「Hello World!」

這是很多初學(xué)者首次接觸編程語言時會撰寫的內(nèi)容。

它對 62 歲的漸凍癥患者 Phillip O'Keefe 來說，也是打開新世界的鑰匙。

漸凍癥是一種漸進且致命的神經(jīng)退行性疾病，最后大腦將完全喪失控制隨意運動的能力。

簡短的推文，巨大的進步.

借助 Synchron 公司的腦機接口，O'Keefe 僅用意念「寫下了」這行字，并對外發(fā)出了簡單卻又意義非凡的交流信號。

對于屏幕另一端，他表現(xiàn)得像任何用手指敲擊的人。

和騎自行車一樣自然而然

Synchron 成立于 2017 年，是一家神經(jīng)科技領(lǐng)域的硅谷初創(chuàng)公司，專注于腦機接口研究（Brain Computer Interface,BCI）。

「Hello world」的推文發(fā)布在 12 月 23 日，當(dāng)時 O'Keefe 接管了 Synchron 首席執(zhí)行官 Thomas Oxley 的 Twitter 帳戶 30 分鐘。

除了問好，O'Keefe 還發(fā)布了另一條推文，表明他無需使用鍵盤或者語音功能，僅用「思考」即可發(fā)布信息。

Synchron 指出，這是第一次有人通過 BCI 直接在社交媒體上發(fā)言，這個具有象征意義的時刻，打開了患者與世界保持聯(lián)系的大門。

2020 年，他們進行過類似研究，兩名患者實現(xiàn)了打字和發(fā)送文本，只是未向公眾展現(xiàn)這一過程。

圖片來自：Synchron

造就奇跡的是 Synchron 的腦機接口設(shè)備 Stentrode——通過頸靜脈植入大腦的小型支架式電極陣列，允許患者「通過思考移動四肢，無線控制外部設(shè)備」。

Stentrode 大約需要兩個小時的微創(chuàng)手術(shù)，公司稱這一過程在「廣泛使用的血管造影套件」中完成，類似于在心臟中放置支架。

試驗的主角 O'Keefe，在 2015 年被診斷出漸凍癥；2020 年 4 月，他開始植入 Synchron 的腦機接口。大腦活動由大腦血管中的傳感器收集，并通過胸部設(shè)備傳輸?shù)接嬎銠C。

O'Keefe. 圖片來自：Synchron

植入設(shè)備后，敲擊左腳踝即可喚出「鼠標(biāo)點擊」；眼動追蹤則用于移動光標(biāo)。

那時候，O'Keefe 已經(jīng)喪失很多能力，至少還能控制自己的手移動鼠標(biāo)并緩慢打字。

但 O'Keefe 早有預(yù)料，他的病癥最終會發(fā)展到無法打字、使用鼠標(biāo)或說話的程度，對腦機接口的使用也會隨著時間推移而增加。

對于完全無法移動的患者，設(shè)備需要直接與大腦交互，而不只是眼動追蹤或者在輪椅上放置按鈕。

圖片來自：Synchron

所以他積極地參與到了最近的試驗中，「否則我會對現(xiàn)狀怒不可遏」。

好在結(jié)果皆大歡喜。近日，O'Keefe 在一份聲明中說，最新技術(shù)為他帶來了「很大的獨立性」：

這個系統(tǒng)令人驚訝，就像學(xué)習(xí)騎自行車一樣需要練習(xí)，但是一旦你開始滾動，它就會變得很自然?，F(xiàn)在，我只想著點擊電腦上的哪個位置，然后我可以發(fā)郵件、購物或者使用社交媒體。

圖片來自：Synchron

Synchron 首席執(zhí)行官 Thomas Oxley 表示，他們眼前的目標(biāo)是作用于運動皮層，最終希望「實現(xiàn)全腦數(shù)據(jù)傳輸」。

大腦或許是個數(shù)據(jù)系統(tǒng)

