融合思想与机器：我们离目标有多近？

以下文章经允许转载自对话，这是一个涵盖最新研究的在线出版物。

正如古希腊人幻想翱翔天空一样，今天的人们也梦想着将思想和机器融合在一起，以此来解决人类必死这一令人烦恼的问题。 通过脑机接口 (BCI) 技术，思想是否可以直接与人工智能、机器人和其他思想连接，从而超越人类的局限性？

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在过去的50年中，世界各地的大学实验室和公司的研究人员在实现这一愿景方面取得了令人瞩目的进展。 近期，像埃隆·马斯克 (Neuralink) 和布莱恩·约翰逊 (Kernel) 这样的成功企业家宣布成立新的初创公司，旨在通过脑机接口来增强人类能力。

我们真的离成功地将我们的大脑与技术连接起来有多近？ 当我们的思想被接入时，又会带来什么影响？

起源：康复和恢复

位于感觉运动神经工程中心 (CSNE) 的研究员埃伯·费茨是最早将机器与思想连接起来的先驱之一。 1969 年，在个人电脑尚未出现之前，他就展示了猴子可以通过放大它们的大脑信号来控制在刻度盘上移动的指针。

最近的许多 BCI 研究工作旨在提高瘫痪或有严重运动障碍的人的生活质量。 您可能在新闻中看到了一些最近的成就：匹兹堡大学的研究人员使用大脑内部记录的信号来控制机械臂。斯坦福大学的研究人员可以从瘫痪患者的大脑信号中提取运动意图，从而使他们能够无线使用平板电脑。

同样，通过向大脑内部或大脑表面传递电流，一些有限的虚拟感觉可以被传回大脑。

我们的主要视觉和听觉呢？ 用于严重视力障碍者的仿生眼早期版本已在商业上部署，改进版本目前正在进行人体试验。另一方面，人工耳蜗已成为最成功和最普及的仿生植入物之一——全球有超过30万用户使用该植入物来听取声音。

最先进的 BCI 是“双向” BCI (BBCI)，它可以记录和刺激神经系统。在我们的中心，我们正在探索 BBCI 作为中风和脊髓损伤的一种激进的新型康复工具。我们已经证明，BBCI 可以用来加强两个大脑区域之间或大脑和脊髓之间的连接，并绕过受伤区域重新路由信息，从而使瘫痪的肢体重新活动。

凭借迄今为止取得的所有这些成功，您可能会认为脑机接口有望成为下一个必备的消费电子产品。

仍处于早期阶段

但是，仔细观察一下当前的 BCI 演示，就会发现我们仍然有很长的路要走：当 BCI 产生运动时，它们的速度要慢得多，精度更低，复杂程度也低于身体健全的人每天轻松用肢体完成的动作。仿生眼提供的视觉分辨率非常低；人工耳蜗可以通过电子方式传输有限的语音信息，但会扭曲音乐体验。要使所有这些技术都能发挥作用，必须进行手术植入电极——这在今天大多数人看来是不可接受的。

但是，并非所有 BCI 都是侵入性的。不需要手术的非侵入性 BCI 的确存在；它们通常基于头皮的电 (脑电图) 记录，并已用于演示控制光标、轮椅、机械臂、无人机、人形机器人，甚至脑对脑通信。

2006 年，在华盛顿大学的神经系统实验室中首次展示了名为“墨菲斯”的非侵入性脑控人形机器人“化身”。这种非侵入性 BCI 根据大脑在闪烁所需物体或位置的图像时的反射反应，推断机器人应该选择哪个物体以及将其带到哪里。

但是所有这些演示都发生在实验室中——那里的房间很安静，测试对象没有分心，技术设置冗长而有条不紊，并且实验的持续时间仅足以证明一个概念是可行的。事实证明，要使这些系统足够快速和强大，以便在现实世界中实际使用是非常困难的。

