有人开始过河
对岸的人在观望
很快
河中央出现了一座桥
2006 年 10 月 10 日晚上，丹尼斯·德格雷的意识几乎与身体分离。经过一天的钓鱼后，他回到加利福尼亚州太平洋格罗夫的家中，意识到自己还没有倒垃圾。雨下得很大，所以他决定从家门口冲到外面的垃圾桶，每只手都提着一个袋子。当他跑的时候，很不幸地他滑到了，重重地落在他的下巴上，并且他的第二和第三椎骨之间折断了他的脖子。
在康复期间，当时 53 岁的德格雷从他的医生那里得知，他的锁骨以下永久瘫痪。除了残余抽动外，他不能移动他的躯干或四肢。他告诉我：“我已经受尽了最大的伤害，不是呼吸机带来的。”事故发生后的几年里，他“只是躺在那里，看着历史频道”，努力接受自己受伤的现实。
一段时间后，在一次干细胞研究筹款活动中，他遇到了斯坦福大学神经外科教授杰米·亨德森。两人开始谈论机器人，这是德格雷 长期以来一直感兴趣的话题，德格雷 在他家的机械车间附近长大。正如德格雷所记得的那样，亨德森用一个问题迷住了他：你想驾驶无人机吗？
亨德森解释说，他和他的同事一直在开发脑机接口：一个人的大脑和外部设备之间的实验性连接，比如计算机、机器人肢体或无人机，人们可以通过思考来控制这些设备。德格雷渴望参与，最终搬到门洛帕克，以便在等待研究开放和必要的许可时离斯坦福更近。2016 年夏天，亨德森打开了德格雷的头骨，露出了他的皮层——大脑最薄、有皱纹的最外层——他在其中植入了两个 4 毫米 x 4 毫米的电极阵列，类似于微型指甲床。每个阵列都有 100 个微小的金属尖峰，它们共同记录了沿着运动皮层中大约几百个神经元涌动的电脉冲，运动皮层是一个参与自主运动的大脑区域。
经过一段恢复期后，亨德森的几名合作者聚集在德格雷的家中，将他安置在电脑屏幕前，屏幕上显示着一圈由 8 个四分之一硬币大小的白点组成的圆环，这些圆点轮流发出橙色的光。德格雷的任务是仅用他的意念将光标移向发光的点。科学家们将电缆连接到德格雷头部突出的金属基座上，将记录在他大脑中的电信号传输到解码器：附近运行机器学习算法的计算机网络。
这些算法由大卫·布兰德曼（David Brandman）构建，他当时是一名神经科学博士生，通过名为 BrainGate 的联盟与斯坦福团队合作。他设计它们以快速将不同的神经活动模式与不同的预期手部动作联系起来，并每两到三秒更新一次，理论上每次都会变得更加准确。如果说德格雷头骨中的神经元就像钢琴上的音符，那么他独特的意图就类似于独特的音乐作品。例如，试图举起他的手将与一个神经旋律相吻合，而试图将他的手向右移动则对应于另一个。当解码器学会识别德格雷 想要的移动时，它会发送命令以将光标移动到相应的方向。
布兰德曼让德格雷 想象一个可以让他直观地控制光标的动作。德格雷盯着电脑屏幕，在脑海中寻找开始的方式，想起了电影《幽灵》中的一个场景，其中已故的山姆·小麦（帕特里克·斯威兹饰）无形地沿着门滑过一分钱，以向他的女朋友证明他仍然以光谱的形式存在。德格雷想象自己用手指推动光标，就好像它是一分钱一样，愿意将它指向目标。尽管他的手无法动弹，但他还是用尽了全力。布兰德曼欣喜若狂地看到解码器以他希望的速度工作。在 37 秒内，德格雷控制了光标并到达了第一个发光点。几分钟之内，他连续击中了数十个目标。
作为长期临床研究的一部分，地球上只有几十个人的皮层组织中嵌入了神经接口。德格雷 现在是其中最有经验和最敬业的人之一。自最初的试验以来，他已经花费了 1800 多个小时，进行了近 400 次培训课程，用他的思想控制各种形式的技术。他玩过电子游戏，操作过机器人肢体，发送短信和电子邮件，在亚马逊上购买产品，甚至驾驶过无人机——目前只是一个模拟器——所有这些都没有动过手指。德格雷和类似的志愿者工程师们正在探索一项有可能从根本上改变人机交互方式的技术前沿。
