美国企业家马斯克招募第二名志愿者接受脑机接口手术，引发热议

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1534次浏览发布时间：2024-06-05 10:28:29

尽管存在许多争议，但美国企业家埃隆·马斯克被誉为“硅谷钢铁侠”，最近表示，在全球首例脑机设备植入手术成功100天后，正式开始招募第二名志愿者接受脑机接口手术。脑机接口技术成为今年备受瞩目的科技话题。在不久前举办的2024中关村论坛上，北京脑科学与类脑研究所与北京芯智达神经技术有限公司联合研发的“北脑二号”脑机接口重大成果也引起广泛关注。目前脑机接口技术发展到何种程度？科幻电影中将人类意识上传至网络空间的愿景离我们有多远？

人类的大脑中藏有许多秘密。

最早的计算机实际上是在模仿人脑的工作方式。张垒指出，大脑神经元通过动作电位表达“有”或“没有”，就像电脑程序中的基本代码“0”和“1”一样。尽管人工智能在某些领域已达到甚至超过人脑的能力，但从能源利用效率来看并不理想。例如，OpenAI旗下的聊天机器人ChatGPT每天消耗的电量高达50万千瓦时，相当于1.7万个美国家庭的用电量。相比之下，人脑的能效非常高，大脑仅消耗约15瓦的功率，仅相当于一个灯泡的能量，每天消耗量相当于两根香蕉，却能执行复杂的功能，如行动、记忆、情感和思考。

因此，科学界一直希望通过两个方面来模拟人脑：第一是模拟真正的人脑工作方式，包括产生独立的思维；第二是力争达到匹敌人脑能耗效率的水平。著名的“欧洲人脑计划”曾有雄心壮志，希望利用超级计算机来模拟人脑的运转机理，并进一步了解大脑的功能、构造以及相关疾病。然而，直至2023年年底，这项历时10年、耗资6亿欧元的项目宣告终结，但却远未实现预期目标。

张垒指出，这是因为人类大脑的结构和工作方式实在过于复杂。人类大脑内含有大约860亿个神经元，每个神经元通过成千上万个突触相互连接，这些连接的规模远远超过了人类建立的互联网。大脑的工作动态机制目前仍不为人所明了，如此庞大的结构甚至可能超越了当前人类的认知水平。此外，脑科研本身是一门复合学科，研究范围广泛，涵盖了从纳米级别的生物分子到更大尺度的神经元，再到神经环路以及整个大脑的生物机制，因此需要耗费大量时间和经费。

请问什么是脑机接口，它的功能有哪些？

虽然对人脑整体认知尚不全面，但科学家在持续推动脑机接口技术和类脑研究方面取得进展，这些技术在治疗多种脑部和神经疾病上展现出巨大潜力。近年来，脑机接口成为热门研究项目之一，是脑科学与类脑研究领域科技竞争的焦点，是一个跨学科综合系统，涉及的产业链条较长，研发过程包括电极、芯片、数据、算法等多个环节，覆盖电子学、软件、材料学等多个领域。

根据脑电波接收方式的不同，主要可分为三种技术路径：一是无需手术，只需将电极贴在头皮上来采集脑电波，采用无创（非侵入式）模式；二是经手术将电极贴在大脑皮层上，但并未插入脑组织，属于半侵入式；三是利用微针或微丝将电极直接插入脑组织，即侵入式。理论上来说，电极与大脑组织越接近，采集到的脑电波信号质量就越好。张垒举例表示，由于人脑在日常活动中会产生各种类型的脑电波，因此在脑机接口领域常使用会议室作比喻。在一个嘈杂的会议室里，无创模式相当于在外围放置麦克风来收集内部声音，结果是乱响、经过墙体（头骨）过滤的模糊声音；半侵入式则相当于在门口放一个麦克风；而侵入式则是在每个人面前放置一个麦克风，能够收集到最清晰的信号。

然而，这三种技术路径的挑战程度逐渐增高。目前，马斯克所采用的是侵入式脑机接口技术，即直接将柔性电极植入病人大脑皮层，采集高质量的神经信号后，通过特殊算法转换为计算机可解读指令，从而实现无需依赖传统人体周围神经和肌肉，直接操作电脑游标。这些指令也可用于控制机械臂、轮椅及其他设备，提升四肢瘫痪患者的生活自理能力。

张垒介绍指出，目前关于运动的脑部研究已经实现了比较清晰的区域定位，已经基本确定了不同脑区域与不同运动之间的对应关系，因此适用于脑机接口技术的发展。"北脑二号"是一种侵入式脑机接口，使用了自主研发的高通量柔性微丝神经电极、高通道数高速神经信号采集设备和运动解码算法，构建了高性能的运动脑机接口系统。在2024年中关村论坛上展示的"北脑二号"已经成功地稳定植入在猴子大脑内已有近一年时间，在全球首次实现了猕猴通过意念控制对二维运动目标的脑控拦截，解决了大规模单细胞信号长期稳定记录和实时解码的国际尖端难题，电极性能的关键指标达到了国际领先水平。张垒表示，“北脑二号”所有的设备和解码软件都是自主研发的，电极性能和解码算法整体的水平与马斯克相关技术中的脑机接口相当，但在系统整合方面仍存在一些差距。

未来的发展将更加关注语言和视觉。

五月初，全球首位接受脑机接口手术的志愿者因为植入脑部的电极部分脱落，导致脑电波信号收集质量下降，表现为对电脑光标控制开始变得不够准确且出现延迟，研究团队通过优化算法，基本修复了功能。张垒表示，脑机接口未来的发展方向之一是提高不同参与者之间的迁移能力或普适性。由于每个人的脑电波和思维习惯都不完全相同，即使植入电极后仍需要通过“个性化定制”进行反复调试和有意识的训练，以尽可能提高大脑意图识别的准确性。减少这种调试的方法是正在考虑的未来发展方向之一。张垒指出，国际领先技术还在尝试将脑机接口技术应用于语言和视觉领域，它们的脑区定位相对更加清晰。马斯克之前多次表示脑机接口设备未来可以帮助瘫痪者重新行走、使盲人恢复视力，并实现“人机共生”等目标。但张垒认为，人脑的高级认知功能较为复杂，可能不是某一个特定区域，而是由多个脑区协同构成。这方面的研究尚不够深入，因此科幻电影中将人类意识上传至网络的情景目前还未实现。

另外令人关注的是，眼下脑机接口技术在科学原理、技术、安全性、伦理等方面仍面临挑战，需要未来持续研究探索。

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