編者按：人的大腦與身體形成了非常緊密的關(guān)系，大腦的想法要靠身體去執(zhí)行。但對于癱瘓患者來說，這件事情變得非常困難或者不再可能。不過，在有了腦機接口之后，癱瘓病人又重新看到了希望。甚至對于健全人來說，腦機接口還讓自己有了成為超人的可能。不過，這種技術(shù)也會引發(fā)大規(guī)模的道德危機。本文探討了腦機接口技術(shù)的進展情況，文章來自編譯。
一、用意念開無人機的德格雷
2006 年 10 月 10 日晚，丹尼斯·德格雷（Dennis DeGray）的靈與肉幾乎分離了。出去釣了一天的魚之后，他回到加州太平洋叢林市的家中，然后意識到自己還沒有倒垃圾。當時雨下得很大，所以他決定兩手提著袋子從家門口沖到外面的垃圾桶那里。結(jié)果在跑的時候因為踩到了橡樹下的一塊黑色霉菌，他滑倒了，重重地摔到了下巴，在頸椎的第二和第三根椎骨之間發(fā)生了斷裂。
在康復期間，當時 53 歲的德格雷從醫(yī)生處得知，他的頸骨以下已永久癱瘓。除了退化性抽搐以外，他的軀干或四肢都已經(jīng)不能動了。他告訴我：“我受盡了折磨，又不能上呼吸機?！笔鹿拾l(fā)生之后的幾年時間里，他“只能躺著看歷史頻道?！迸邮茏约菏軗p傷的現(xiàn)實。
一段時間之后，在一次干細胞研究的籌款活動中，他遇到了斯坦福大學神經(jīng)外科教授杰米·亨德森（Jaimie Henderson）。兩人談起了機器人，這是小時候就在家里的機械車間轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去的德格雷一直以來十分感興趣的話題。根據(jù)德格雷的回憶，亨德森的一個問題把他給迷住了：你想開無人機嗎？
亨德森說，他和同事一直都在開發(fā)腦機接口：將人的大腦與計算機、機器人肢體或無人機外部設(shè)備進行實驗性的連接，然后人就可以用意念來控制這些設(shè)備。德格雷非?？释麉⑴c這樣的實驗，于是在等待實驗開放以及簽署必要的許可期間，他搬到了門洛帕克，以便離斯坦福更近。 2016 年夏天，亨德森掀開了德格雷的頭骨，裸露出了他的皮層，也就是大腦薄薄的、有皺紋的最外層，然后往里面植入了兩個 4 毫米 x 4 毫米的電極陣列，樣子跟微型針床有點類似。每個陣列均配置了 100 個微小的金屬突起，它們共同記錄了隨運動皮層約幾百個神經(jīng)元一起涌動的電脈沖，而運動皮層這個大腦區(qū)域與自主運動有關(guān)。
經(jīng)過了一段恢復期之后，亨德森的幾個合作者來到德格雷家中，把他安排在電腦屏幕前。屏幕上顯示著一個由八個 25 美分硬幣大小的白點組成的圓環(huán)，而這些白點會輪流發(fā)出橙色的光。德格雷的任務是只靠自己的意念將光標移向發(fā)光的點。而科學家們則將線纜連接到德格雷頭部突出的金屬基座上，將記錄在他大腦里面的電信號傳輸給解碼器：也就是附近一個由運行機器學習算法的計算機組成網(wǎng)絡。
這些算法的開發(fā)者是神經(jīng)科學博士生大衛(wèi)·布萊德曼（David Brandman），他通過 BrainGate 這個聯(lián)盟與斯坦福團隊合作。他設(shè)計的算法可以快速地將不同的神經(jīng)活動模式與相關(guān)的預期手部運動聯(lián)系起來，而且每兩到三秒就更新一次，理論上可以讓這種關(guān)聯(lián)逐步變得更加準確。如果說德格雷頭骨里面的神經(jīng)元就像鋼琴上面的音符的話，那么他的獨特意圖就類似于獨特的音樂作品。比方說，舉起手的意圖會與一段神經(jīng)旋律吻合，試圖將手向右移動又會對應另一段神經(jīng)旋律。當解碼器學會識別德格雷想要做出的移動后，就會發(fā)送指令把光標移動到相應的方向。
