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下一个前沿

下一个前沿

用思想来控制机器

用意念控制机器

脑机接口可能会改变人类的意义

脑机接口对人类的意义可能会改变

技术通常被认为具有变革性。对于威廉·科切瓦尔来说，这个词是有道理的。一次自行车事故后，科切瓦尔先生肩膀以下瘫痪，但他设法用手吃饭。这一非凡的壮举部分归功于植入右臂的电极，这些电极可以刺激肌肉。但真正的魔力在于更高的地方。科切瓦尔先生可以用意念的力量控制他的手臂。他想要移动的意图反映在他运动皮层的神经活动中；这些信号被他大脑中的植入物检测到，并处理成命令来激活他手臂上的电极。

技术总是被宣传为变革性的。对于威廉·凯切瓦尔来说，这句话是有道理的。凯切瓦尔老师在一次自行车事故中肩膀以下瘫痪，但他能够自己吃饭。这一惊人的壮举是通过植入右臂刺激肌肉的电极实现的。真正的魔力还要更大。 Cheval老师可以用意念的力量控制他的手臂。他的运动意图形成运动皮层区域的神经活动反射。大脑植入设备检测并处理信号并形成命令来激活手臂中的电极。

以这种方式解码思想的能力听起来像是科幻小说。但像科切瓦尔先生使用的BrainGate 系统这样的脑机接口(BCI) 提供了精神控制可行的证据。研究人员能够仅通过神经活动来判断人们听到和看到的单词和图像。信息也可以被编码并用于刺激大脑。超过300,000 人植入了人工耳蜗，通过将声音转换为电信号并将其发送到大脑来帮助他们听到声音。科学家已将数据“注入”猴子的头部，指示它们通过电脉冲执行动作。

这种解读思想的能力听起来像是科幻小说，但Kechevar老师使用的“BrainGate”脑机接口证明了用思想控制机器是可能的。只需通过解释神经活动，研究人员就可以判断一个人听到了什么单词和看到了什么图像。信息也可以被编码来刺激大脑。已有超过30 万人植入了人工耳蜗，它将声音转换为电子信号，并将其发送到大脑，帮助他们听到声音。

正如本期《技术季刊》所解释的那样，脑机接口的研究步伐及其雄心勃勃的规模正在加快。美国武装部队和硅谷都开始关注大脑。 Facebook 梦想将思想转化为文本。 Kernel 是一家初创公司，有1 亿美元用于神经技术。埃隆·马斯克(Elon Musk) 成立了一家名为Neuralix 的公司；他认为，如果人类要在人工智能出现后生存下来，就需要进行升级。企业家设想了一个世界，在这个世界中，人们可以相互之间以及与机器进行心灵感应交流，或者获得超人的能力，例如高频听力。

正如本期《科技季刊》主题所讨论的那样，脑机接口的研发步伐不断加快，野心规模不断扩大。美国军方和硅谷已经开始关注大脑研究，Facebook 梦想开发思想转文本系统。 Startup Kernel 已在神经技术领域投资1 亿美元。埃隆·马斯克(Elon Musk) 创立了Neuralix 公司；他认为，人类要想在未来的人工智能时代生存，就必须自我升级。在企业家想象的世界里，人类可以通过心灵感应与其他人和机器进行交流，人类也可能获得超能力，比如听到极高频率的声音。

这些力量即使实现，也还需要几十年的时间。但在此之前，脑机接口可以为非凡的新应用打开大门。想象一下刺激视觉皮层来帮助盲人、为中风患者建立新的神经连接或监测大脑是否有抑郁迹象。通过将神经元的放电转变为可利用的资源，脑机接口可能会改变人类的意义。

这些功能需要几十年的时间才能成为现实，但在那之前，脑机接口可以解锁令人惊叹的新用途。想象一下刺激视觉皮层来帮助盲人，为中风患者重建神经连接，或者监测大脑中的抑郁信号。通过将神经元传输转变为可利用的资源，脑机接口对人类的意义可能会改变。

那种思考的感觉

思考感觉

怀疑论者对此嗤之以鼻。事实证明，将医学脑机接口从实验室带入临床实践非常困难。科切瓦尔先生使用的BrainGate 系统是十多年前开发的，但只有少数人尝试过。将植入物转变为消费品更是难以想象。通往主流的道路被三个巨大的障碍所阻碍——技术、科学和商业。

对此持怀疑态度的人对此嗤之以鼻，称医学脑机接口从实验室走向临床非常困难。 Kechevar 先生使用的BrainGate 系统是十多年前开发的，但只有少数人尝试过。更难以想象植入式设备进入消费产品市场。脑机接口走向主流面临三大问题：技术、科学和商业。

从技术开始。脑电图(EEG) 等非侵入性技术很难通过皮肤、骨骼和膜的中间层来获取高分辨率的大脑信号。脑电图帽正在取得一些进展，可用于玩虚拟现实游戏或仅用思维控制工业机器人。但至少就目前而言，最雄心勃勃的应用需要能够直接与神经元相互作用的植入物。现有设备有很多缺点。它们涉及穿过头骨的电线；它们激发免疫反应；它们只与人脑850 亿个神经元中的几百个进行交流。但这种情况可能很快就会改变。在小型化进步和计算能力增强的帮助下，人们正在努力制造可以与数十万个神经元进行通信的安全无线植入物。其中一些解释大脑的电信号；另一些则解释大脑的电信号。其他人则用光、磁和超声波进行实验。