自 1950 年代以来，科学家和工程师一直在创建和研究脑机接口。考虑到大脑的行为有多少仍然是个谜——尤其是意识是如何从三磅的电子果冻中产生的——这些系统的总体成就是显着的。具有神经接口的瘫痪个体已经学会了在数字键盘上演奏简单的曲调，控制外骨骼并以足够灵巧的方式操纵机器人四肢来从瓶子里喝水。3 月，一个国际科学家团队发表了一项研究，该研究首次记录了患有完全全身瘫痪的人使用脑机接口通过一次一个字母地造句来表达他们的需求。
神经接口还可以在大脑和机器之间创建双向通信路径。2016年，在一场车祸中胸部以下瘫痪的内森·科普兰不仅用机械手与奥巴马总统拳头相撞，还亲身体验到了假肢回传信号时碰触到的触感到他大脑中的电极，刺激他的感觉皮层。通过结合大脑成像技术和神经网络，科学家们还破译并部分重建了人们脑海中的图像，产生了类似于风化宝丽来或涂抹油画的朦胧模仿。
大多数开发脑机接口的研究人员表示，他们主要对治疗应用感兴趣，即恢复瘫痪或其他残疾的人的运动和交流。然而，这种技术的明显潜力以及越来越多的知名初创公司开发它表明了更广泛采用的可能性：在未来，神经接口实际上增强了人们的先天能力并赋予他们新的能力，除了恢复那些已经丢失了。
在地球生命的历史中，我们从未遇到过没有身体的心灵。高度复杂的认知总是存在于一个错综复杂的物理框架中，无论是八只吸盘式手臂、四根毛茸茸的四肢还是一束羽毛和喙。人类科技往往会放大身体的内在能力，或通过身体将思想延伸到周围环境中。艺术和写作、农业和工程：所有人类的创新都依赖于身体的能力，因此也受到了身体的能力的限制，以物理操纵大脑设计的任何工具。如果脑机接口实现了它们的承诺，那么最深刻的后果可能就是：我们的物种可以超越这些限制，通过思想和机器的新融合绕过身体。
1893 年的一个春天的早晨，在德国维尔茨堡的一次军事训练演习中，一位名叫汉斯·伯杰的 19 岁少年从马背上摔下来，差点被火炮的轮子压死。同一天早上，他的妹妹在 60 英里外的科堡，心中充满了不祥的预感，并说服她的父亲发了一封电报，询问她哥哥的安危情况。这种看似心灵感应的预感让伯杰着迷，迫使他研究心灵的奥秘。他的努力在 1920 年代随着脑电图 (EEG) 的发明而达到顶峰：一种使用附在头皮上的电极记录大脑电活动的方法。他的仪器产生的振荡模式让人想起地震仪的涂鸦，是人类大脑细胞颤动的第一次转录。
在接下来的几十年里，科学家们学会了记录、操纵和引导大脑电信号的新方法，在思想和机器之间建立了更加精细的桥梁。1964 年，西班牙神经生理学家何塞·曼努埃尔·罗德里格斯·德尔加多 使用嵌入动物大脑的无线电控制电极使正在充电的公牛停止。1970 年代，加州大学洛杉矶分校教授雅克·维达尔（Jacques Vidal）创造了脑机接口这一术语，并证明人们可以在精神上引导光标穿过一个简单的虚拟迷宫。到 2000 年代初，杜克大学神经科学家 Miguel Nicolelis 和他的合作者发表的研究表明，植入神经接口的猴子可以用他们的思想控制机器人假肢。2004 年，肩部以下瘫痪的马特·纳格尔成为第一个这样做的人。他进一步学会了如何独自使用自己的思想来打乒乓球、改变电视频道、打开电子邮件和在电脑屏幕上画一个圆圈。