即使使用植入式电极，试图读取思想的另一个问题也源于我们大脑的结构。 我们知道，每个神经元及其数千个相连的邻居都形成了一个难以想象的庞大且不断变化的神经元网络。 这对神经工程师来说意味着什么？

想象一下，您正在尝试理解一大群朋友之间就一个复杂主题进行的对话，但您只能听一个人的讲话。您或许可以弄清楚对话的粗略主题是什么，但绝对无法弄清整个讨论的所有细节和细微差别。因为即使是我们最好的植入物也只能让我们一次收听大脑的几个小区域，所以我们可以做一些令人印象深刻的事情，但我们远未理解完整的对话。

还存在我们所认为的语言障碍。神经元通过电信号和化学反应的复杂相互作用相互通信。这种天然的电化学语言可以用电路来解释，但这并不容易。同样，当我们使用电刺激向大脑讲话时，带有浓重的电子“口音”。这使得神经元难以理解刺激试图在所有其他正在进行的神经活动中传达什么。

最后，还有一个损害问题。大脑组织柔软而富有弹性，而我们大多数的导电材料（连接到大脑组织的电线）往往非常僵硬。这意味着植入的电子设备经常会引起瘢痕形成和免疫反应，这意味着植入物的有效性会随着时间的推移而降低。柔性生物相容性纤维和阵列最终可能有助于解决这方面的问题。

共同适应，共同生活

尽管面临所有这些挑战，我们对仿生未来仍持乐观态度。 BCI 不需要完美。大脑具有惊人的适应能力，并且能够学习以类似于我们学习驾驶汽车或使用触摸屏界面的方式使用 BCI。同样，大脑可以学习解释新型的感官信息，即使使用磁脉冲等非侵入方式传递信息也是如此。

最终，我们认为“共同适应”的双向 BCI（即电子设备在学习过程中与大脑一起学习并不断与大脑对话）可能被证明是构建神经桥梁的必要步骤。 构建此类共同适应的双向 BCI 是我们中心的目标。

我们同样对最近在使用“电疗药物”靶向治疗糖尿病等疾病方面取得的成功感到兴奋——这是一种实验性小型植入物，它通过直接向内部器官发送指令来治疗疾病，而无需药物。

研究人员还发现了克服电化学语言障碍的新方法。可注射的“神经蕾丝”例如，可能被证明是一种有希望的方式，可以逐步允许神经元沿着植入的电极生长，而不是排斥它们。柔性纳米线探针、柔性神经元支架和玻璃碳界面也可能使生物计算机和技术计算机在未来在我们体内愉快地共存。

从辅助到增强

埃隆·马斯克的新初创公司 Neuralink 的既定最终目标是通过 BCI 增强人类，以便在我们正在进行的人工智能与人类之间的军备竞赛中，让我们的头脑更胜一筹。他希望通过连接我们的技术，人脑可以增强自身的能力——这可能会使我们避免潜在的反乌托邦未来，即人工智能远远超过自然人类的能力。这种愿景当然可能显得遥远或异想天开，但我们不应该仅仅因为一个想法的奇怪而将其否定。毕竟，即使在十五年前，自动驾驶汽车仍然被认为是科幻小说的领域——而现在却与我们共享道路。

在不久的将来，随着脑机接口从恢复残疾人的功能发展到将身体健全的人增强到超越人类的能力，我们需要敏锐地意识到与同意、隐私、身份、自主性和不平等相关的一系列问题。在我们的中心，一个由哲学家、临床医生和工程师组成的团队正在积极努力解决这些伦理、道德和社会公正问题，并在该领域进展太快之前提供神经伦理指导。

从使用轮子克服双足行走限制到在泥板和纸上做笔记来增强记忆，将我们的大脑直接连接到技术最终可能是人类在各个时代通过技术增强自身的自然发展。就像今天的计算机、智能手机和虚拟现实头盔一样，当增强型 BCI 最终出现在消费市场上时，它们将令人兴奋、沮丧、充满风险，同时又充满希望。

本文最初发表于 The Conversation。阅读原始文章。