惊人技术！重新定义人机互动：深入了解神经链接的脑机接口技术

每一年，世界都在飞速地变化。一大批新的科技已箭在弦上，比如我们耳熟能详的ChatGPT、文心一言、Midjourney，更新迭代的速度都远比我们人类要快得多，让打工人有种前有狼后有虎的感觉。

但还有一些速度更快的，就等着某一天突然出现超级产品震撼我们的三观，比如——脑机接口。

去年5月26日，埃隆·马斯克创立的脑机接口公司Neuralink宣布：旗下的PRIME项目——精确机器人植入脑机接口，已获得美国食品药物管理局（FDA）批准，将开始进行人体临床研究。

去年9月，Neuralink开始招募大脑植入试验的人员！！！

Neuralink成立于2016年，用马斯克的原话说：“其目标是建立人与计算机之间快速的交流通道，尤其在人类输出信息方面，大大超越目前缓慢的鼠标键盘技术。”

此前，Neuralink已经完成了许多动物实验，例如通过植入大脑的芯片、让猴子可以用意念控制屏幕上的光标。

9岁的猕猴Pager，通过植入大脑的Neuralink芯片玩视频游戏，通过一系列安全性的技术审核后，PRIME获得的人类实验许可，标志着这一研究向实际应用又迈出了重要的一步。

脑机接口是什么？

脑机接口（Brain-Machine Interface, BMI）是开发机器与神经系统进行直接信息交互的技术。这种直接信息交流，绕开了任何肌肉运动和感觉器官，而且是相互的。

一方面，机器可以通过读取神经活动产生的电磁信号获取大脑的意图。例如：人们可以只凭脑中的意图，就控制手机和电脑、操纵机械臂、用扬声器说话，甚至建立人与计算机之间直接的思维连接……

另一方面，机器也可以通过对特定神经元集群的电刺激，向大脑输入信息。这就是将图像、声音等转化为神经信号，直接输入大脑的相关皮层，就可以绕开眼睛、耳朵，带来视觉和听觉的主观体验。

这种技术前景对各类残疾人士是莫大的福音，目前大部分脑机接口的研究，也都被限制在帮助失能者、神经疾病患者重新拥有类似常人的能力。

Neuralink的PRIME项目

PRIME项目是Neuralink的一项重要计划，通过植入大脑的芯片实现脑机接口。该芯片名为N1，是一块硬币形状的芯片，上面带有64根导线，每根导线前端有16个电极，用以采集不同神经元的电信号。显然，1024个电极（即使后续会大大增加）对于数以千亿计的大脑神经元，还是一个杯水车薪的数字。

PRIME项目采用侵入式脑机接口，需要在颅骨上开一个小孔，将芯片的电极插入大脑皮层特定区域，用以直接读取神经元产生的细胞外电信号。这种技术难度高，但能够获取高质量、高时空分辨率的神经信号，是脑机接口领域最硬核的方向之一。

PRIME的手术过程

PRIME手术过程十分精密，由于，N1的导线比发丝还细，同时插入过程还需避开人眼无法看见的毛细血管，必须使用手术机器人R1才能完成。首先，通过功能核磁共振等方法确定植入芯片的位置，然后在手术中使用R1机器人将导线插入大脑皮层中。导线的直径比发丝还细，插入过程需避开微小的血管。（导线的直径：由激光研磨，只有10-12微米宽，相当于红细胞的尺寸，减少了插入过程对皮层组织的损伤。）

插入导线后的大脑皮层区域（如下图）

导线插入过程只需大约20分钟，之后N1芯片被放置在颅骨的圆孔中，与颅骨表面齐平，再缝合头皮，等头发重新长出以后，就看不出植入痕迹了。N1的数据传输和充电过程都采用了无线方式，保证了使用者的行动自由。

N1经过了大量专门设计和测试，包括抗冲击、防水、电池安全性、生物友好性、电路发热程度等，而且整个系统可以便利地进行升级。

PRIME团队不断改善工作，例如尝试在不切除硬脑膜的情况下插入导线，以进一步减少对人体的损伤。

解码神经信号

N1汇集各个电极的信号后，通过蓝牙实时发送到外部设备，然后由解码软件进行解码。解码软件的核心是一个人工神经网络，需要在手术后对植入者进行一系列认知测试，以训练神经网络，使其能够准确解码神经元的兴奋模式。

N1本身就会进行一些数据的本地预处理，以减少数据发送量。但考虑到N1的尺寸、电量和发热限制，大部分解码工作仍需在外部设备中进行。一个很有趣的现象，因为只有（人工）神经网络能够理解（自然）神经网络，所以即使训练完成后，人类可能也难以理解这个黑箱系统中的具体工作原理。

已经开发出的用户app可以接收N1记录的大脑信号，并进行解码，将植入者的意图转换成光标的移动、文字、语音、机械臂的动作等输出。

别看整个过程非常复杂，实际在理论上可以非常迅速，甚至比正常的大脑到肌肉的神经传导更快。植入者的动作发起速度，可能还会超过普通人。

2023年8月，加州大学Chang团队将芯片植入瘫痪者Ann的语言皮层，通过解读数十个基本语音信息的神经编码，让患者可以通过在脑海中“默念”输出语句，速度最高达每分钟78个单词，已经接近日常交流水平。植入大脑皮层的芯片，让失语18年的Ann重新“开口说话”了。

脑机接口的伦理问题

随着脑机接口技术的发展，可能引发一系列伦理问题。如果某些人通过脑机接口获得了超越常人的能力，可能导致社会不公平，加剧分化。与机器直接连接也可能带来安全和隐私问题，让使用者面临被控制的风险。

最终，脑机接口的发展可能模糊人机之间的界限，改变人类的生存状态。影视中的科幻场景也可能成为现实，如意识上传、思维永生等。

这一切或许会导致人类这一物种最终消失，演变成另一种智能体。对于这一天，多数人可能会感到惶恐，但如果是无可避免的趋势，我们可能需要时刻保持对最新事物的理解与学习的能力。

欢迎关注微信公众号：小红的成长日记，一起学Java！