布萊德曼讓德格雷想象一個可以讓他直觀地控制光標的動作。德格雷盯著電腦屏幕，腦子開始琢磨該怎么開始，他想起了電影《人鬼情未了》里面的一慕，已經(jīng)死去的薩姆（Sam Wheat，帕特里克·斯威茲飾）用看不見的力量讓一枚硬幣滾動，向他的女友證明了自己的幽靈還在。德格雷于是想象自己用手指去推動光標，就好像它是那枚硬幣，用意志力推動它朝目標挪動。盡管他的手無法動彈，但他還是用盡了全力去這么做。 布萊德曼驚喜地發(fā)現(xiàn)解碼器的運算速度如他所愿。在 37 秒之內(nèi)，德格雷控制光標到達了第一個發(fā)光點。幾分鐘之內(nèi)，他已經(jīng)連續(xù)命中了數(shù)十個目標。
作為長期臨床研究的一部分，全世界只有幾十個人的皮層組織嵌入了神經(jīng)接口。 德格雷現(xiàn)在是當中最有經(jīng)驗也是最敬業(yè)的人之一。自參與試驗以來，他已經(jīng)花費了 1800 多個小時，接受過近 400 次的訓練課程，參與用意念去控制各種形式的技術(shù)。他玩過電子游戲，操作過機器手臂，發(fā)過短信和電子郵件，在亞馬遜上買過東西，甚至還開過無人機，盡管目前只是操控模擬器，但在所有這些事情的過程中他都沒有動過一根手指。 德格雷和類似的志愿者正在一起探索一項前沿技術(shù)，如果成功，它有可能從根本上改變?nèi)祟惻c機器的交互方式。
自 1950 年代以來，科學家、工程師就一直在建立腦機接口并進行研究。鑒于大腦的行為有多少仍然是個謎，尤其是我們?nèi)圆磺宄@三磅重的電果凍是如何產(chǎn)生意識的，總體來看，這些系統(tǒng)的成就頗為顯著。癱瘓個體通過神經(jīng)接口已經(jīng)學會了在數(shù)字鍵盤上演奏簡單的曲子，能夠控制外骨骼足夠靈巧地操縱機器假肢喝一瓶水。今年 3 月，一支國際科學家團隊曾發(fā)表了一項研究，記錄了全身癱瘓的患者首次通過腦機接口靠一個一個字母地造句來表達自身需求。
神經(jīng)接口還可以在大腦與機器之間建立雙向的溝通路徑。Nathan Copeland曾在一場車禍中造成胸部以下癱瘓，但2016年的時候，他不僅能夠用機械手與奧巴馬總統(tǒng)拳對拳，假肢回傳信號到他大腦的電極，刺激到他的感覺皮層時，他還得以親身體驗到了觸感。通過大腦成像技術(shù)與神經(jīng)網(wǎng)絡的結(jié)合，科學家們還破譯并部分重建了人們腦海形成的圖像，產(chǎn)生了類似于風化的寶麗來或斑駁油畫的效果。
大多數(shù)開發(fā)腦機接口的研究人員表示，他們主要感興趣的是治療應用，也就是恢復癱瘓或其他殘疾人的運動和交流。不過，這種技術(shù)的潛力顯而易見，加上越來越多的知名初創(chuàng)企業(yè)也加入了研發(fā)的行列，這些都表明了存在擴大采用的可能性：在未來，除了恢復失去的能力以外，神經(jīng)接口還會增強人們的先天能力，并賦予他們新的能力。
在地球生物的歷史長河里，我們還從未遇到過與肉體分離的心靈。高度復雜的認知一直都是置放于一個錯綜復雜的肉體構(gòu)架內(nèi)，比如八只吸盤式的觸手、毛茸茸的四肢，一束羽毛與一個喙。人類科技往往會放大軀體的內(nèi)在能力，或者通過身體將思想延伸到周圍的環(huán)境之中。藝術(shù)和寫作、農(nóng)業(yè)和工程：所有人類的創(chuàng)新都依賴也因此受制于身體操縱大腦設(shè)計的任何工具的能力。如果腦機接口兌現(xiàn)承諾的話，那么影響最深遠的結(jié)果也許就是：我們的物種可以超越這些限制，通過思想與機器新的融合而繞開身體。
二、腦機接口的歷史
