反思腦機接口技術：機器真的能控制我們的大腦嗎

　　腦機接口的每次動態(tài)與進展，幾乎都能引起一片討論。其中就有不少關于這個技術的擔憂。實際上，我們對于不了解的新事物感到恐懼是正常的。但有一點值得我們技術：我們已經(jīng)面對并接受了其他生物醫(yī)學進步所可能帶來的擔憂，例如DNA測序、麻醉和神經(jīng)外科。關于腦機接口，生物學才是真正的瓶頸，而猛烈的公牛在沖鋒的途中鎖定了雙腿。它將雙蹄扎進地下，在與之搏斗的人類參賽選手被刺傷之前停了下來。

　　這個人類參賽選手不是職業(yè)斗牛士，而是一名西班牙神經(jīng)科學家，叫做 José Manuel Rodriguez Delgado。1963年，他在一次危險的公共活動中展示了如何通過無線電控制大腦植入來阻止動物的暴力行為。

　　Delgado按下了手持無線電發(fā)射器上的一個開關，使植入公牛大腦中的電極通電。Delgado認為，遙控大腦植入可以抑制動物的越軌行為，實現(xiàn)所謂的“精神文明社會”。

　　毫無疑問，這種通過大腦植入與無線電控制人腦的設想引起了大眾對腦機接口技術的恐懼，繼而使得這一研究領域受到了限制。但現(xiàn)在，社會開始流行使用更先進的技術，比如激光束、超聲波、電磁脈沖、輕度的交流電和直流電刺激等等。這些技術不僅能夠獲取與操縱大腦的電活動，而且比Delgado刺入大腦的針狀電極要復雜得多。

　　特斯拉的創(chuàng)始人馬斯克與Facebook的CEO扎克伯克是這個研究領域的引領者，他們在腦機接口技術的開發(fā)上投入了上百萬美元。在2019年11月的一次演講上，馬斯克曾表示，他想為人腦提供一個“超級智能層”(superintelligence layer)，以保護人類免受人工智能的傷害。

　　此外，據(jù)Wired報道，扎克伯格也曾表示過，他希望用過用戶能夠通過意念在互聯(lián)網(wǎng)上傳他們的思想和情感，而不必打字。但在這些討論中，事實和虛構很容易被模糊化。比如，這些技術實際上是如何工作的?它們的功能又是什么?

　　在1964年，Delgado的技術就已經(jīng)可以在人腦中引發(fā)一系列令人驚訝的操控。他只需在癲癇患者的大腦中植入電極、給電極通電，就可以輕松平息患者在癲癇發(fā)作時的腦風暴，或迅速抑制精神疾病。但同時，他又可以命令一個人的四肢移動，控制動物的發(fā)情，或使人們陷入深深的自殺式絕望中。因此，我們不難猜測人們會對此項技術感到緊張。

　　甚至是廣受尊敬的神經(jīng)科學家也發(fā)出了警報。2017年，《Nature》上刊登了一篇社論“Four ethical priorities for neurotechnologies and AI”，開篇就提到了電視劇《黑鏡》中描述的場景：通過大腦控制技術，癱瘓的男人大腦被植入物體，使他可以控制假肢。因為這個男人感到沮喪，他用鋼鐵般的爪子攻擊了助手，瞬間失去控制。

　　這種科學怪人的場景很荒謬。放置在運動皮層中以激活假肢運動的電極是沒有情感的。而且，無論你在這些聳人聽聞的文章中讀到了什么，神經(jīng)科學家到目前為止還無法了解如何通過神經(jīng)回路中的神經(jīng)沖動來編碼思想、情感和意圖——在大腦攻擊中，生物學的障礙遠遠大于技術挑戰(zhàn)。

　　目前的腦機接口設備是通過分析數(shù)據(jù)來運行，與亞馬遜預測用戶下一步想要讀的書的方式幾乎是一樣。計算機通過大腦植入物或可移動電極帽監(jiān)控電活動流，學習識別人類在進行意圖肢體運動時交流模式的變化。

　　例如，當人們移動肢體，或甚至是考慮移動肢體時，大腦皮層涌動的持續(xù)的電活動振蕩(即腦電波)就會突然被抑制。這種現(xiàn)象反映了成千上萬個神經(jīng)元之間的交流突然發(fā)生了變化，就像一個服務員突然掉了一個玻璃杯、在餐廳引起的喧嘩聲一樣：您不知道每個食客之間的對話，但他們集體發(fā)出的噓聲是一個清晰的信號。科學家可以利用大腦皮層中的電力中斷來觸發(fā)計算機，從而激活假肢中的電機，或使得人們在計算機屏幕上單擊虛擬鼠標。

　　但是，即使有可能進入帶有微電極的單個神經(jīng)元，神經(jīng)科學家也無法像處理大量計算機代碼一樣對神經(jīng)元發(fā)電進行解碼。他們必須使用機器學習來識別與行為反應相關的神經(jīng)元電活動模式。這類腦機接口技術通過關聯(lián)性進行操作，就像我們通過聆聽發(fā)動機的聲音來壓下汽車離合器的方式一樣。

　　就像賽車手可以精準地換檔一樣，這種人機界面的相關方法非常有效。一些假肢設備使大腦的電活動與感覺運動功能相匹配，就可以改變人們的生活，使癱瘓或有其他神經(jīng)功能喪失的人恢復某些喪失的功能和獨立性。

