直在从事脑机接口技术的研发,据传深兰有意涉足脑机游戏领域。

脑机接口技术距离我们还有多远?

马斯克在Twitter上称,Neuralink接近宣布首个连接人类与计算机的脑机接口。Neuralink要想把脑机接口技术推向市场预计需要10年时间。

清华大学医学院生物医学工程系教授高小榕认为,脑机接口技术要想像人工智能语音接口那样普及,还需要10年至20年时间。

马斯克的目标是全脑脑机接口,能够与大脑的任何区域传输神经信号,它将成为综合的“数字化第三皮层”,人类将成为半机械人。

尽管前景十分美好,现阶段脑机接口技术还存在很多尴尬的问题。

脑:人类对脑科学探索还处于婴儿期,如何在脑科学认知限制条件下研发BCI?

只有知道大脑是怎么回事,了解大脑是如何运作的,才能更好地解读大脑生成的信息。目前对于诸如听和看等涉及大脑局部区域的脑电信号,学界已了解得比较深入。

但对于大脑高级功能产生的脑电信号,比如回忆、复杂情感等,学界目前对其的了解程度还很有限。

机:带宽瓶颈——如何小巧地容纳大量信息?

接口(Interface):如何解决生物相容性问题?人的免疫系统排斥本体之外的“入侵”物体,如何让BCI融入有机体?

脑机接口:伦理问题——试验阶段,如果开颅,可以做大量生物实验吗?推广阶段,如果读心实现,隐私何在?人会不会被洗脑甚至被操纵?操纵者甚至可能是机器人。

疆界在哪里?

遥远的未来,机器人发明了一种新的能源获取方式,将人类圈养在培养液中以产生电能。所有人类都成了机器人的电池。机器人创造了一个叫“母体”的系统来模拟21世纪的现实世界,让所有人类电池都以为生活在21世纪,实则却是在电脑系统里。而因为系统的不稳定,部分人类产生了怀疑意识,从母体中苏醒并组成了反抗力量zion。

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《黑客帝国》中的人类“电池”

“缸中之脑”是希拉里?普特南(Hilary Putnam)1981年在他的《理性,真理与历史》(Reason、Truth、and History)一书中,阐述的假想。

“一个人被邪恶科学家施行了手术,他的脑被从身体上切了下来,放进一个盛有维持脑存活营养液的缸中。脑的神经末梢连接在计算机上,这台计算机按照程序向脑传送信息,以使他保持一切完全正常的幻觉。对于他来说,似乎人、物体、天空还都存在,自身的运动、身体感觉都可以输入。这个脑还可以被输入或截取记忆(截取掉大脑手术的记忆,然后输入他可能经历的各种环境、日常生活)。他甚至可以被输入代码,‘感觉’到他自己正在这里阅读一段有趣而荒唐的文字。”

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正是他这一思想影响《黑客帝国》等科幻小说和电影。

《黑客帝国》:人类生活在母体创建的虚拟现实之中充当能量来源。

《异次元骇客》:人类可以通过网络上载与下载人格,并且可以成功与多重数据世界中的平行角色进行人格互换。同时,本身作为数据世界中人格的平行角色亦会觉醒。

《盗梦空间》

《源代码》

《飞出个未来》

……

目前已经有科学家表示,宇宙只是高级外星人模拟出来的,说人类只是生活在电脑模拟的系统中,所看见所接触的一切都是机器人创造出来的,人类只是他们游戏中的虚拟角色,就像《黑客帝国》一样。

中国自动化学会混合智能专家委员会副主任、复旦大学计算机学院张军平教授表示“脑机互联还面临很多技术和伦理方面的问题,在这方面,人类应该慎之又慎。”

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