迈向“超人认知”：脑机接口的未来

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大脑无疑是人体中最复杂、最神秘的器官。

作为智力的中心，运动的策划者以及我们感官的歌喉，大脑不仅仅是一个被外壳和液体包裹着的3磅重的器官。相反，它是定义自我和广义上的人性的皇冠上的明珠。

几十年来，研究人员一直在探索将我们自己惊人的生物“计算机”与实际物理主机连接起来的潜力。这些所谓的“脑机接口”（BCI）在治疗一系列疾病方面显示出前景，包括瘫痪、耳聋、中风，甚至精神疾病。

这一研究领域的重要参与者之一是埃隆·马斯克(Elon Musk)，他在2016年创建了Neuralink。该公司的短期任务是开发一种脑-机接口，以帮助患有神经疾病(如帕金森氏症)的人。长期的使命是引导人类进入“超人认知”时代。

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神经科学基础知识

但首先，我要讲一些神经科学基础知识。

神经元是传递和接收信息的特化细胞。神经元的基本结构包括树突、胞体和轴突。树突是信号接收器。胞体是连接到树突的细胞体，作为传递信号的结构。轴突，也称为神经纤维，将信号从胞体传输出去。

神经元通过突触(即轴突-树突连接)相互通信。神经元通过动作电位相互传递信息。动作电位可以定义为沿轴突向下传递的电脉冲，引起神经递质的释放，从而抑制或刺激下一个神经元(导致另一个动作电位的启动)。

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植入物如何获取和解码脑信号？

那么，该公司和其他BCI公司将如何利用这个进化古老的系统来开发一种能够获取和解码大脑输出信息的植入物呢?

Neuralink 植入物由三部分组成：Link、神经线和充电器。

由神经外科医生控制的机器人系统会将植入物植入大脑。 Link 是核心组件。它处理和传输神经信号。微米级的神经线连接到 Link 和大脑的其他区域。这些线还包含电极，负责检测神经信号。充电器可确保通过无线连接为电池充电。

这种植入物具有侵入性，可以精确读出来自大脑的电信号——不像非侵入性设备那样敏感和特异。此外，由于其体积小，工程师和神经外科医生可以将该设备植入非常特定的大脑区域，并定制电极分布。

Neuralink植入物将通过蓝牙连接与应用程序配对。其目标是让植入这种芯片的人通过简单的思考来控制他们的设备或电脑。该应用程序提供了一些练习，以帮助指导和培训个人如何将植入物用于其预期目的。这项技术将使有神经障碍(如瘫痪)的人更容易通过文本或语音合成进行交流，以及参与摄影等创造性活动。

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最近的一些研究进展

现有的文本和语音合成技术已经在进行中。例如，BCI平台公司Synchron正在研究用Stentrode治疗严重瘫痪的人。这种神经假肢旨在帮助人们通过蓝牙技术(如短信、电子邮件)将思维与运动联系起来。在一项用于肌萎缩侧索硬化症患者的研究中，初步结果显示，通过直接意念，该设备改善了功能独立性。

斯坦福大学的FrancisR. Willet博士正在开发利用BCI技术实现高性能手写的软件。这项技术也显示出了前景。

Willet说:“我们已经了解到，在身体失去执行这些动作的能力后的整整十年里，大脑仍保留着制定精细动作的能力。”他最近报告了一项关于全身瘫痪患者的笔迹转换的BCI研究结果。通过一种循环神经网络解码方法，BrainGate研究的参与者仅用意念就能每分钟输入90个字符，原始准确率高达94.1%，这个结果令人印象深刻。

虽然不是完全可植入的大脑装置，但研究人员也研究了这种经皮植入物在慢性中风患者中恢复手臂功能的能力。由托马斯杰斐逊大学助理教授 Mijail D. Serruya 医学博士领导的 Cortimo 试验的初步结果是积极的。研究人员植入微电极阵列，以解码 2 年前经历过中风的参与者的大脑信号和运动功能。参与者能够在他们瘫痪的手臂上使用电动手臂支架。

Neuralink 最近发布了一段视频，演示了在名为 Pager 的猴子使用操纵杆玩游戏时如何使用该界面。公司研究人员将一个称为 N1 Link 的 1024 电极神经记录和数据传输设备插入左右运动皮层。使用植入物，神经活动被发送到解码器算法。在整个过程中，对解码器算法进行了改进和校准。几分钟后，Pager 能够用他的意念而不是操纵杆来控制屏幕上的光标。

马斯克希望进一步开发Neuralink，不仅改变我们治疗神经系统疾病的方式，也改变我们与自己和环境的互动方式。当然，这是一个远大的目标，但在不久的将来似乎也不可能实现。

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未知数：伦理困境

BCI 技术未来面临的一个主要难题是，研究人员并未完全了解有关大脑信号、人工智能 (AI) 软件和假肢如何相互作用的科学。尽管计算卸载提高了人工智能算法的预测性，但存在身份和个人代理问题。

我们怎么知道一个动作真的是一个人自己思考的结果，或者更确切地说，是人工智能软件的结果？当我们时间紧迫、用一只手打字或因为方便时，打字时的自动更正功能会非常有用。然而，它也很容易创建和发送意外或不适当的信息。

这些算法旨在从我们的行为中学习并预测我们的下一步行动。然而，一个问题是，我们是自己思想的作者，还是仅仅是在外力控制下传递信息的装置。

“人们可能会质疑，他们经历的新的性格变化是否真的代表了他们自己，或者他们现在是植入物的产物(比如，‘这真的是我吗?’;“我是作为一个人成长了吗?还是因为技术?”) 这引发了关于代理和我们作为人的问题，”多伦多大学Temerty医学院的临床生物伦理学家和助理教授Kerry Bowman博士说。

制定保护措施以确保我们思想的隐私非常重要。在数据就是货币的时代，建立边界以保护我们的自主权和防止剥削（例如，被私人公司或黑客）是至关重要的。尽管 Neuralink 和 BCI 通常肯定会以深刻的方式推动神经工程的界限，但重要的是要注意这项技术的生物学和伦理意义。

正如鲍曼所指出的那样:“在整个人类历史中，在囚禁和酷刑等最恶劣的情况下，对所有人来说，唯一安全的地方就是自己的心灵隐私。”没有人可以干涉，拿走，或捕获到这些想法。然而，这项技术挑战了个人隐私——这项技术(以及公司)可能会意识到这些想法。”

作者与参考信息

Leanna M. W. Lui, HBSc, is an MSc candidate at the University of Toronto in the Mood Disorders Psychopharmacology Unit.

Toward 'Superhuman Cognition': The Future of Brain-Computer Interfaces