今年 7 月，Synchron 獲得了美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）的監(jiān)管批準(zhǔn)，它也是目前唯一一家被批準(zhǔn)進行「永久植入 BCI 臨床試驗」的公司。

與此同時，開發(fā)和測試神經(jīng)植入物的競賽正在升溫。

今年 5 月，斯坦福大學(xué)研究團隊結(jié)合了人工智能軟件與腦機接口設(shè)備，將「心理筆跡」轉(zhuǎn)化為屏幕上的單詞和句子——肢體癱瘓的患者想象著寫某個字母，植入大腦的傳感器接收信號，人工智能算法將它們轉(zhuǎn)錄到電腦屏幕上。

患者想象字母. 圖片來自：stanford

在研究中，一位被稱為 T5 的參與者以每分鐘 90 個字符（或 18 個單詞）的速度生成文本。被要求打出例句時，字符錯誤率低于 1%；在自由發(fā)揮的時候，字符錯誤率稍高于 2%。

早在 2007 年，T5 因脊髓損傷幾乎失去了頸部以下的所有運動功能。他讓研究團隊了解到，在身體沉寂后的十幾年，大腦仍保留著精準(zhǔn)執(zhí)行的能力。

今年 7 月，2015 年成立的神經(jīng)科技公司 Paradromics 籌集了 2000 萬美元，這筆資金將用于磨練其硬件 Connexus，它負(fù)責(zé)將大腦的生物電信號轉(zhuǎn)換為計算機可以理解的數(shù)字信號。

Connexus. 圖片來自：Paradromics

簡單來說，頭頂?shù)乃膫€模塊將數(shù)據(jù)傳輸給植入頭骨的第五個模塊，后者又將數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫夭科つw下的第六個模塊，最后數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)綂A在輪椅上的便攜計算機。

通過這種方式，大腦的活動轉(zhuǎn)化為可操作的命令，例如移動計算機光標(biāo)，一項前身技術(shù)已在綿羊身上成功測試，人體實驗將在明年開始申請。

圖片來自：Paradromics

Paradromics 稱，他們的優(yōu)勢之一在于電極數(shù)量多，每個模塊上的電極數(shù)量達 400 個，這意味著更理想的數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)量。Paradromics 首席執(zhí)行官 Matt Angle 認(rèn)為，大腦就是一個數(shù)據(jù)系統(tǒng)：

一旦你開始意識到描述大腦的最佳方式是通過數(shù)據(jù)，你會重新定義許多經(jīng)典的、難以治療的疾病。例如，解決失明的生物學(xué)方法可能是嘗試使視網(wǎng)膜再生，而我們的方法是使用計算機，將視覺數(shù)據(jù)傳送到大腦的右側(cè)部分。

馬斯克 2016 年創(chuàng)立的神經(jīng)技術(shù)公司 Neuralink，則推出了一種植入頭骨的 AI 驅(qū)動芯片。

圖片來自：Neuralink

這款芯片約一枚硬幣大小，連接到超薄的柔性導(dǎo)線。每根導(dǎo)線大約 5 微米厚，比頭發(fā)還要細(xì) 20 倍，總共包含 1024 個電極，并在大腦內(nèi)呈扇形分布。

電極通過感應(yīng)或刺激神經(jīng)元讀取大腦活動，在理論上甚至能夠?qū)懭氪竽X活動。

與芯片相配的是一款精密機器人，它負(fù)責(zé)將芯片和超細(xì)導(dǎo)線植入大腦，人類雙手往往難以做到如此穩(wěn)定。安裝過程只需幾個小時，最終留下一個小疤痕。

