每一年，世界都在飛速變化。一大批新的科技已箭在弦上，比如我們耳熟能詳的 ChatGPT、文心一言、Midjourney，更新叠代的速度都遠比我們人類要快得多，讓打工人有種前有狼後有虎的感覺。
但還有一些速度更快的，就等着某一天突然出現超級産品震撼我們的三觀，比如——腦機接口。
去年 5 月 26 日，埃隆 · 馬斯克創立的腦機接口公司 Neuralink 宣布：旗下的 PRIME 項目——精确機器人植入腦機接口，已獲得美國食品藥物管理局（FDA）批準，将開始進行人體臨床研究。
去年 9 月，Neuralink 開始招募大腦植入試驗的人員
（圖：reuters）▼
Neuralink 成立于 2016 年，用馬斯克的原話說：" 其目标是建立人與計算機之間快速的交流通道，尤其在人類輸出信息方面，大大超越目前緩慢的鼠标鍵盤技術。"
此前，Neuralink 已經完成了許多動物實驗，例如通過植入大腦的芯片、讓猴子可以用意念控制屏幕上的光标。
9 歲的猕猴 Pager 通過植入大腦的 Neuralink 芯片玩視頻遊戲
（從下面的鐵管可以喝到獎勵的香蕉奶昔）（圖：Neuralink）▼
通過一系列安全性的技術審核後，PRIME 獲得的人類實驗許可，标志着這一研究向實際應用又邁出了重要的一步。
腦機接口是什麽？
腦機接口（Brain-Machine Interface， BMI）是開發機器與神經系統進行直接信息交互的技術。這種直接信息交流繞開了任何所有運動和感覺器官，而且是相互的。
一方面，機器可以通過讀取神經活動産生的電磁信号獲取大腦的意圖。例如：人們可以隻憑腦中的意圖，就控制手機和電腦、操縱機械臂、用揚聲器說話，甚至建立人與計算機之間直接的思維連接 ……
科幻迷：這題我熟▼
另一方面，機器也可以通過對特定神經元集群的電刺激，向大腦輸入信息。将圖像、聲音等轉化爲神經信号，直接輸入大腦的相關皮層，就可以繞開眼睛、耳朵，帶來視覺和聽覺的主觀體驗。
這樣的前景至少對各類殘疾人士是莫大的福音，目前大部分腦機接口的研究，也都被限制在幫助失能者、神經疾病患者重新擁有類似常人的能力。
比如一種完全植入 ALS 患者的腦機接口患者們再也不用羨慕霍金的那台高科技輪椅了
（圖：NEJM.org）▼
PRIME 目前的主要方向正是如此，幫助癱瘓患者用意念操作電子設備，此外 Neuralink 也在進行幫助盲人恢複視力、幫助脊椎病患者獲得重新控制身體能力的研究。
當然對于馬斯克這樣的人來說，這顯然隻是一些初步的目标，他對腦機接口的長遠設想是建立人機之間的高效溝通渠道，消除二者之間的鴻溝。
腦機接口分爲侵入式與非侵入式兩種模式，馬斯克的 PRIME 項目屬于侵入式，其特點是需要在顱骨上開一個小孔，将芯片的電極插入大腦皮層特定區域，用以直接讀取神經元産生的細胞外電信号。
不同的路徑示意，最主要的區分就是需不需要開顱▼
PRIME 的侵入式腦機接口示意
（圖：Neuralink）▼
侵入式腦機接口的優勢是可以獲取高質量、高時空分辨率的神經信号，從而獲得精細的大腦信息，但這種技術難度高、風險大，屬于腦機接口領域最硬核的方向。
非侵入式腦機接口則不需要在顱骨開孔，而是通過腦電圖、核磁共振等方式獲取神經系統信息。這種技術風險低，但因爲隔着顱骨，無法對特定的神經元集群進行 " 監聽 "，隻能 " 聽見 " 大範圍腦區的宏觀活動。這就從根本上決定了它能夠獲得的信息比較有限，一般隻能解讀大腦的整體狀态，例如清醒程度、情緒等，很難精确地獲得特定的意圖、知覺等信息。
比起入侵式腦機接口這種 " 滿腦電極 " 的非侵入式腦機接口似乎更常見
（圖：cybathlon）▼
打個比方：非侵入式腦機接口就像在一座喧鬧的球場上空，隻能聽見無意義的嘈雜聲，或者大量觀衆一起喊的口号聲；侵入式腦機接口，則可以讓你選擇球場中任意一個區域，聽見其中每個人具體在說什麽。
侵入式腦機接口無疑具有更廣闊的技術前景，但目前大部分腦機接口的工業化嘗試都是非侵入式的，這主要還是受技術水平、成本、風險所限。在侵入式腦機接口取得重要突破之前，非侵入式腦機接口依然會是市場主流。
比如目前已經開始産品化的智能人工假肢，隻需采集一些皮膚上的肌電信号，通過 AI 的解析就可以精細地控制機械假肢。但嚴格意義上，這甚至不是 " 腦 " 機接口。
