未来已来？“脑机接口”或从科幻走进现实？

新华社上海7月20日电（记者有之炘）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。

让人兴奋的脑机接口

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（BMI）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。

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。

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。

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。

挑战重重的“黑 科技 ”

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。

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。

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。

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。

与人工智能的共生融合

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

脑机接口是黑客帝国的起点吗？

从脑机接口技术本身来说，它还是一个非常漫长和非常艰辛的过程，想要达到黑客帝国的状态其实还需要一段时间。

作为国内领先的非侵入式脑机接口技术领域公司BrainCo强脑科技创始人韩璧丞曾说，“脑机接口其实是一个非常底层的技术，很多人说脑机接口是人工智能的下一代技术，因为人工智能核心是让计算机有像人一样看得懂和听得懂的能力，但是脑机接口可以让人类本身变得更强。”

硅谷钢铁侠发布脑机接口系统，黑客帝国里的场景是否即将成真？

我觉得是有可能实现的，但是肯定不是在这个脑机接口发布的今天。当初，“很渴帝国”这部电影大火好评，他给我们展示了一个全新的世界，

一个完全由科技支配的世界，当时在那个年代，这是非常振奋人心的，所以，在之后的发展中，人们也一直希望可以通过科技实现当初电影里面呈现出来的场景。事实也确实如此，如今科技发展迅速，人工智能、云计算等等热门词汇为我们所熟知，人工智能的技术也逐渐发展，AI人脸识别、语音识别已经法真到了一个稳定的水平，

人们在生活中也能随处可见，再不会有人对一个“会说话”的扫地机器感到奇怪。那么，硅谷“钢铁侠”马斯克所展示最新成果，是将一个小设备用激光束刺穿头骨，植入到大脑之中，从而帮助一个瘫痪在床的病人接收信息，形成一个专门的信息模块，是瘫痪的病人能够大致像平常人一样感知外界的事物，可以说这是一项重大成果的发布，

人们看到这项技术的成果之后，对未来的世界又有了更近一步的探知，但是如果真的要形成像黑客帝国那样的场景，我觉得首先技术上还达不到，其次是伦理道德上的不允许。我们知道，无论如今计算机有多么发达，他都离不开最基本的算法，那算法的需要得到不断的优化，这些工作只有人脑能去完成，所以不可能有朝一日，实现完完全全的人机同行。

我们为什么需要脑机接口？

通过在脑后插入一根线缆，我们就能够畅游计算机世界，只需一个意念我们就能改变“现实”。学习知识不再需要通过书本、视频等媒介，也不需要再花费大量时间，只需直接将知识传输到大脑当中即可。

以上就是1999年的经典科幻电影《黑客帝国》为我们描绘的科幻画面。而这看起来天马行空的幻想，却是基于早已有之的“脑机接口”技术的的合理设想。或许，科技的加持终将让科幻走向现实。

目前的“脑机接口”主要分为植入式和非植入式两大类，植入式和非植入式两种方式都各有优劣。植入式更精确，可以编码更复杂的命令，比如三维运动，但手术创伤不可避免；非植入式电极这种头皮贴片虽然方便，无需开颅植入，但是能探测到的脑电信号范围和精确度有限。

“脑机接口”作为前沿科技研究的热点技术，一直颇受业界关注。SpaceX及特斯拉创始人马斯克更是于2017年成立脑机接口公司Neuralink。2019年中旬，马斯克和他的Neuralink团队展示了他们“新颖”的向大脑植入电极的方式，并宣布他们将要进一步开发脑机接口的计划。可以说，脑机接口不断在科技界掀起轩然大波。那么，从《黑客帝国》开始，我们离脑机接口实用化还有多远？

脑机接口是怎么出现的？

要知道，脑机接口本质上是一种全新的信息沟通与交互界面，而要理解信息沟通的本质，那就需要理解我们的语言。

语言是人类大脑高级认知活动的产物，正如纽约大学心理学和神经科学教授大卫·珀佩尔在《科学》杂志子刊《科学进展》（Science Advances)的论文中所说“语言就是声波如何把信息塞入你的脑子里”。

