解码：建立人脑与世界的高带宽连接

文｜AlphaEngineer，作者｜费斌杰

2016年夏天，马斯克在美国加州成立Neuralink，专注侵入式脑机接口。

如果说SpaceX、Tesla是马斯克改变世界的野心，那么Neuralink所做的事情就是在改变人类自身。

经过多年发展，脑机接口技术日渐成熟。今年1月，Neuralink开展了第一例人体手术植入，让受试者实现“心灵感应”，效果惊人，预计今年将开展10例手术。

然而如此重要的技术革命，研究资料却乏善可陈。

就在上周，马斯克带着4位Neuralink高级主管进行了一场直播，总结了Neuralink最新的技术进展以及发展蓝图，令人叹为观止。

这份研究资料非常珍贵，下面我给大家解读一下其中的精华内容。

相信看完这篇文章，你对脑机接口的技术现状，以及人机共生的未来，会有一个全新的认知。

友情提示，在阅读本文时请时刻注意：这是现实的前沿科技，而非科幻文学。

Neuralink的首款产品：Telepathy（心灵感应）Neuralink的第一款产品叫做Telepathy，即心灵感应。

Telepathy的作用是，它能让植入Neuralink设备的人通过意念直接控制手机或电脑。

要知道，一旦你能够控制手机和电脑，基本上你就可以控制任何东西。

整体交互过程只需要用大脑思考，不涉及眼动追踪设备。

这款产品可以帮助许多脑损伤或脊髓损伤的患者，让他们重新建立大脑与身体的信号连接。

Neuralink的第一位受试者Noland在术后通过直播的形式，展示自己通过Telepathy游玩《文明6》的全过程。

通过Telepathy，瘫痪的Noland重新获得了数字独立性（digitalindependence），仅通过思想就可以控制电脑，无需移动身体，也不需要家人协助。

有趣的是，Noland可以在任何时间、任何地点使用Telepathy，即使在飞机飞行期间也可以。

下图中Noland正在三万英尺高空使用Telepathy创作猫猫表情包。

Neuralink团队跟踪了Noland在手术后对于Telepathy的使用情况，基本上每周使用时长在70小时以上，用于看视频、读书、玩游戏、使用浏览器等。

如果把“床”看做一款产品的话，我们每周使用“床”的总时长约56小时（一周7天×每天睡8小时）。

而Noland每周使用Telepathy的时长远远超过了对“床”的使用，这足以证明Telepathy产品的价值。

不仅帮你恢复身体机能，而是赋予你超能力Neuralink的目标并不仅仅是帮助瘫痪患者恢复此前的神经功能，而是赋予他们远超正常人类的超能力。

如果把人类大脑看成一台生物计算机，那么大脑与外界设备之间的通信带宽是非常低的，通常只有每秒1比特。

一天有86400秒，也就是说你每天向任何一台设备输入的比特数都会少于这个数字。

大脑与外界设备的通信带宽，将成为阻碍人机共生的重要瓶颈。而脑机接口能够突破这一瓶颈。

通过在大脑中植入设备，Neuralink目前能够实现每秒10比特的通信速度，未来的目标是希望达到Megabit级别。

马斯克认为当全脑接口实现后，人类大脑对外通信带宽有可能提升到Gigabit级别。

目前Noland植入的设备是初代版本的产品，拥有64个thread，每个thread上带有16个电极。

经过一段时间的训练，Noland已经能够在光标控制测试中，以9.5BPS的成绩完胜此前人类的世界纪录。

下一代Telepathy设备中每条thread只会带有8个电极，拥有3000个channels。

当我们能够精确地放置每条电极线时，每条线上需要的电极数量就可以减少了。

换句话说，通过更加精准的放置电极线，能够让设备带宽轻松翻番。

马斯克认为不久之后，使用Neuralink设备的患者能够比功能健全的人类以更快的速度进行交流。

未来电子竞技中可能出现使用脑机接口的参赛选手。

工作原理：通过植入设备向大脑神经元进行读写Neuralink的植入设备能够向大脑读取和写入电信号。

大脑是一个神秘的器官，但是归根到底，它是通过电信号来运行的。

所以，只要能够读写这些电信号，就可以实现与大脑交互。

为了在患者大脑中植入这些细小的电极线，需要通过手术机器人切除一小块头骨，差不多几厘米的直径，然后用植入设备取代这块头骨。

这样一来，就使得神经元具备了读写电信号的能力。

植入设备是完全无线的，通过蓝牙进行通信。

选择蓝牙是因为几乎每台电子设备都具备蓝牙通信功能，这使得Neuralink能够与几乎所有设备交互。

未来Neuralink会设计自己独特的通信协议，确保数据传输真正安全可靠。

植入设备可以通过电磁垫进行感应充电。

当前植入Noland体内的版本一次充电可以使用4-5小时，充电时间大约几分钟。

下一个版本将会在不增加充电时间的前提下，将使用时长提升一倍，差不多一次能用8小时。

Neuralink的目标是真正实现全天使用，可以在衣袖或者睡枕中进行感应充电。

脑机接口的理论基础：大脑功能的精确分区大脑是一个高度分化的器官，你可以精确的知道大脑中的哪个部位在控制你的左手、右手、左腿、右腿，哪一部位在控制你的视觉、听觉、嗅觉。