此后，脑机接口领域取得成就的步伐大大加快，部分归功于人工智能的快速发展。机器学习软件通过自动化一些必要的计算和预测人类用户的意图，大大提高了神经接口的效率和准确性，这与你的手机或电子邮件现在拥有人工智能辅助的预测文本没什么不同。去年，加州大学旧金山分校的神经外科医生 Edward Chang 和十几位合作者发表了一项具有里程碑意义的研究，描述了神经接口如何在 15 年多以来第一次为一名瘫痪的 36 岁男子提供声音。在 20 岁时发生车祸和严重中风后，这名被叫做潘乔 的男子失去了表达清晰语言的能力。在大约 20 个月的时间里，放置在 潘乔 感觉运动皮层顶部的 128 个圆盘形电极记录了他试图大声说话时涉及语音处理和声道控制的大脑区域的电活动。解码器将不同的神经活动模式与不同的单词相关联，并在语言预测算法的帮助下，最终学会了每分钟破译 15 个单词，平均准确率为 75%。尽管这只是英语典型讲话速度（每分钟 140 到 200 个单词）的一小部分，但它比许多严重瘫痪患者可用的点击式交流方法快得多。
在去年发表的另一项开创性研究中，杰米·亨德森 和几位同事，包括生物医学工程师弗朗西斯·威利特 和电气工程师 克里希纳·谢诺伊，报告了一种同样令人印象深刻但完全不同的神经接口通信方法。科学家们记录了丹尼斯·德格雷大脑中的神经元放电，他想象自己用笔在记事本上写字，试图重现每个字母所需的不同手部动作。他在心里写了数千个单词，以便系统可靠地识别每个字母特有的独特神经活动模式，并在屏幕上输出单词。“你真的学会了一段时间后讨厌 M，”他以特有的幽默感告诉我。最终，该方法非常成功。德格雷 能够每分钟输入多达 90 个字符或 18 个单词 - 是他之前使用光标和虚拟键盘输入速度的两倍多。他是世界上最快的打字员。“有时我跑得太快了，它只是一个很大的模糊，”他说。“我的注意力达到了一个点，他们提醒我呼吸并不罕见。”
迄今为止，脑机接口的成就依赖于侵入性和非侵入性技术的结合。该领域的许多科学家，包括与德格雷 合作的科学家，都依赖于犹他州的 黑石神经科技 公司生产的外科手术嵌入的尖状电极阵列。众所周知，犹他阵列可以区分单个神经元的信号，为连接的设备提供更精细的控制，但它所需的手术可能导致感染、炎症和疤痕，这可能导致信号强度最终下降。位于颅骨外的接口，例如依赖脑电图的耳机，目前仅限于窃听神经元组的集体放电，牺牲功率和精度来保证安全。使情况更加复杂的是，在实验室中研究的大多数神经接口都需要笨重的硬件、电缆和随行的计算机，而大多数商用接口本质上是用于基本视频游戏、玩具和应用程序的遥控器。这些商业头显并不能解决任何现实问题，临床研究中更强大的系统对于日常使用来说太不切实际了。
考虑到这个问题，埃隆·马斯克的公司 Neuralink 开发了一系列柔性聚合物线，上面镶嵌着 3000 多个连接到瓶盖大小的无线电和信号处理器的微小电极，以及可以通过手术将线植入体内的机器人。大脑，避开血管以减少炎症。Neuralink 已经在动物身上测试了它的系统，并表示将在今年开始人体试验。
总部位于纽约的 Synchron 开发了一种称为 Stentrode 的设备，该设备不需要开脑手术。它是一个 4 厘米、自膨胀管状电极网格，通过颈静脉插入大脑的主要血管之一。一旦到位，Stentrode 会检测到局部电场由附近的运动皮层神经元组接收，并将记录的信号中继到嵌入胸部的无线发射器，然后将它们传递到外部解码器。2021 年，Synchron 成为第一家获得 F.D.A 的公司。批准对永久性植入式脑机接口进行人体临床试验。到目前为止，四名不同程度瘫痪的人已经接受了 Stentrodes 并使用它们，其中一些结合眼动追踪和其他辅助技术，在家中无人监督的情况下控制个人电脑。