当我们听人讲话的时候，耳朵将声波转化为神经信号。这些信号会被不同的脑区处理和翻译，最先处理的脑区是听觉皮层。多年的神经生理学研究结果显示，听觉皮层的脑电波会对应声波的强弱变化的频率，将听觉信号分节并锁定。基本上就是说，脑电波像冲浪者般在声波里起伏，大脑很可能是通过声波的强弱变化来区分音节，辨识语义，从而将长串的语言信息分节装载，转化为便于处理的小块信息。

然而，人类语言并不是一蹴而就，而是经历了漫长的演化。从神经肽、神经元到神经网；从神经节，到几个神经节融合在一起形成脑，最终形成原始大脑。从掌管身体器官并且精细分工的爬行脑出现，到能够处理爱、愤怒和恐惧等复杂情感的边缘系统的出现，再到能够理性思考的新皮层的出现。可以说，神经系统经历了从无到有，从简单到复杂，从低级到高级的发展过程。

人类大脑新皮层擅长思考，尤其擅长抽象思考，并能对事物的本质属性进行归纳和演绎。就在大约10万年前，人类掌握了一项突破性的工具，就是能够用一种特定的抽象声音来指代某个具体事物。

比如“石头”这个词的发音并不是石头本身，而是通过发音来指代石头这个物体的代表符号。就这样，原始的语言诞生了。很快，世界上各种各样的事物都有了相应名称。到了公元前5万年，人类已经能够完整使用复杂的语言进行交流。从此，语言不仅能把人类大脑中各种奇妙的想法转换成一系列的声音符号，而且通过空气振动将它们传递到其他人的大脑中，并能让他人理解。

人类语言的出现，不仅给世界上万事万物都打上了符号标签，还产生了一个极其重要的功能，就是让人们能够学习自己没有亲身经历过的事情，并以此形成间接经验。由此，人类种族的生存能力大大提升。

正因为语言的学习，使得经验与智慧一代代传承，不断累积到部落的知识库中，而后代则可以在祖先的智慧上继续探索。就这样，语言赋予部落强大的集体智慧，同时每个人也能从集体智慧中获益。随着知识的不断积累，生产力不断提升，劳动生产率逐步提高，人类进入城市时代。

随着人类文明的演化，科技也在历史中不断更新，大量的知识储备为人类工业革命创造了条件。如今，我们已经进入信息技术高速发展的时代，而人工智能技术的不断突破使人类发现自己在学习能力方面越来越不及人工智能，无法从海量的知识中快速获取知识。

而这种缺陷正是曾经为人类文明作出杰出贡献的语言所造成的。这是因为人类的语言天生就有两方面缺陷：一是精度低；二是效率低。

从语言的精度角度来说，无论人类的哪一种语言，其精度都是相当低的。语言的社会性和模糊性导致了人和人之间沟通的低准确性，人们因此会耗费大量的时间在沟通上。在人与人的沟通过程中，信息被大量损耗。从语言的效率角度看，我们无法像计算机一样快速地将客观信息输入大脑，而在靠语言和文字所进行传播的时候，速度确实非常慢。

而当我们进入一个全新的数字时代时，人类的弱点和局限性就开始被放大了。时代车轮滚滚向前，历史发展的内在需求推动着技术的进步与发展，终于迎来了脑机接口的登场。

脑机接口的发展协同脑科学的进步

想要了解脑机接口的基础，首先要明确几个相关的概念。

脑机接口（Brain-computer Interface或者Brain-machine Interface）：通过传感器提取头皮上、大脑皮层上电场或磁场等信号、参数，进而进行数据提取、分类和分析，最终控制体外设备对人体周边环境进行增强或改善的人机交互装置。

中枢神经系统（Central Nervous System, CNS）：由大脑和脊髓组成，是人体运动的命令源也是脑机-接口主要分析目标。

脑电波（Electroencephalogram, EEG）：与大脑皮层神经元活跃度密切相关，大部分学者认为其主要组成部分是神经元突触后电位。脑电波是脑-机接口的主要信号来源之一。

