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神经植入芯片和大脑芯片

仔细观察智人的演化,我们的大脑在过去的3万年时间里并没有发生什么改变,可以说我们的大脑与我们居住在洞穴中的史前祖先基本上没有什么差别,然而我们周围的世界已经发生了巨大的改变。史前的大脑怎么可能在一个现代的、高科技的社会中依然正常运转呢?我们眼前这个社会已经与人类在过去的数千年时间里作为狩猎采集者所经历的社会截然不同。所以,这实际上表明了大脑具有某种不可思议的可塑性。

如果人类的大脑有代码,它一定不是硬编码 [3] 的,因为它具有非常高的可塑性。大脑中的神经通路可以很容易地进行重构,而在我们的一生中,新的习惯和行为一直在我们的大脑中构建新的神经通路。每当你学会一种新的技能,比如演奏一种乐器或者进行某种运动时,你大脑中的神经回路就会发生改变。这使得人类能够适应几乎任何任务,从写诗到建造摩天大楼,它还使我们能够适应非常不同的环境。

这种可塑性对我们史前的祖先来讲是至关重要的,因为他们必须学会如何在各种不同的地方生活,比如亚马孙热带雨林、卡拉哈里沙漠、安第斯山脉等。可以说,正是人类大脑的可塑性才使我们主宰了整个地球,并且重塑了这颗行星,使其适应我们的需求。然而,虽然我们已经取得了很大的进步,但对于我们大脑的运作方式,我们目前所知甚少,甚至无法完全理解自己的意识。

利用脑机接口,科学家才刚刚开始了解隐藏在我们头骨下的秘密。米格尔·尼科莱利斯(Miguel Nicolelis)是一个身材矮胖的很有说服力的巴西人,当他说话时,他非常喜欢挥动自己的手臂,而他正是在脑机接口领域处于领先地位的研究人员之一。作为一名神经生物学教授,在过去的30年时间里他一直在设计一系列的实验,而正是这些实验把脑机接口的可能性推向了极限。

小时候,尼科莱利斯经常在漫长的下午与他的祖母一起在家里的后院进行探索,也就在这个过程中,他变得对科学越来越痴迷。从圣保罗大学获得博士学位以后,他去拜见了自己的导师,巴西神经科学之父恺撒·蒂莫-亚里亚(Caesar Timo-Iaria),他对自己的导师说他已经厌倦了每次只能处理一个神经元的实验方式。按照这样的速度,他需要花费10亿年的时间才能完成他的研究。他想一次记录下数百个神经元的活动,同时倾听由大脑奏响的交响乐。蒂莫-亚里亚告诉他,他最好还是去买一张飞往美国的机票,然后再去寻找一个足够疯狂的人来资助他的研究。

尼科莱利斯接受了这个提议,并最终来到了杜克大学,在那里他开始突破他的研究领域的边界。2003年,他的团队决定在一只名叫奥萝拉的枭猴身上做实验,他们打开了它的头颅,然后在里面植入了有96个电极的阵列。这些电极把它的大脑与一个机械手臂连接在了一起,而这个手臂可以控制电子游戏的操纵杆。仅凭它的思想,这只枭猴成功地弄清楚了如何在屏幕上移动光标。每一次当它成功地将光标移动到目标上时,它就可以获得橙汁奖励。

在接下来的实验中,他们增加了植入这只猴子大脑中的电极数量,然后再把这些电极与控制一个轮椅移动的电脑连接了起来。这只猴子很快就学会了如何用自己的思想控制这个轮椅,并且非常熟练地控制着轮椅朝着一盘看上去非常饱满诱人的葡萄行驶了过去。

尼科莱利斯意识到,如果一只猴子能够用它的大脑控制机械手臂和轮椅,那么人类毫无疑问也能够做到。在随后的实验中,他决定尝试一些不同的东西,他把两只老鼠的大脑直接与互联网连接在了一起,而这两只老鼠又被放在了不同城市的独立的笼子里。当有好吃的东西的时候,科学家会点亮在第一只老鼠的笼子上方的黄灯。这只老鼠很快就学会了,当黄灯亮起来的时候它可以通过推动一根杠杆获得食物。第二只老鼠在有食物的时候却并没有被给予任何类似的提示。然而,因为它的大脑与第一只老鼠的大脑通过互联网直接连接在了一起,所以它也接收到了第一只老鼠的大脑传来的信号。在很短的时间里,第二只老鼠就搞懂了第一只老鼠的大脑传来的信号,并推动了杠杆。

“这些实验表明,我们实际上已经在大脑间建立了复杂的、直接的通信连接。”尼科莱利斯这样说道。 [4]