1893 年的一個春天，在德國維爾茨堡的一次軍事訓練演習中，19 歲的漢斯·伯杰（Hans Berger）從馬背上摔了下來，差點被大炮的輪子壓死。同一天早上，他的姐姐在 60 英里外的科堡突然有了不祥預感，并說服她的父親發(fā)封電報去詢問弟弟的情況。這種像是心靈感應的預感讓伯杰感到著迷，于是他開始研究其心靈的奧秘，并以 1920 年代發(fā)明腦電圖 (EEG) 而告終：利用附著在頭皮上的電極，EEG可以記錄大腦的電活動。他的儀器產(chǎn)生的振蕩模式第一次記錄了人類大腦細胞的顫動，讓人想起了地震儀的涂鴉。
在接下來的幾十年里，科學家們又學會了記錄、操縱和引導大腦電信號的新方法，在思想與機器之間建立起更加精致的橋梁。 1964 年，西班牙神經(jīng)生理學家何塞·曼努埃爾·羅德里格斯·德爾加多 (José Manuel Rodríguez Delgado)給一頭公牛大腦嵌入了由無線電控制的電極，然后通過遙控讓這頭沖鋒的公牛停了下來。 1970 年代，加州大學洛杉磯分校教授雅克·維達爾（Jacques Vidal）創(chuàng)造了腦機接口這個詞，并證明人可以用意念引導光標穿過一個簡單的虛擬迷宮。到 2000 年代初，杜克大學神經(jīng)科學家 Miguel Nicolelis及其合作者發(fā)表的研究表明，植入神經(jīng)接口的猴子可以用意念控制機器假肢。 2004 年，肩部以下癱瘓的Matt Nagle成為第一個做到這件事情的人。后來他又學會了如何用自己的意念來打乒乓球、切換電視頻道、打開電子郵件，以及在電腦屏幕上畫一個圓。
此后，腦機接口領(lǐng)域取得成就的步伐大大加快，這部分要歸功于人工智能的快速發(fā)展。通過將部分必要的計算與對人類用戶意圖的預測（這種預測與手機或電子郵件現(xiàn)在具備的那種人工智能輔助文本預測不一樣）自動化，機器學習軟件大大提高了神經(jīng)接口的效率和準確性。去年，加州大學舊金山分校神經(jīng)外科醫(yī)生 Edward Chang 以及十幾位合作者發(fā)表了一項具有里程碑意義的研究，研究闡述了神經(jīng)接口如何在讓一名 36 歲的癱瘓男子15 年多來第一次可以發(fā)聲。Pancho 20 歲時遭遇了車禍和嚴重中風，此后便喪失了清晰表達語言的能力。在約 20 個月的時間里，他們在Pancho的感覺運動皮層上方放置了 128 個盤狀電極，這些電極記錄了他嘗試大聲說話時與語音處理和聲道控制相關(guān)的大腦區(qū)域的電活動。解碼器將不同的神經(jīng)活動模式與不同的單詞建立關(guān)聯(lián)，并在語言預測算法的幫助下，最終學會了以每分鐘15 個單詞的速度破譯他的意圖，平均準確率達到了 75%。盡管與英語典型的講話速度（每分鐘 140 到 200 個單詞）相比要慢，但與許多嚴重癱瘓患者可用的點擊式交流方法相比已經(jīng)快很多了。
在去年發(fā)表的另一項開創(chuàng)性的研究當中， Jaimie Henderson 與生物醫(yī)學工程師 Francis Willett 和電氣工程師 Krishna Shenoy 等同事一起，又提供了一種同樣令人印象深刻但完全不同的神經(jīng)接口通信方法。當?shù)つ崴埂さ赂窭紫胂笞约河霉P在記事本上寫字時，試圖重現(xiàn)每個字母所需的不同手部動作時，科學家們記錄了大腦神經(jīng)元的放電情況。為了讓系統(tǒng)能夠可靠地識別每個字母特有的神經(jīng)活動模式，并在屏幕上輸出單詞，他在心里默寫了成千上萬個單詞。結(jié)果表明，這種方法非常成功。 德格雷最后做到了每分鐘輸入多達 90 個字符或 18 個單詞——是他之前用光標和虛擬鍵盤輸入速度的兩倍多。他是全世界用意念打字最快的打字員。 他說：“有時候我沖得太快了，以至于顯示出來的就是模糊不清的一大片。因為我的注意力太過集中，所以他們忘了提醒我要呼吸的情況并不罕見?！?/p>