每个特定功能对应的神经元位置是高度精确的，而非模糊的。

我们都知道左侧大脑控制着右侧身躯，反之亦然。

因此如果你是左撇子，植入设备应该位于右侧大脑。

为了确定在患者头颅上打洞的具体位置，Neuralink的医生会让患者做fMRI核磁成像。

在成像过程中，医生会要求瘫痪的患者想象移动手臂。

即使患者因为脊髓损伤而无法真正移动手臂，只是单纯想象移动手臂，就会使得大脑中特定区域在fMRI扫描仪中亮起，这个神经元的位置是非常精确的。

那么有没有可能不需要植入设备，只在脑袋外面带一个头套来实现心灵感应呢？

马斯克认为答案是否定的。

为了让传感器获取精确的神经元数据，需要让它尽可能靠近信号源头。

如果只是把传感器放在体外，它得到的是群体反应的数据，无法实现精确判定。

马斯克举了一个关于工厂的例子，比较通俗易懂：

如果你想要搞明白工厂里正在发生什么，你需要走进工厂去看看，而不是在工厂外墙上安一个听诊器。

植入设备脱落的元凶：气穴作为Neuralink的第一位受试者，Noland的术后表现值得高度重视。

使用几周后，Noland发现光标的准确度下降了，甚至出现延迟。

经过Neuralink团队检查，它们发现植入设备上的电极线有85%已经出现位移，这导致设备采集到的大脑信号显著减少。

Neuralink的神经外科医生Matthew总结了手术经验，认为造成植入设备脱落的罪魁祸首是开颅手术过程中引入的气穴（AirPocket）。

Noland在植入手术过程中，颅骨中进入了少量空气形成气穴。当气穴移动到植入体下方时，会推动植入体离开大脑。

因此如何避免在手术中产生气穴是一个关键的问题。

在典型的脑部手术中，外科医生会将少量空气引入颅骨。

通过调整血液中二氧化碳的浓度，可以让大脑指定部位产生轻微的扩张或收缩。

通常情况下，神经外科医生会通过降低血液中二氧化碳浓度使大脑萎缩，这样就有更大的操作空间，避免损伤脑组织。

但在未来的手术中，Matthew认为应当保持二氧化碳浓度正常或略高，使得手术期间患者大脑保持正常大小和形状，这样就可以避免引入气穴。

植物设备的未来：更细、更深、更精准、更平整更细：

植入人脑的电极线非常细小，其直径只有发丝的几分之一。

之所以把电极线做得非常细小，是因为我们的大脑每时每刻都在运动，为了避免留下疤痕，最好让电极线和大脑一起运动。

植入电极的手术需要由手术机器人来完成，精度可以达到微米级，超过所有人类顶尖外科医生，这样就可以避开所有血管，解码：建立人脑与世界的高带宽连接避免人体产生免疫反应。