从本质上来讲,尼科莱利斯已经成功地通过互联网把思想从一个活生生的大脑转移到了另一个活生生的大脑中。如果你明白了这一点,你就会理解这是一项令人震惊的成就,它意味着我们有能力在大脑间直接传递信息。我们所要做的就是在大脑中植入电极,然后再把我们自己连接到互联网上。

尼科莱利斯接着调整他的实验,现在只要第二只老鼠能够成功解码来自第一只老鼠的大脑信号并且吃到给它准备的食物,第一只老鼠就能够获得额外的奖励。此时,这两只老鼠的大脑已经开始下意识地进行同步,期望能够获得最大的好处。这一反馈回路的建立促使第一只老鼠发送出了更加清晰的信号,以改善老鼠间的通信质量并增加能够获得的奖励数量。这两只老鼠甚至没有意识到它们的大脑在工作的时候就像是一个单一的整体。

今天,老鼠和猴子已经不是仅有的在大脑中植入芯片的动物,人类也有了自己的志愿者。大脑之门(BrainGate)是一家由斯坦福大学和布朗大学合作建立的研究公司,这家公司的研究人员已经将阿司匹林药片大小的芯片植入了四肢瘫痪的病人的大脑中,这使他们可以用自己的思想来控制机械手臂。

“其中的一位参与者告诉我们,在这次实验开始的时候,她真正想做的一件事是再次演奏音乐,”斯坦福大学的生物工程师保罗·奴优究基安(Paul Nuyujukian)这样说道,“所以,当我后来看到她在一个数字键盘上进行演奏时,那种感觉实在太棒了。” [5]

那些四肢瘫痪的病人现在还能够通过他们的思想在平板电脑上与应用程序进行互动。

“平板电脑已经成了我的第二天性,这太直观了,”其中的一位参与者这样说道,“感觉上,这比我记忆中使用鼠标更加自然。”

对那些失去了手臂或者腿的人来讲,突然之间他们又能够使用电脑、演奏音乐、自己吃东西,以及驾驶轮椅四处走动了,这种自由的感觉实在太令人兴奋了,而这只不过是刚刚开始。在一次高空坠落后,丹尼斯·德格雷(Dennis Degray)很不幸地从锁骨以下瘫痪了,但现在他已经能够在大脑芯片的帮助下给他的朋友发送短信了。

在加州大学旧金山分校,科学家在人工智能的帮助下已经成功地把大脑信号转变成了语音。他们让大脑中已经植入了电极的志愿者来训练人工智能辨别他们的大脑信号,然后再输出类似参与者的合成语音。

“通过这项研究,我们首次证明了我们完全可以基于一个个体的大脑活动来生成完整的口语句子。”爱德华·张(Edward Chang)这样说道,他是一位神经外科手术的教授。 [6]

埃隆·马斯克相信这就是未来。他的创业公司Neuralink(神经链接)已经融资了数亿美元,用于对上述这些大学的研究成果展开商业化的运作。Neuralink希望能够改善那些患有神经系统疾病的人的生活,比如患有阿尔茨海默病和帕金森病的人,以及那些遭受了脑损伤和脊髓损伤的人。然而,它的最终目标是创造出一个可以和人工智能连接的第三层次的大脑。

“在有了高带宽的大脑接口后,我认为我们就可以选择是否与人工智能进行融合了。”马斯克这样说道。 [7]

为了做到这一点,Neuralink希望植入大脑芯片的过程可以像准分子激光手术那样简单且毫无痛苦。他们设想了一种只需要局部麻醉的门诊手术,手术时激光会先在你的头骨上钻一个很小的洞,然后芯片就可以通过这个洞滑进去了。

虽然我们已经取得了上述这些进步,但在短期内我并不建议你在自己的大脑中安装一块芯片,毕竟在这个领域我们还有很长的路要走。另外,电极常常会在生物体内溶解和腐蚀,而且目前还没有人知道这些设备的寿命或者与这些设备长期共存可能产生的影响。

即便技术上的障碍可以被克服,阻止我们大规模接受这种新技术的最大障碍实际上是我们的恐惧。当涉及在人们自己的大脑中植入某种异物时,绝大多数人都会感到害怕,除非他们有非常好的理由,否则他们绝不会这样做。虽然我对这项技术非常着迷,但我也绝不会同意在自己的头骨上钻一个洞,仅仅为了可以不用智能手机就连上互联网。 Hjm02B5nqobKvISxHWTh5HaYaYyzIhpBj6b9Z7vW0TJJIParZHqvTfzo804ZtoIo

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