迄今為止，腦機接口的成就主要靠侵入性與非侵入性技術(shù)的結(jié)合。包括與德格雷合作的科學家在內(nèi)，這個領(lǐng)域的許多科學家都需要靠猶他州 Blackrock Neurotech公司生產(chǎn)的尖狀電極陣列，用外科手術(shù)的方式嵌入。眾所周知，這種陣列可以區(qū)分單個神經(jīng)元的信號，為連接的設(shè)備提供更精細的控制，但嵌入手術(shù)可能會導致感染、炎癥并留下疤痕，最終可能會導致信號強度下降。放置在顱骨外的接口，比方說依賴腦電圖的頭戴設(shè)備，目前僅限用來偵聽神經(jīng)元組的集體放電，盡管確保了安全，但卻犧牲了能力和精度。雪上加霜的是，實驗室研究的大多數(shù)神經(jīng)接口都需要用笨重的硬件、繁雜線纜以及計算機，而大多數(shù)商用接口本質(zhì)上屬于用來玩基本的視頻游戲、玩具以及應用的遙控器。這些商用頭戴設(shè)備沒法解決任何的現(xiàn)實問題，而臨床研究使用的那些系統(tǒng)雖然更加強大，但對于日常使用來說太不切實際了。
鑒于此，埃隆·馬斯克的Neuralink開發(fā)出了柔性聚合物電極線，上面嵌入了 3000 多個微小電極，然后連接到瓶蓋大小的無線與信號處理器，以及可以通過手術(shù)將這種電極線植入到大腦的機器人，通過避開血管來減少炎癥。 Neuralink已經(jīng)用動物測試了這套系統(tǒng)，并表示將在今年開始人體試驗。
總部位于紐約的Synchron則開發(fā)了一種叫做Stentrode的設(shè)備，這種設(shè)備的好處是不需要開顱手術(shù)。這是一個可自膨脹的管狀電極網(wǎng)格，長度為4厘米，通過頸靜脈植入到大腦的主血管里面。一旦放置到位， Stentrode可檢測運動皮層附近神經(jīng)元組產(chǎn)生的局部電場，并將記錄的信號中繼到嵌入胸部的無線發(fā)射裝置，然后再傳送給外部解碼器。 2021 年， Synchron成為第一家獲得 FDA 批準，可對永久性植入式腦機接口進行人體臨床試驗的公司。到目前為止，已有四名不同程度的癱瘓患者植入了Stentrodes，他們有的還結(jié)合了眼動追蹤等其他輔助技術(shù)的使用，可以做到在家中無人監(jiān)督的情況下控制個人電腦。
Philip O'Keefe，62 歲，來自澳大利亞格林代爾。他在 2020 年 4 月接受了Stentrode的植入 。由于肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS，俗稱漸凍癥），O'Keefe 沒法走遠，沒法移動左臂，而且把話說清楚的能力也在逐漸喪失。他解釋說，剛開始的時候，他必須把精力全部集中在想象操作該系統(tǒng)所需的動作，比方說，想象移動左腳踝不同的時間長度。不過他說： “但你用得越多，就越像騎自行車。到了一定階段之后，你就再也那么認真地去思考要做的動作了。而是想要執(zhí)行什么功能，比如打開電子郵件、滾動網(wǎng)頁還是輸入一些字母?！?去年12 月，O'Keefe 成為全球第一個通過神經(jīng)接口在Twitter 上發(fā)帖的人。他在腦海里寫道：“不用敲鍵盤或者發(fā)聲。我用意念寫出了這條推文。#helloworldbci”
神經(jīng)學家，Synchron的創(chuàng)始首席執(zhí)行官 Thomas Oxley認為，在成本和安全性方面，未來的腦機接口會是介乎 LASIK （激光視力矯正手術(shù)）與心臟起搏器之間的水平，可幫助殘疾人恢復與周圍環(huán)境以及快速演進的數(shù)字環(huán)境的互動能力。他說： “此外，如果這項技術(shù)能夠讓任何普通人更好地與數(shù)字世界互動的話，那將是真正有趣的地方。為了表達情感，表達想法——現(xiàn)在你為了把大腦所發(fā)生的事情傳達出去所做的一切都必須通過肌肉控制來實現(xiàn)。但腦機接口最終將超越人體限制，實現(xiàn)信息的傳遞。從這個角度來看，我認為人腦的能力將會增強?！?/p>