来自澳大利亚格林代尔的 62 岁的菲利普·奥基夫 于 2020 年 4 月接受了 Stentrode。由于肌萎缩侧索硬化症 (A.L.S.)，菲利普·奥基夫 只能走很短的距离，无法移动左臂，并且失去了清晰说话的能力.他解释说，起初，他必须全神贯注于操作系统所需的想象动作——在他的例子中，考虑移动他的左脚踝不同的时间长度。“但你用得越多，就越像骑自行车，”他说。“你到了一个阶段，你不会那么认真地考虑你需要做的动作。你想想你需要执行的功能，无论是打开电子邮件、滚动网页还是输入一些字母。”去年 12 月，奥基夫成为世界上第一个使用神经接口在 Twitter 上发帖的人：“无需敲击键盘或语音，”他在脑海中写道。“我只是通过思考创建了这条推文。#helloworld bci”
托马斯·奥克斯利，神经学家和创始首席执行官。Synchron 的公司认为，未来的脑机接口在成本和安全性方面将介于 LASIK 和心脏起搏器之间，帮助残疾人恢复与物理环境和快速发展的数字环境互动的能力。“除此之外，”他说，“如果这项技术允许任何人比普通人体更好地与数字世界互动，那就是它真正有趣的地方。为了表达情感，表达想法——你为传达大脑中正在发生的事情所做的一切都必须通过肌肉的控制来实现。脑机接口最终将实现超越人体限制的信息传递。从这个角度来看，我认为人脑的容量实际上会增加。”
目前还没有一种技术可以在人类思想出现时尽快传达它们。手指和拇指永远不会移动得足够快。并且有许多形式的信息处理更适合计算机而不是人脑。Oxley 推测了使用神经接口来增强人类记忆力、通过与 GPS 直接链接来增强先天导航技能、大幅提高人类大脑的计算能力并创造一种新的交流形式的可能性给另一个。“这只是这个空间黎明的开始，”奥克斯利说。“这真的会改变我们作为一个物种相互交流的方式。”
塔斯马尼亚大学的哲学家弗雷德里克·吉尔伯特 十多年来一直在研究神经技术带来的伦理困境。通过深入采访，他和其他伦理学家记录了一些人对神经植入物的不良反应，包括自我疏远、冲动增加、躁狂症、自残和企图自杀。2015 年，他前往南澳大利亚的佩诺拉会见了 54 岁的丽塔·莱格特，她有着截然不同但同样令人不安的经历。
几年前，托马斯·奥克斯利参与了特定脑机接口的首次人体临床试验，该接口通过手持蜂鸣器警告癫痫患者即将癫痫发作，让他们有足够的时间服用稳定药物或到达安全的地方。有了植入物，她感到更加自信和有能力，而且焦虑感大大降低。久而久之，就与她的身份密不可分了。“是我，它成了我，”她告诉吉尔伯特。“有了这个设备，我找到了自己。” 2013 年左右，制造神经接口的公司 NeuroVista 因无法获得新的资金而倒闭。尽管有她的抵抗，莱格特还是接受了移植手术。她被摧毁了。“她的共生关系是如此深刻，”吉尔伯特告诉我，当设备被移除时，“她遭受了创伤。”
与此相似的是，工程杂志 IEEE Spectrum 最近的一项调查显示，由于收入不足，总部位于洛杉矶的神经假肢公司 第二眼 已停止生产并在很大程度上停止为他们出售给 350 多名视障人士的仿生眼提供服务世界各地。至少一个人的植入物已经失败，无法修复——这种情况可能会发生在许多其他人身上。一些患者参加了第二眼 最新神经系统的临床试验直接刺激视觉皮层的接口要么已移除设备，要么正在考虑这样做。
如果复杂的脑机接口最终超越了医疗应用并成为普通大众可以使用的消费品，那么围绕它们的伦理考虑就会成倍增加。在 2017 年关于神经技术的评论中，哥伦比亚大学神经生物学家 拉斐尔·尤斯特和 24 位同事确定了四个主要关注领域：增强；偏见;隐私和同意；以及代理和身份。神经植入物有时会导致患者自我认知发生令人不安的变化。有些人报告说感觉自己像一个“电子娃娃”或发展出一种模糊的自我意识。如果有人犯罪并指责植入物，法律制度将如何确定过错？随着神经接口和人工智能的发展，这些紧张局势可能会加剧。
我采访过的所有科学家和工程师都承认神经接口带来的伦理问题，但大多数人更关注的是同意和安全，而不是他们认为遥远或未经证实的隐私和代理问题。在学术科学研究的世界中，该技术的适当未来边界仍然存在争议。