一種仿生上肢假肢的工作原理示意
整個假肢系統同時集成了觸摸、動覺和運動意圖▼
此外，還有一些所謂的 " 半侵入式 " 腦機接口，在手術難度上小于侵入式，信号質量自然還是不如侵入式。
在大腦中植入芯片
對于侵入式腦機接口這個最具挑戰又最富前景的方向，PRIME 是當前的領軍者之一，它開創了大量的新技術，堪稱一項多學科交叉的工程奇迹。
PRIME 的植入物是一塊硬币形狀的芯片—— N1。N1 上帶有 64 根導線，每根導線前端有 16 個電極，用以采集不同神經元的電信号。
顯然，1024 個電極（即使後續會大大增加）對于數以千億計的大腦神經元，還是一個杯水車薪的數字。
幸運的是，許多大腦信息隻在很小範圍内的神經元中就可以獲得。例如運動皮層某個區域的少數神經元，就可以表達将屏幕上的光标移往不同方向的意圖。這就爲初級 " 讀心術 " 提供了可能。
PRIME 首先通過功能核磁共振等方法，确定植入芯片的位置，這在不同個體間大緻相似，但也存在一些偏差。
具體而言，需要将 MRI 和 CT 掃描對齊，在術中确定植入物在顱骨表面上的位置
（圖：Neuralink）▼
位置确定後，切開頭皮，用特制的開孔器，在顱骨上打開一個與芯片同樣尺寸的圓孔，再剝離下面的硬腦膜，這時大腦皮層組織就露出來了。一台叫 R1 的手術機器人，會在光學系統的輔助下，将 N1 上的 64 根導線一一插入大腦皮層中。
N1 的導線比發絲還細，同時插入過程還需避開人眼無法看見的毛細血管，此等精細的工作隻有機器人才可以完成。
R1 手術機器人
（圖：Neuralink）▼
微小的導線尺寸，使得同樣的空間可以插入更多導線，獲取更多的神經元信号，也大幅減少了大腦皮層的損傷、免疫反應和疤痕組織。值得注意的是，這些都是此前侵入式腦機接口面臨的難題。
R1 用來插入導線的金屬針也非常細，由激光研磨，隻有 10~12 微米寬，相當于紅細胞的尺寸，減少了插入過程對皮層組織的損傷。
金屬針由 Neuralink 定制的飛秒激光磨機制造，不到一分鍾的時間就能在針尖上塑造出幾何形狀
（圖：Neuralink）▼
研究者事先劃定好插入導線的區域，具體每根線的精确位置由 R1 自動判定，以避開微小的血管。
檢查看看有沒有都避開血管
（圖：Neuralink）▼
每根導線上的電極可以檢測到周圍不遠處神經元發放的動作電位，然後實時傳輸給 N1。
導線的位置很大程度爲随機，因爲大腦神經結構異常複雜，個體間也存在差異。研究者隻能确定一個盡可能小的區域，然後在其中随機采樣。同時，有些導線也許根本無法采集到有用信息。
插入導線後的大腦皮層區域
（圖：Neuralink）▼
導線的數量決定了所獲得信息的豐富度，N1 已經能在猴子大腦中獲取在屏幕上移動光标的動作意圖，Neuralink 計劃在下一代芯片上安裝十倍以上的導線和電極，屆時有望獲取更豐富的信息。
R1 的導線插入隻需大約 20 分鍾，此後 N1 将被放置在顱骨的圓孔中，與顱骨表面齊平，再縫合頭皮，等頭發重新長出以後，就看不出植入痕迹了。
N1 植入後的橫切面
（圖：Neuralink）▼
N1 的數據傳輸和充電過程都采用了無線方式，保證了使用者的行動自由。爲确保長期安全工作，N1 經過了大量專門設計和測試，包括抗沖擊、防水、電池安全性、生物友好性、電路發熱程度等，而且整個系統可以便利地進行升級。
以不同的距離和角度爲 N1 無線充電的演示
（圖：Neuralink）▼
PRIME 團隊還在不斷改善各方面工作，例如在不切除硬腦膜（DURA）的情況下插入導線（讓導線從腦膜中穿過），從而進一步減少對人體的損傷。
如何解碼神經信号？
N1 在彙集各個電極的信号後，通過藍牙将它們實時發送到計算機等外部設備，再由那些設備上的軟件對其進行解碼，此時就進入了腦機接口的軟件層面——解讀神經元信号背後的含義。
Neuralink 想象中把腦機接口技術運用到日常的場景，會有手機、基座等外部設備
（圖：Neuralink）▼
需要注意的是，N1 本身就會進行一些數據的本地預處理，以減少數據發送量。但考慮到 N1 的尺寸、電量和發熱限制，大部分解碼工作仍需在外部設備中進行。