目前還沒有一種技術(shù)可以在人類思想一旦出現(xiàn)就盡快傳遞出去。手指和拇指的移動永遠不夠腦子快。而且很多形式的信息處理更適合用計算機而不是人腦。Oxley推測，也許可以用神經(jīng)接口來增強人類的記憶力、與 GPS 直連來增強先天的導航技能，這樣可以大幅提高人類大腦的計算能力，并創(chuàng)造出一種新的交流形式，讓情緒可以無聲地從一個頭腦“拋給”給另一個頭腦。Oxley說： “這只是這個領(lǐng)域的曙光初現(xiàn)，我們作為一個物種的相互交流方式即將出現(xiàn)改變?！?/p>
三、腦機接口的倫理困境
塔斯馬尼亞大學的哲學家 Frederic Gilbert 十多年來一直在研究神經(jīng)技術(shù)所帶來的倫理困境。通過深入采訪，他和其他一些倫理學家記錄了部分人對神經(jīng)植入物的不良反應，其中包括自我疏遠、更加容易沖動、躁狂癥、自殘以及企圖自殺。 2015 年，他前往南澳大利亞的佩諾拉，拜訪了 54 歲的Rita Leggett，她的經(jīng)歷截然不同，但同樣令人不安。
幾年前，Leggett 參與了某個腦機接口的首次人體臨床試驗。這種接口可通過手持蜂鳴器警告癲癇患者癲癇即將發(fā)作，給患者留出足夠的時間去服用穩(wěn)定的藥物，或者去到安全的地方。有了植入物之后，她感到更加自信，更有能力了，而且焦慮感也大大降低。久而久之，這個東西已經(jīng)變得與她的身份密不可分了。 她告訴Gilbert 說：“它就是我，它變成了我。有了這個設(shè)備，我找到了自己。” 2013 年左右，制造這種神經(jīng)接口的公司NeuroVista因為沒法獲得新的資金而倒閉。盡管有她反抗過，但 Leggett還是接受了拆除。這件事情讓她極為不安。Gilbert說：“她與設(shè)備的共生關(guān)系太深了，”當設(shè)備被拆除時，“她遭受了創(chuàng)傷?！?/p>
其他公司的情況與此驚人相似，工程雜志《IEEE Spectrum》 最近的一項調(diào)查顯示，由于收入不足，總部位于洛杉磯的神經(jīng)義肢公司 Second Sight 已停止生產(chǎn)，為賣出給全球各地 350 多名視障人士的仿生眼提供的服務大部分也中止了。至少有一個人的植入物已經(jīng)失效，無法修復——這種情況也可能會發(fā)生在很多的其他人身上。一些參與了 Second Sight 最新神經(jīng)接口（直接刺激視覺皮層）臨床試驗的患者已經(jīng)移除了這種設(shè)備，或者正在考慮這么做。
如果復雜的腦機接口應用最終可以突破醫(yī)療，成為大眾也可以用的消費品，那么相關(guān)的道德考量就會成倍增加。在 2017 年一份對神經(jīng)技術(shù)的述評中，哥倫比亞大學神經(jīng)生物學家 Rafael Yuste與 24 位同事曾確定了四個主要關(guān)注領(lǐng)域：增強，偏見，隱私與許可，以及主體和身份。神經(jīng)植入物有時會導致患者的自我認知發(fā)生令人不安的變化。有些人報告說感覺自己像一個“電子娃娃”，形成了一種模糊的自我意識。如果有人犯罪然后把責任推給植入物的話，法律制度將如何界定是誰的過錯？隨著神經(jīng)接口和人工智能的發(fā)展，這些沖突可能會加劇。
我采訪過的所有科學家和工程師都承認神經(jīng)接口會帶來倫理問題，但大多數(shù)人更關(guān)注的是許可和安全，而不是他們認為還很遙遠或未經(jīng)證實的隱私和主體問題。在學術(shù)科學研究的世界里，這項技術(shù)合適的未來邊界在哪里仍存在爭議。