　　事實上，在腦機接口設備中，還有許多神奇的技術在工作，比如大腦，就能起到巨大的作用。通過長時間的反復試驗，大腦在看到預期的反應時就會以某種方式得到獎勵。隨著時間的流逝，大腦逐漸學會了生成計算機能識別的電信號。所有這一切都是發(fā)生在有意識的情況下，神經(jīng)科學家并不知道大腦是如何做到的。所以，這與聳人聽聞的大腦控制其實相差甚遠。

　　然而，為了爭辯，我們不妨想象我們確實了解如何在神經(jīng)元激發(fā)模式中編碼信息。然后，以真正的《黑鏡》方式，比如通過大腦植入來插入外來思想。在神經(jīng)科學家Timothy Buschman(他正研究大腦記錄與刺激)看來，我們仍然需要克服許多困難。他在普林斯頓大學的實驗室中告訴筆者：“我知道要瞄準哪個大腦區(qū)域，但我不知道要瞄準哪個神經(jīng)元。即使我可以針對每個人使用相同的神經(jīng)元，該神經(jīng)元在不同人的大腦中的作用也會有所不同。”

　　無論馬斯克給工業(yè)界帶來了多少發(fā)展腦機接口技術的動力，Buschman從數(shù)學的角度明確解釋了：生物學才是真正的瓶頸，而不是技術。即使我們通過將一個神經(jīng)元分為“開”或“關”來簡化神經(jīng)編碼，在只有300個神經(jīng)元的網(wǎng)絡中，我們仍然有2300種可能的狀態(tài)——比已知宇宙中的所有原子都多。Buschman說：“這些狀態(tài)的數(shù)目是無以計量的。”

　　用一分鐘思考一下：人類的大腦大約有850億個神經(jīng)元。

　　那么，扎克伯格的用戶上傳想法和情感的設想又應該如何評價呢?畢竟，從大腦中讀取信息似乎比將信息下載到大腦更可行。

　　卡內基梅隆大學的教授Marcel Just和同事現(xiàn)在正在使用功能磁共振成像(fMRI)來揭示一個人的私人想法，希望了解大腦如何處理、存儲和回憶信息。他們可以知道一個人正在想什么數(shù)字、處于哪種情緒，或是否有自殺的念頭。這種大腦-機器的思想主義是通過要求人們在fMRI機器中不斷反復地具有特定的思想或認知經(jīng)驗來工作的。由于認知和情感激活了大腦中的特定網(wǎng)絡集，因此機器學習可以確定哪些大腦活動模式與特定的思想或情感相關。值得注意的是，無論這個人的母語是哪種語言，揭示私人思想的大腦活動模式都是一致的。

　　這項研究得出的一項令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是：大腦不是以我們想象的方式去存儲信息，像離散項被有邏輯地歸類到數(shù)據(jù)庫中一樣。在大腦中，信息被編碼為集成的概念，包含了與一個item相關的所有感覺、情感、相關經(jīng)驗與重要性。從邏輯上講，“意大利面”和“蘋果”都是食品，但每個人都有不同的感覺，所激活的大腦區(qū)域也都不一樣。這就解釋了Just可以使用非常緩慢的fMRI方法，花幾分鐘獲取大腦圖像，從而確定一個人正在讀什么句子。大腦不會像谷歌翻譯軟件那樣逐字地解碼和存儲書面信息，而是會完整地編碼整個句子的含義。

　　這種技術的思想閱讀似乎令人恐懼。Just說：“沒有什么比思想更私密的了。”但是，這種擔心實際上是沒有依據(jù)的。與用于操作假體的腦機接口技術相似，這種思想閱讀需要參與者的大力配合和努力。Just的同事Vladimir Cherkassky解釋，人們可以輕松地打敗腦機接口技術。“我們需要參與者想一個蘋果想 6 次。所以，要打敗意念控制技術，他們要做的只是第一次想一個紅蘋果，第二次想一個綠蘋果，或是Macintosh計算機，那我們就玩完了。”

　　評論家常常提到腦機接口技術的道德問題，比如沒有隱私、身份、智能體和同意。他們擔心技術會濫用，從而提高表現(xiàn)能力或破壞自由意志，還擔心社會內部的個體差異會減少部分人獲得技術的機會。確實，與所有技術一樣，圖謀不軌的人可能會用它來造成故意傷害。這些都是好的觀點，并隨著技術的進步愈加值得考慮。但值得記住的是：我們已經(jīng)面對并接受了其他生物醫(yī)學進步所可能帶來的擔憂，例如DNA測序、麻醉和神經(jīng)外科。

　　對我來說，未來腦機接口技術可能帶來的危害會被其優(yōu)點所抵消�，F(xiàn)在，用化學藥品或手術來治療神經(jīng)和心理疾病的方法所起到的作用仍十分有限。應用電力與大腦進行精確交互，以及通過監(jiān)視大腦的電活動來診斷疾病，帶來了非常樂觀的前景。當癱瘓男子Nathan Copeland用一只由植入其運動皮層的電極控制的機械手臂握住奧巴馬總統(tǒng)的手時，他還通過假肢手指中的傳感器刺激了感覺皮層中的電極，從而感受到握手的抓力。此外，腦機接口技術還可以恢復視力和聽力，生成合成語音，并幫助治療強迫癥、癮癥和帕金森氏癥等疾病。

　　對我們所不了解的事物感到恐懼是正常的。對于我們大多數(shù)人來說，對意念控制的恐懼是抽象的，但癱瘓男子Copeland正面了讓科學家打開他的頭骨、并在他的大腦中植入電極的現(xiàn)實。當我在2018年遇到他時，Copeland的大腦植入物已被移除，因為電極的使用壽命有限。他說：“回頭來看，如果被允許，我可以讓他們在我的大腦中無數(shù)次植入電極。”