袁越

特別愛(ài)出風(fēng)頭的特斯拉電動(dòng)汽車(chē)公司創(chuàng)始人埃隆·馬斯克（Elon Musk）最近又爆出了個(gè)大新聞，他投資的腦機(jī)接口公司Neuralink向公眾展示了他們的最新研究成果：一個(gè)腦袋后面連著根電線的小鼠。這只小鼠的一些簡(jiǎn)單想法（比如接下來(lái)要往哪個(gè)方向走），通過(guò)這根電線傳遞給了一臺(tái)電腦，人類(lèi)可以通過(guò)這臺(tái)電腦實(shí)時(shí)監(jiān)控小鼠的心理活動(dòng)。

不用說(shuō)，這個(gè)新聞立刻引發(fā)了一片贊美之聲，大家紛紛預(yù)言《黑客帝國(guó)》即將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。不過(guò)，熟悉這個(gè)領(lǐng)域的人都知道，我們距離那部電影里描述的情景還差著好幾個(gè)數(shù)量級(jí)呢。

腦機(jī)接口技術(shù)的理論基礎(chǔ)說(shuō)起來(lái)并不復(fù)雜，只要我們相信所有的思維活動(dòng)本質(zhì)上都是電信號(hào)就行了。既然是電信號(hào)，那么科學(xué)家們只要把每一個(gè)腦神經(jīng)元的電信號(hào)記錄下來(lái)，再和真人的想法作對(duì)比，就可以總結(jié)出規(guī)律，從而預(yù)先猜出大腦在想什么。反之同理，只要我們掌握了電信號(hào)和思維之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以利用植入電極向指定的腦神經(jīng)元發(fā)射電信號(hào)，以此來(lái)控制大腦的思維過(guò)程。

問(wèn)題在于，人腦中的神經(jīng)元數(shù)量高達(dá)千億之多，目前最好的腦機(jī)接口也只能接收到幾百個(gè)電信號(hào)而已。馬斯克的這項(xiàng)新技術(shù)可以同時(shí)接收數(shù)千個(gè)電信號(hào)，相當(dāng)于把原技術(shù)提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，但比起人腦神經(jīng)元數(shù)量來(lái)仍然是小巫見(jiàn)大巫，完全不成比例。要想通過(guò)這幾千個(gè)神經(jīng)元電信號(hào)猜出人腦在想什么，幾乎是不可能的。

從目前的情況看，要想在短時(shí)間內(nèi)提高腦機(jī)接口的信號(hào)接收和處理能力，難度太大了，于是科學(xué)家們想到了人工智能。電腦圍棋程序阿法狗（AlphaGo）的成功讓大家看到了機(jī)器學(xué)習(xí)的威力。如果把這項(xiàng)技術(shù)用到腦神經(jīng)領(lǐng)域，訓(xùn)練電腦從這幾千個(gè)神經(jīng)信號(hào)中尋找規(guī)律，是有可能和大腦進(jìn)行一些簡(jiǎn)單互動(dòng)的。比如，大腦運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元部分的復(fù)雜性沒(méi)那么高，只要訓(xùn)練人工智能掌握一些基本動(dòng)作的神經(jīng)指令，比如抬胳膊邁腿等，就能幫助殘疾人用意念來(lái)控制四肢完成這些動(dòng)作，大大提高他們的生活質(zhì)量，可謂功德無(wú)量。

目前的技術(shù)水平距離這個(gè)目標(biāo)已經(jīng)相當(dāng)接近了，我們很有可能在有生之年看到實(shí)現(xiàn)的那一天。在此之前，這項(xiàng)技術(shù)還有可能在其他領(lǐng)域?yàn)槿祟?lèi)服務(wù)，比如治療帕金森氏癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

眾所周知，神經(jīng)系統(tǒng)的毛病是最難治的。一來(lái)人體有血腦屏障，很多藥物進(jìn)不去大腦;二來(lái)大腦太過(guò)復(fù)雜，研究起來(lái)困難重重，所以目前絕大多數(shù)神經(jīng)系統(tǒng)疾病都沒(méi)法根治，只能想辦法減輕癥狀。

于是有人想到，既然大腦的生理功能是通過(guò)電信號(hào)的生成和傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)的，那么有沒(méi)有可能通過(guò)干涉腦部電信號(hào)的方式來(lái)治病呢？事實(shí)上，早在1960年代就有人這么想過(guò)，而且已經(jīng)開(kāi)始嘗試了。比如，當(dāng)時(shí)有幾名科學(xué)家發(fā)現(xiàn)帕金森氏癥的部分癥狀可以通過(guò)向病人腦干深處發(fā)射高頻電脈沖來(lái)緩解，而此前醫(yī)生們都是通過(guò)切除部分腦組織來(lái)治療這種疾病的。相比之下，電刺激療法顯然要經(jīng)濟(jì)得多，但其工作原理至今未明。

讀到這里也許有人會(huì)問(wèn)，既然原理尚未明確，怎么敢上臨床呢？但真實(shí)世界里的神經(jīng)科醫(yī)生們可不是這么想的。在他們眼里，只要能幫助到病人，而且沒(méi)有帶來(lái)額外的副作用，那么任何一種治療手段都可以去嘗試，不存在倫理問(wèn)題。