解碼軟件的核心是一個人工神經網絡，由于每個電極一開始采集的神經元信号，其意義很大程度是未知的。因此在手術完成後，需要對植入者進行一系列認知測試，用以訓練人工神經網絡，直到其可以将神經元的興奮模式解碼成準确的動作。
已經開發出的用戶 app，N1 記錄到的大腦信号将無線傳輸到此程序中進行解碼
（練習用大腦控制移動鼠标光标的界面）（圖：Neuralink）▼
一個很有趣的現象是，因爲隻有（人工）神經網絡能夠理解（自然）神經網絡，所以即使訓練完成後，人類可能也難以理解這個黑箱系統中的具體工作原理。
訓練完成後，植入者的相關意圖，就會被轉換成光标的移動、文字、語音、機械臂的動作等等輸出了。
從 N1 傳輸來的 1024 個通道的神經元活動輸入人工神經網絡（右側）後，輸出特定的動作意圖
（圖：Neuralink）▼
别看整個過程非常複雜，實際在理論上是非常迅速的，甚至比正常的大腦到肌肉的神經傳導更快。植入者的動作發起速度，可能還會超過普通人。
另外還可以通過植入芯片向大腦皮層輸入信号，模拟外界感官刺激，産生特定的知覺。
通過直接向大腦視覺皮層輸送編碼後的攝像機圖像，讓盲人重新獲得視覺，這項研究已經在猴子實驗中獲得确定成果
（圖：Neuralink）▼
目前而言，侵入式腦機接口最大的局限性，也許就是隻能接觸較小的腦區，讀 / 寫有限的信息。由于腦的信息加工和存儲分布在整個腦組織各處，如果 PRIME 需要更廣泛的信息，隻能在顱骨上開更多孔洞，植入更多芯片，甚至将顱骨上部替換爲某種蜂窩網格結構。
顱骨，這個保護了動物億萬年的球形容器，或将成爲腦機接口的最大屏障。
不過，看起來 Neuralink 對其醫生團隊的開顱水平很有信心
（圖：Neuralink）▼
除了 Neuralink，近幾年其他許多腦機接口團隊也獲得了重大突破。
2021 年 5 月，斯坦福大學 Willett 團隊解讀了動作皮層關于筆畫的編碼，讓癱瘓者可以通過在腦海中 " 寫字 " 輸出文字。
借助這套皮質内腦機接口系統，患者每分鍾可打出 90 個字符，然後由系統自動識别生成字母
（圖：HHMI）▼
2022 年 6 月，約翰 · 霍普金斯大學團隊通過植入芯片，讓一位癱瘓者通過意念控制機械臂。
患者植入電極陣列後，經過幾個月的練習就可以通過腦機接口自主進食了
（圖：APL）▼
2023 年 8 月，加州大學 Chang 團隊将芯片植入癱瘓者 Ann 的語言皮層，通過解讀數十個基本語音信息的神經編碼，讓患者可以通過在腦海中 " 默念 " 輸出語句，速度最高達每分鍾 78 個單詞，已經接近日常交流水平。
植入大腦皮層的芯片讓失語 18 年的 Ann 重新 " 開口說話 " 了
（圖：Pete Bell）▼
還有相對悠久的腦深部電刺激（DBS）技術，目前也獲得了更大的發展。通過在深層腦組織植入電極，用開關控制電刺激，可以緩和抑郁症、帕金森症等疾病的症狀，目前國内外都已有大量的臨床手術案例。
腦深部電刺激，俗稱 " 腦起搏器 " ▼
目前的腦機接口研究，絕大多數旨在幫助失能者、神經疾病患者恢複常人生活狀态，因而很少引起倫理問題。但腦機接口的技術本質，決定了它極易成爲某種制造 " 超級人類 " 的技術（PS：這甚至就是馬斯克等人對腦機接口的技術願景）。
一旦腦機接口技術讓一部分人擁有了超過常人的能力，例如超強的記憶力、學習能力、反應力、感官知覺、輸出效率等等，就會引發巨大的倫理問題。
首先，這無疑會帶來巨大的不公平，進一步加劇社會分化，普通人類在經過機器強化的超級人類面前幾乎會失去競争力。
其次，與機器和網絡的直接連接，可能對使用者産生重大的安全和隐私問題，甚至在一定程度上讓使用者面臨被控制的危險。
最後，腦機接口的發展、超級人類的出現，會逐漸模糊人機之間的界限，讓人類的生存狀态發生根本的改變。
《終結者》《黑客帝國》《機械公敵》等電影中的場景也許都會變爲現實，意識上傳、思維永生等科幻題材也可能實現。
這一切，或許将導緻人類這一物種最終消失，" 進化 " 成另外一種 " 智能體 "。就像著名的矽谷作家、奇點理論提出者——庫茲韋爾，在《靈魂機器的時代》一書中設想的那樣：" 屆時，我們今天所鍾愛的、擁有的一切，将發生翻天覆地的改變。"
也許，多數朋友都或多或少會對這一天感到惶恐。但如果它如蒸汽機和電力的普及一樣無可避免，或許我們能做的就是做好自己，并時刻保持對最新事物的理解與學習的能力。