在Noland的植入手术中，当手术机器人把所有电极都植入到他体内后，大脑表面没有看到一滴血。

更深：

相比其他动物的大脑，人类大脑体积更大，移动幅度也更剧烈。

当打开患者头骨时，Nueralink团队发现，随着心脏跳动和正常呼吸，人类大脑的移动距离可以达到3毫米，这对保持植入物的稳定带来了挑战。

最好的解决方案是把电极线插入得更深，并且控制每个电极线的精确植入深度。

更精准：

从解剖学上看，大脑就像是一个折叠起来的洋葱，由一层一层的神经元组成，覆盖在大脑表面并形成褶皱。

植入设备的电极应该尽可能靠近那些编码了有用信息的神经元。

如果插入电极的位置特别靠近某个褶皱，就可能会完全避开其他有用的神经元。

因此，Matthew认为在未来的手术中，应当把电极插入到褶皱顶点之间的位置，并确保它们穿过皮层的第五层。

更平整：

另一个降低植入风险的措施是让植入物和颅骨内轮廓平齐。

在第一位受试者Noland身上植入的设备，其底部与大脑之间存在一定的间隙，导致颅骨内侧并不光滑平整。

在未来的植入手术中，Neuralink团队计划对植入体表面进行雕刻，让它与患者颅骨内侧表面轮廓对齐，尽可能减少二者间隙。

这样可以有效降低电极线上的张力，让这些细线尽可能松弛，避免它们产生收缩进而脱离大脑。

马斯克认为未来Neuralink设备植入手术将实现100%自动化，就像LASIK眼科手术一样。

如果一个眼科医生手里拿着激光切割机，颤颤巍巍的给你的眼睛做视力矫正手术，那也太可怕了。

Neuralink设备植入手术也是同理，手术需要极高的操作精度，只有机器人才能完美胜任。

医生只需要监督手术机器人，确保设置正确。

你只需要坐下来，选择要安装植入的模块，手术机器人会在10分钟内完成所有操作，就像《Cyberpunk》游戏中安装义体一样。

下一款重磅产品：盲视（Blindsight）在Telepathy之后，Neuralink准备推出的第二款产品叫做Blindsight（盲视）。

顾名思义，Blindsight的作用是让完全失明的患者（甚至是失去双侧眼球的患者）重见光明。

这种听起来科幻的功能，已经在包括猴子在内的动物身上得到成功验证。

为了让用户大脑中呈现视觉信息，需要对大脑视觉部分的神经元发出电脉冲，这会在其大脑中激活一个视觉像素点。

你可以向猴子大脑中特定神经元发出电脉冲，猴子接收到视觉信号，会看到一个闪现的像素点，你会发现猴子的眼睛迅速转向像素点对应的位置。

注意，这里屏幕上没有任何像素点，像素点是由猴子大脑中的视觉皮层直接激活的。

目前Blindsight的分辨率还比较低，只能呈现类似Atari游戏那样的图形类型。

但是随着时间的推移，它可能会实现比正常视觉更高的分辨率，让盲人拥有“鹰眼”。

Neuralink与Optimus结合：机械义体有望成为现实目前Neuralink可以与任何带有蓝牙接口的设备进行通信交互，其中就包括马斯克自家的Optimus擎天柱人形机器人。

如果一个人失去了说话的能力，他们依然可以通过Neuralink来与Optimus进行心灵感应交流。

更酷的是，你可以通过直接映射大脑信号，来直接控制Optimus机器人的物理手臂来执行各种操作。

这时Optimus就是你的机器人分身。

如果某人失去了一条手臂或者大腿，你可以直接使用Optimus的手/腿部件，用Neuralink与其相连，组成自己的义肢。

这样一来，你大脑中原本会传递到生物手臂上的运动指令，现在可以传输到你的机械手臂上，义肢的使用体验会非常自然。

事实上，大脑信号传递到机械手臂的速度可能比传递到你生物手臂的速度更快。

想象一个钢琴家同时用机械左臂和生物右臂进行演奏，机械左臂的动作可能会更加灵敏。

Neuralink的下一个目标：帮助瘫痪患者康复、治疗精神疾病瘫痪，从本质上讲，是一个通信问题。

大脑的运动皮层发出信号，对应的身体躯干接收信号，做出具体动作。

瘫痪患者的颈部或者脊柱存在神经受损点，阻碍了神经信号的传输。

如果我们能够将大脑运动皮层发出的电信号直接桥接越过神经受损点，就能从本质上解决瘫痪问题，使其恢复全部身体机能。

这是一个很难的技术问题，但是从物理角度看是可以实现的，需要积累更多实验数据和经验。

目前Neuralink仅完成了一例人体实验，今年内有望完成5-10例人体实验。

马斯克希望在未来几年内，能够有数千例受试者从中获益。

除了瘫痪问题之外，未来Neuralink有望治疗各种严重的精神疾病。

马斯克认为，精神类疾病从根源上看，只是大脑这台生物计算机发生了一个故障，而且是一个可以修复的故障，就像是修复一个发生短路的电路一样。

在未来，Neuralink有望帮助患有严重精神疾病的患者过上正常生活。

随着年龄的增长，人类的记忆力会衰退，有时你的祖父祖母会忘了你是谁、今天是星期几。Neuralink也有望在这一方面取得突破。

I/O设计的范式迁移：从“手”到“脑”当前几乎所有输入设备都是以人类的“手”为中心进行设计的，马斯克把手指称为“可以移动的小肉棒”。

我们用这些“小肉棒”来操纵鼠标、键盘、XBOX游戏手柄等交互设备。

如果你可以通过心灵感应来传递信号，就可以摆脱对“手”的依赖，这些传统的控制机制都将被革新。

在未来，一个人甚至可以将一个抽象的概念，通过心灵感应完整的传达给其他人，确保100%无损传达。

这种通信效率，是语言、文字这种通信手段所无法比拟的。

人类与AI共生的未来目前人类对大脑的理解仍然非常初级。

马斯克认为，随着更多人体实验的推进，Neuralink团队对大脑的理解将会快速加深。

在脑机接口诞生之前，人们只能通过fMRI来研究大脑皮层信号，这显然远远不够。

通过在大脑中植入电极，研究人员能够极大的提升对大脑的认知。

Neuralink作为一种研究工具的价值被显著低估了，它正在推动人们解开大脑的谜题，理解人类意识的物理实质。

最后，让我们一起看看马斯克对于Neuralink短期、中期、长期目标及愿景的定义：

短期目标：帮助脑损伤、脊髓损伤、精神疾病的患者，重新建立大脑与身体的正确连接。

中期目标：实现人类大脑与外部世界的高带宽连接。

长期目标：通过促进人类和AI之间更紧密的共生关系，来降低AI对人类的风险。

这不是科幻，这是滚滚而来的现实。