在私营部门，道德往往是热情的注脚，当它们被提及时。随着确保资金和商业化的压力越来越大，壮观的，有时甚至是可怕的索赔激增。德国企业家和投资人克里斯蒂安·安格迈尔 (Christian Angermayer) 曾表示，他有信心在 20 年内每个人都会使用脑机接口。“它基本上是大脑的输入输出设备，它可以造福社会的很大一部分，”他去年在 领英上发帖称。“人们将直接用他们的思想相互交流，完成工作，甚至创作精美的艺术品。”马斯克将 Neuralink 的最终目标描述为实现“一种与人工智能的共生”，这样人类就不会被超级智能机器消灭、征服或“抛在后面”。“如果你不能打败他们，那就加入他们，”他曾在 Twitter 上说，称其为“Neuralink 使命宣言”。前 Neuralink 总裁马克斯·霍达克 被迫离开公司，随后又创立了一家名为 Science 的新公司，梦想使用神经植入物使人类感觉器官“直接可编程”，从而创造一个“比特世界” : 一个平行的虚拟环境，一个清醒的梦，每当有人闭上眼睛就会出现。
今天，68 岁的德格雷仍然住在门洛帕克的辅助生活设施中，他在十年前因为靠近斯坦福大学而选择了它。他仍然拥有六年前亨德森在他的大脑中嵌入的相同的两个电极阵列，以及为外部机器提供连接点的突出金属底座。大多数时候，他感觉不到他们的存在，尽管意外的敲击会在他的头骨中回荡，就好像它是被敲击的锣一样。在他的日常生活中，他依赖于护理人员的全天候关注和一套辅助技术，包括语音命令和头部运动跟踪。他可以坐在呼吸式轮椅上四处走动，但长途旅行很费力。他大部分时间都在电脑上阅读新闻文章、科学研究和小说。“我真的很想念书，”他告诉我。“它们闻起来很香，拿在手里感觉很好。”
德格雷个人参与脑机接口研究已成为他生活的重心。斯坦福的科学家平均每周两次到他家来继续他们的研究。“我称自己为试飞员，”他说。“我的责任是每天早上带一架漂亮的新飞机起飞。然后工程师把它拖回机库并修好，第二天我们又做了整件事。”
德格雷 在激活他的神经接口时所经历的确切情况取决于他的任务。例如，尝试用手移动来控制光标，“将整个世界归结为 蚀刻草图（这是一个封闭式绘图系统，它允许人们在不需要任何其他用品（如纸张、铅笔、蜡笔、颜料、粉笔或钢笔）的情况下创作艺术作品，也不需要任何准备或清理。）。你所拥有的只有左、右、上和下。”随着时间的推移，这种控制变得如此直接和直观，感觉就像是他意志的无缝延伸。相比之下，在三个维度上操纵机器人手臂是一个更加互惠的过程：“我不会让它做任何事情，”他告诉我。“它以最通用的方式与我合作。我们两个在一起就像跳舞一样。”
没有人确切知道现有的电极阵列可以在人脑中保留多长时间而不会破坏或危及某人的健康。尽管德格雷可以随时要求移居，但他想无限期地继续作为研究参与者。“我觉得我在这里所做的事情非常有效，”他说。“如果我因为某种原因不得不退出这个项目，那会令我心碎。”
然而，对于他头骨中技术的长期未来，他有些矛盾。“我实际我花了很多时间担心这个，”他告诉我。“我确信它会被滥用，因为每一种技术在它刚出现时都是如此。希望这将推动人们对它应该在我们文明中的位置有所了解。我认为最终你必须相信人类的基本善良——否则，你永远不会追求任何新技术。你必须开发它，让它变现，然后看看它的去向。这就像生养孩子，你只能养他们一段时间，并让他们可以在这个世界上相对放松的生活。”
原文：By Ferris Jabr
编译：CyberDaily
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