精密機器人. 圖片來自：Neuralink

今年 4 月，他們曾在猴子身上使用過這款芯片。在演示視頻中，猴子得到了一個與視頻游戲相連的操縱桿，當(dāng)它成功移動光標(biāo)就可以嘗到香蕉冰沙。

圖片來自：Neuralink

當(dāng)猴子使用操縱桿時，芯片記錄其大腦活動，并將數(shù)據(jù)發(fā)送回計算機，分析當(dāng)猴子移動手時它的大腦做了什么；然后讓操縱桿失效，雖然猴子習(xí)慣性地用操縱桿控制游戲，但實際上這一過程完全由被解碼的神經(jīng)活動實現(xiàn)。

從理論上講，同樣的技術(shù)可用于控制假肢——另一種「失效的操縱桿」。馬斯克當(dāng)時在推特上表示，「它將使癱瘓的人比使用拇指的人更快地使用智能手機」。

與大腦交互的更好方式

被《時代》賦予「小丑、天才、實業(yè)家」等稱號的馬斯克，也曾對腦機接口技術(shù)的潛力發(fā)表過瘋狂言論：

它可以在人腦和計算機之間創(chuàng)造「共生」；允許人們「保存和重播記憶」；治療癱瘓、失明、記憶力減退和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾?。粏⒂谩赋艘曈X」，或者讓人們能夠通過心靈感應(yīng)召喚他們的特斯拉。

但腦機接口技術(shù)還處于早期階段，距離馬斯克的愿景路途遙迢。它的長期安全性需要在更多患者中評估，也存在許多需要克服的挑戰(zhàn)。

首先，任何腦機接口設(shè)備都有風(fēng)險，時間一長，進入組織的電極可能會引起炎癥。開發(fā)人員正在研究能夠長時間植入人腦而不會自我惡化或引起感染的材料。

圖片來自：hypebeast

研究人員也在尋找其他方法來獲取大腦活動，例如在頭骨或耳朵中放置無創(chuàng)傳感器，但這也增加了腦細(xì)胞和傳感器之間的距離，從而影響記錄的分辨率，患者能做的事情也就更為有限。

其次，為了實現(xiàn)更多活動，讀取數(shù)據(jù)的芯片需要更快的速度和更高的分辨率，解釋數(shù)據(jù)的算法需要更為準(zhǔn)確，電線也需要更深地插入大腦。

神經(jīng)生物學(xué)副教授 Jason Shepherd 博士曾指出，一些神經(jīng)退行性疾病很難通過當(dāng)前的腦機接口解決，因為「復(fù)雜的行為、學(xué)習(xí)和記憶不只由大腦的一個區(qū)域調(diào)節(jié)」。

圖片來自：Business Insider

再者，隨著腦機接口日漸成熟，必然會出現(xiàn)一些安全、隱私和道德問題。畢竟，在人腦植入芯片來獲取原始大腦數(shù)據(jù)，在理論上并非不可能。

目前，神經(jīng)技術(shù)方面的最新工作是記錄盡可能多的腦細(xì)胞或腦區(qū)，以便科學(xué)家更精確地讀取支持言語、行走和抓握等活動的信號，然后將這些神經(jīng)記錄轉(zhuǎn)化為指令，這些指令再輸入機器人設(shè)備或返回神經(jīng)系統(tǒng)，以產(chǎn)生運動、視覺甚至觸覺。

另一位植入 Stentrode 設(shè)備的患者. 圖片來自：Synchron

一個可見的趨勢是，越來越多的風(fēng)險投資家關(guān)注腦機接口領(lǐng)域。分析公司 PitchBook 數(shù)據(jù)顯示，截至 7 月，腦機接口初創(chuàng)公司今年以來已經(jīng)籌集了 1.328 億美元，這比該行業(yè)去年全年籌集的資金多出三分之一。

據(jù) Business Insider ，很多神經(jīng)科學(xué)公司都處于開發(fā)階段和應(yīng)用階段之間，談發(fā)展階段為時過早，還有大量工作要做。

至少，被各種原因剝奪運動能力的人們，可以從中看到曙光，享受科技帶來的聯(lián)系、希望和自由，再次輕松地打下一句「Hello World」。

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