到20世紀(jì)80年代時(shí)，植入式長(zhǎng)效電脈沖發(fā)射器已經(jīng)開(kāi)始普及了。醫(yī)生們?cè)诓∪梭w內(nèi)植入一個(gè)如火柴盒般大小的發(fā)射器，電脈沖信號(hào)通過(guò)一根埋入皮下的電線引入大腦。迄今為止已經(jīng)有超過(guò)10萬(wàn)名病人接受過(guò)這種療法，實(shí)踐證明該療法雖然不能徹底根治帕金森氏癥，卻能有效緩解癥狀，減少肌肉的不自主抖動(dòng)。熟悉這種病的人都知道，如果能控制這種不自主的抖動(dòng)，將會(huì)極大地提高病人的生活質(zhì)量。

除需要定期換電池之外，這項(xiàng)技術(shù)唯一不方便的地方在于電脈沖的頻率和強(qiáng)度都要根據(jù)病人的具體情況由醫(yī)生事先調(diào)好，很難隨時(shí)更改。如果病情出現(xiàn)變化，病人只能再跑一次醫(yī)院。

首戰(zhàn)告捷之后，醫(yī)生們還在其他類(lèi)型的神經(jīng)性疾病患者當(dāng)中嘗試了電脈沖療法，發(fā)現(xiàn)雖然有一定的療效，但遠(yuǎn)不如帕金森氏癥那么顯著。一來(lái)帕金森氏癥的機(jī)理已經(jīng)研究得比較清楚了，醫(yī)生們?nèi)菀鬃龀雠袛?。二?lái)像抑郁癥和自閉癥等比較“高級(jí)”的神經(jīng)性疾病缺乏動(dòng)物模型，只能在人身上做實(shí)驗(yàn)，不但限制太多，而且其復(fù)雜性也遠(yuǎn)超帕金森氏癥，醫(yī)生們迫切需要從病人的大腦中得到即時(shí)反饋，以此來(lái)提高治療效果。

換句話說(shuō)，醫(yī)生們需要一個(gè)腦機(jī)接口，以便隨時(shí)讀取腦神經(jīng)發(fā)出的電脈沖信號(hào)。

為了滿(mǎn)足醫(yī)生們的需要，美國(guó)一家公司于2013年開(kāi)發(fā)出了一款全新的植入式電脈沖發(fā)射器，可以在發(fā)射電脈沖的同時(shí)記錄下受試者大腦發(fā)出的神經(jīng)電脈沖，從此醫(yī)生們就可以從病人那里得到即時(shí)反饋，以此來(lái)調(diào)整電脈沖的頻率和強(qiáng)度，以期達(dá)到最佳治療效果。

“這就相當(dāng)于在病人的腦殼上開(kāi)了一個(gè)天窗，醫(yī)生們可以隨時(shí)觀察病人大腦的反應(yīng)?！币晃会t(yī)生這樣解釋。

這個(gè)新裝置雖然已經(jīng)很好了，但仍然屬于被動(dòng)式的治療設(shè)備，必須要由醫(yī)生對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程操控才能達(dá)到最佳工作狀態(tài)。接下來(lái)一個(gè)很自然的想法就是把人工智能技術(shù)整合進(jìn)來(lái)，開(kāi)發(fā)出全自動(dòng)的植入式電脈沖發(fā)射器，能夠根據(jù)病人情況自行做出判斷，最大限度地實(shí)現(xiàn)個(gè)性化治療的目標(biāo)。

美國(guó)國(guó)防部下屬的高級(jí)研究計(jì)劃署（DARPA）于2013年宣布出資7000萬(wàn)美元，希望能在未來(lái)的5年內(nèi)將該技術(shù)用于人體試驗(yàn)。2017年11月召開(kāi)的美國(guó)神經(jīng)科學(xué)年會(huì)上，來(lái)自美國(guó)的兩個(gè)研究小組宣布這項(xiàng)計(jì)劃已經(jīng)進(jìn)入到人體試驗(yàn)階段，有望在不遠(yuǎn)的將來(lái)研制成功一種全自動(dòng)的精神疾病治療儀。

根據(jù)《自然》（Nature）雜志官網(wǎng)的報(bào)道，正在試驗(yàn)的這種芯片同時(shí)具備向深部腦組織發(fā)射高頻電脈沖和從相應(yīng)的腦組織接受神經(jīng)脈沖信號(hào)的能力。芯片中預(yù)裝的人工智能處理器能夠根據(jù)接收到的神經(jīng)信號(hào)判斷出病人的精神狀態(tài)，然后指揮芯片發(fā)射出相應(yīng)的電脈沖，以期達(dá)到治療的目的。比如，抑郁癥患者在情緒低落時(shí)，腦組織會(huì)放出特定的神經(jīng)信號(hào)，一旦芯片檢測(cè)到這種信號(hào)，便能立即向腦組織發(fā)射相應(yīng)的治療性電脈沖，讓病人振作起來(lái)。