分形维数（Fractal Dimension, FD）：来源于分形理论，可以用于分析数据的复杂性。是现代科学用于分析混沌动力学系统和非线性信号的工具之一。

人工神经网络（Artificial Neural Network, ANN）：一种基于大规模计算训练从而多层次地提取目标特征值的数学模型。ANN常被应用于数据分析。

脑机接口的发展和脑科学的进步密切相关。大脑属于中枢神经系统，其包含了大约870亿个神经元。大脑时时刻刻接受来自视神经、听觉神经以及周围神经系统（Peripheral Nervous System）传送过来的信号。大脑将这些信号进行解析，并产生感觉，进而对外在环境做出反应形成运动信号。运动信号再通过脊髓传达到周围神经系统，进而控制肌肉控制人的身体，做出复杂（高级）运动行为（比如弹钢琴，弹吉他等）。

马斯克在猪身上实现“脑机对接”意味着人类可以上传意识吗？

包含《黑客帝国》在内的许多科幻电影都描述过类似的情节，人的大脑中被植入电脑芯片，从而实现与虚拟世界的连接！也许在很多人看来，这非常不可思议，然而在“科学狂人”马斯克面前，这样的“脑机对接”很有可能变成现实！

有科学家声称，人的左右两片大脑中间天然存在着一个类似“USB接口”一样的东西，这很有可能是上帝在创造人类的时候预留的与电脑之间连接的接口！而人类可以靠着在大脑中植入电脑芯片的方法实现与虚拟世界的无缝连接。

脑机互联

当然，在相当长的一段时间内，这种疯狂的想法被认为是无稽之谈，人脑与电脑怎么可能实现连接呢？然而就在昨天，脑机接口公司（Neuralink）的创始人马斯克却带给人们一个无比震撼的消息！

说起马斯克，想必他的大名许多人都知道，作为著名的“科学狂人”，无论是特斯拉还是SpaceX龙飞船都是他一手缔造的！这样的一位人物居然在昨天直播的过程中展示了一头猪，这是怎么回事呢？

马斯克

原来，这头猪并不是普通的小猪，他是Neuralink公司最新研究成果的体现！因为在这头猪的大脑中被科学家们植入了一枚直径位23mm，厚度位8mm的电脑芯片！这枚芯片在不会对大脑造成永久伤害的前提下被植入了小猪的大脑中。

植入“电脑芯片”的小猪

根据马斯克的介绍，虽然这个芯片非常小，但是其内部却存在着多达1024条连接线路，通过这些线路，芯片可以读取大脑的相关活动，然后通过对应的设备呈现出来！

而这枚芯片的存在，可以有效解决记忆力减退、中风等一系列的神经系统问题。

马斯克在直播中还向人们展示了这枚芯片的具体使用方法，当这只小猪的鼻子碰到了旁边物体之后，通过与之相连的手机，可以清晰地听到有相应的噪音通过手机传了出来，通过这种方式，让这头猪的“感受”呈现在人们面前！

小猪的“感觉”在手机中显示

马斯克还表示，这个芯片可以通过他们最新研究的Neuralink机器人进行植入，整个植入过程仅需1个小时就能完成，并且还不需要全身麻醉。芯片可以通过无线控制和感应充电技术实现控制和续航！

毫无疑问，这枚芯片的成功植入具有划时代的意义！

我们知道，人的大脑非常神奇，单单是大脑拥有的存储量，就比全世界所有电脑加起来还要多！而且部分科学家认为，人类大脑中天然存在着与电脑连接的接口，如果能够实现两者的互联，将极大提高人脑的利用率。

在许多科幻小说或者电影中都有过类似的场景，人类通过在大脑中植入特殊的芯片，能够与电脑进行无缝连接，从而让我们的意识直接进入到电脑所呈现的虚拟世界中，去体会一个个震撼无比的虚幻世界！

意识进入电脑构建的虚幻世界

不仅如此，电脑芯片也在医学领域有着非常可观的应用前景。我们可以想象，通过植入电脑芯片，未来不仅可以解决人类视力、听力、瘫痪等问题！甚至还能够让人与智能设备互联，甚至可以通过心灵感应来召唤出一台车。