在私營板塊，如果說會提到道德的話，那也往往是熱衷的注腳。隨著確保拿到融資和商業(yè)化的壓力越來越大，驚人有時甚至是可怕的豪言壯語開始激增。德國創(chuàng)業(yè)者兼投資人Christian Angermayer曾表示，他有信心在 20 年內(nèi)人人都用上腦機接口。他去年在 LinkedIn 上發(fā)帖稱：“這個基本上會變成大腦的輸入輸出設(shè)備，造福很大一部分社會。人們會直接利用這些接口進行思想的相互交流，完成工作，甚至創(chuàng)作精美的藝術(shù)品?！瘪R斯克說，Neuralink的最終目標是實現(xiàn)“與人工智能的共生”，這樣人類就不會被超級智能機器消滅、征服或“甩在身后。他曾在 Twitter 上說：“如果不能打敗他們，那就加入他們。”稱這是“ Neuralink的使命宣言”。被迫離開Neuralink的前總裁Max Hodak后來又創(chuàng)立了一家新公司，叫做 Science 。他夢想用神經(jīng)植入物讓人類的感覺器官“直接可編程”，從而創(chuàng)造出一個“比特世界” : 一個平行的虛擬環(huán)境，一個清醒的夢境，只要閉上眼睛就會出現(xiàn)。
四、人機共舞
今天，68歲的德格雷仍然住在門洛帕克的療養(yǎng)院內(nèi)，他在十年前選擇的那個靠近斯坦福的地方。六年前亨德森植入到他大腦的那兩個電極陣列，以及為外部機器提供連接點的突出金屬底座都還在。大多數(shù)時候，他感覺不到它們的存在，盡管意外的敲門聲會在他的頭蓋骨內(nèi)回響，就好像敲鑼一樣。他平常的生活仍要靠護理人員全天候的關(guān)注以及一套包括語音命令和頭部運動跟蹤在內(nèi)的輔助技術(shù)。他可以坐在呼吸控制的輪椅上四處走動，但走遠的話會很費力。他大部分時間都是在電腦上看新聞、科學研究以及小說。他說： “我真的很懷念書，書聞起來很香，拿在手上的感覺很好?！?/p>
德格雷個人參與的腦機接口研究已成為他生活的重心。斯坦福的科學家平均每周會到他家兩次，繼續(xù)他們的研究。 他說：“我自稱是試飛員。我的責任是每天早上起飛一架漂亮的新飛機，做各種折騰。之后工程師再把它拖回機庫并修好，然后第二天我們再做一遍。”
在激活自己的神經(jīng)接口時，德格雷究竟經(jīng)歷會經(jīng)歷什么要取決于他的任務。比方說，在嘗試用手部動作控制光標時，“整個世界都可以歸結(jié)為《素描刻蝕》（Etch A Sketch）。你就只有上、下、左、右?！边@種控制會逐漸變得非常的直接和直觀，感覺就像是他意念的無縫延伸。相比之下，在三維下操縱機器人手臂是一個更加互惠的過程：“我不會讓它做任何事情。它用最多種的方式與我合作。我們兩個在一起就像跳舞一樣?！?/p>
在不會破壞或危及健康的情況下，這些電極陣列可以在人腦內(nèi)保留多長時間？沒人知道答案。盡管德格雷隨時可以要求移除，但他想一直參與這項研究。他說： “我覺得自己在這里所做的事情是對自己的一種肯定。如果我因為某種原因被迫退出項目的話，我會心碎的?！?/p>
然而，對于植入在他頭骨里面的這項技術(shù)的長期未來，他卻有點矛盾。他說： “其實我在擔心這個問題上花了好些時間。我確信它會被濫用，因為所有新技術(shù)剛出現(xiàn)的時候都是這樣。它應該在我們的文明里面處在什么位置？希望這個可以推動人們對此有所了解。我認為到頭來你必須相信人性本善——否則的話，你永遠都不會去追求任何的新技術(shù)。你得開發(fā)出來，讓它變現(xiàn)，然后看看它的發(fā)展。這跟養(yǎng)小孩一樣：你只能養(yǎng)一段時間，然后就得讓他們進入社會，自己只能管好自己了?！?/p>
譯者：boxi。