我们先谈谈技术。脑电图（EEG）等非侵入性技术会对大脑皮层、颅骨和脑膜造成干扰，因此很难捕获大脑中的高清信号。脑电图已经很先进，可以用来玩虚拟现实游戏或用意念控制工业机器人。但就目前而言，最雄心勃勃的用途需要植入设备直接与神经元通信。现有的设备有许多缺点：它们需要将电线穿过头骨；它们会激发人体的免疫反应；它们只能与850 亿个神经元中的几百个进行通信。但这种情况可能很快就会改变。由于小型化和计算能力的进步，科学家们正在开发可以与数十万个神经元进行通信的安全无线植入物。有些植入设备可以解释脑电信号，有些则用于光、磁和超声波实验。

扫清技术障碍，另一道障碍即将来临。大脑仍然是一个外国。科学家们对其究竟如何运作知之甚少，尤其是当涉及到记忆形成等复杂功能时。在动物身上的研究更为先进，但在人体上的实验却很困难。然而，即使在今天，人们对大脑的某些部分（例如运动皮层）也有了更好的了解。也不总是需要完整的知识。机器学习可以识别神经活动的模式；大脑本身非常轻松地掌握了控制BCIS 的窍门。神经技术将揭示更多大脑的秘密。

技术问题解决后，另一个问题也随之而来。大脑仍然是一个未经探索的领域，科学家们对它的工作原理知之甚少，尤其是记忆形成等复杂功能。动物实验比较先进，但人体实验比较困难。但即使是现在，科学家们对运动皮层等区域也有了深入的了解。完整的知识体系并不是必需的。机器学习可以识别神经活动的各种模式；大脑本身不费吹灰之力就能掌握脑机接口的控制技能。此外，神经技术将揭示大脑的更多秘密。

就像头上有个洞

不需要

第三个障碍是商业化的实际障碍。医疗器械获得批准需要时间、金钱和专业知识。只有当消费者应用程序执行人们认为有用的功能时，它们才会起飞。脑机接口的一些应用是不必要的——例如，一个好的语音助手是一种比大脑植入更简单的无需手指打字的方法。消费者吵着要开颅手术的想法也显得有些牵强。然而，脑植入已经成为某些疾病的既定治疗方法。大约15 万人通过电极接受深部脑刺激，以帮助他们控制帕金森病。

第三个障碍是商业化的现实困境。医疗设备获得批准需要时间、金钱和专业知识。只有当人们觉得它有有用的功能时，消费者的使用才会成功。有些脑机接口的用途是不必要的，例如在无指输入领域，一个好的语音助手比大脑植入物更简单。消费者认可开颅手术的想法似乎也不可靠。然而，脑植入已经成为某些疾病的既定治疗方法。大约15 万人接受了基于电极的深部脑刺激疗法，以帮助患者控制帕金森病。

正如激光眼科手术所显示的那样，选择性手术可以成为常规手术。

选择性手术可能会像激光眼科手术一样普遍。

所有这些都表明，神经技术先驱们想象的通往未来的道路是艰巨的，但也是可以实现的。当人类的聪明才智应用于解决一个问题时，无论多么困难，与之打赌都是不明智的。几年之内，改进的技术可能会开辟与大脑沟通的新渠道。许多最初的应用都给出了明确的承诺——恢复运动和感官。但随着用途转向增强能力，无论是出于军事目的还是在消费者中，都会出现一系列担忧。隐私是一个显而易见的问题：内心声音的避难所可能会消失。安全性是另一个：如果大脑可以通过互联网到达，那么它也可以被黑客攻击。不平等是第三个：除了自我延续的精英之外，任何人都无法获得超人的认知能力。伦理学家已经开始解决机器处于神经回路时出现的身份和代理问题。

这一切都表明，神经技术先驱们想象的未来充满困难，但并非不可能实现。但无论多么困难，当人类运用聪明才智解决问题时，对前景不乐观是不明智的。未来几年，技术进步可能会为人类与大脑交流开辟新的方式。许多最初的用途有望恢复运动和感官，但增强的功能将引起军事和民用领域的许多担忧。隐私是一个明显的问题：内心的声音可能无处可藏。另一个是安全问题：如果大脑可以连接到互联网，它可能会被非法黑客攻击。第三个担忧是不平等：除非有不朽的精英，否则获得超认知能力的机会可能是无与伦比的。嵌入神经回路的机器提出了伦理学家已经开始解决的身份和代理问题。

这些问题并不紧迫。但更大的故事是，它们都不是纯粹的幻想王国。科技改变了人们的生活方式。头骨下方是下一个边界。

这些问题并不是迫在眉睫的，但也不是纯粹的幻想。技术改变了人类的生活方式，而下一个前沿领域在于大脑。