2024年1月30 日，馬斯克在社群平台X（原推特）上發表了一條訊息，「神經連接公司（Neuralink）成功進行了首例腦機介面人體植入手術，植入者的恢復狀況良好。而且，植入的腦機介面設備運作良好，已經接收到了植入者腦部的神經訊號。”

伊隆馬斯克X訊息截圖

而首都醫科大學宣武醫院團隊與清華大學醫學院團隊，也於近日共同對外宣布，腦機介面取得階段性進展，全球首例接受植入式硬腦膜外電極腦機介面輔助治療的四肢截癱患者，實現了自主腦控喝水。

圖片截自相關視頻

這表明，腦機介面已經取得了不小的進步，許多網友甚至開始擔心會有《駭客任務》《攻殼機動隊》中，駭客借助腦機介面控制別人的事情發生。這種擔心有道理嗎？腦機介面究竟能派上什麼用場？下面咱們就來詳細聊聊。

腦機介面是新概念嗎？

這次馬斯克的「神經連結公司」植入人體的設備，是下圖中這款叫做Telepathy 的設備（神經連結公司官網稱之為N1 植入體）。

神經連接公司的“N1植入體”，圖片截取自Neuralink官網

那麼，這是一項史無前例突破嗎？

雖然很多媒體使用了「首例人體植入」之類的詞彙報導此事。但要注意的是，這只是神經連結公司的首次人體實驗，而不是腦機介面的首次實驗。

腦機介面這個概念則可以追溯到1973年，加州大學洛杉磯分校的雅克·維達爾（Jacques Vidal）首次提出了「腦機介面」（brain-computer interface，簡稱BCI）。

而20 世紀70 年代，就有團隊嘗試了腦機介面設備的人體植入實驗並成功了。而更早的時候，雖然沒有腦機介面的概念，但很多人已經做了該領域的研究（見下圖）。

腦機介面研究史，圖片來源：參考文獻

所以說，馬斯克本次手術成功，確切地說是在前人基礎上又邁出了重要的一步。

近期的兩個成功案例，都做了植入，那麼機接口非得往腦袋里安個零件嗎？像很多科幻片裡那樣戴個頭盔就能接入不是更方便嗎？這就要講講腦機接口的兩種類型了——非侵入式腦機接口和侵入式腦機接口，下面就分別說說。

非侵入式腦機接口

非侵入式腦機介面聽著高大上，但很多朋友說不定用過，因為在醫院裡我們可能會接觸到腦電圖檢查，腦電圖（EEG）就是許多非侵入式腦機介面的基礎。

醫生可以用腦電圖來判斷大腦的功能，檢測疾病。而透過訓練，人們也可以透過調整自己的思緒，發出某些特定的腦電波，來實現特定功能。

例如1965 年，實驗音樂作曲家阿爾文·盧西爾（Alvin Lucier）就透過讓人腦產生阿爾法波，來操縱打擊樂器，製作樂曲。

除了用來創作樂曲，非侵入式腦機介面還有更多實際用途。

例如在1990年代，神經生物學家尼爾斯·比爾鮑默（Niels Birbaumer）開始訓練10名幾乎癱瘓的癲癇患者透過腦電波來輸入字符，雖然輸入速度很慢，但對於幾乎癱瘓的病人來說，這已經是非常了不起的了。

在2021 年，研究者們也透過基於腦電圖的非侵入式腦機接口，收集中風患者腦部的電信號，對電信號進行分析之後，讓機器人輔助患者進行手部運動，促進手部運動功能恢復。

除了偵測腦電波，非侵入式腦機介面也可以透過其他手段來判斷大腦的動態，一家叫做Kernel 的公司，就透過一個像頭盔一樣的紅外線設備檢測頭部的血液中某些成分的變化，從而間接推斷大腦的神經活動。這個裝置可以辨識出一個人正在聽什麼歌曲，也能夠幫助醫生進行一些跟大腦相關的疾病篩檢。

非侵入式腦機介面設備的特點是，可以直接從外部偵測大腦訊號，不需要進行手術，實驗比較方便，風險比較低。但因為頭骨、皮膚的干擾，非侵入式的腦機介面的解析度會受到影響。如果能夠直接從大腦皮質接收訊號，能夠獲得更精確的神經訊號，這需要另一種腦機介面—侵入式腦機介面。

侵入式腦機接口

侵入式腦機介面需要進行手術，將電極植入到大腦皮質或灰質中，以取得更精確的訊號，這次的N1植入體就屬於這一類。

早在1978 年，侵入式腦機介面就已經進行了人體實驗。當時，科學家威廉·多貝爾（William Dobelle）希望透過侵入式腦機介面設備幫助非先天性失明患者「重建視覺」。

多貝爾在一位非先天性失明的患者視覺皮層內植入了電極設備。

這個電極設備與患者眼鏡上的攝像頭相連接，攝像頭在採集到周圍環境的光信號之後，把信號發射到電極，電極刺激受試者大腦中的視覺皮層，讓失明的人重新“看到光” 。這也是最早的侵入式腦機介面人體實驗。

除了能夠解決視覺問題，侵入式腦機介面在行動遊標和控制義肢方面也有很多應用。例如，在1998 年，一位患有「鎖定症候群」（幾乎完全癱瘓，不能移動四肢）的患者植入了腦機介面設備，透過這個設備，患者能夠用「意念」操縱電腦遊標。

而2024 年1 月神經連結​​公司的侵入式腦機介面設備，能夠學習使用者的腦電波和意圖之間的關係。根據馬斯克的說法，這個裝置能夠幫助使用者操控手機電腦，以及手機電腦連接的任何裝置。

當然了，侵入式腦機介面也並非沒有缺點。最顯而易見的就是手術風險了，而且手術後，傷口處可能會產生疤痕組織，影響電極接收到的訊號。

另外，人體可能會對植入物產生排斥反應，這可能會對植入者的身體產生負面影響，也可能造成感染。所以，侵入式腦機介面和非侵入式腦機介面並沒有絕對的誰好誰壞，要綜合判斷效果和風險。

人的念頭紛繁蕪雜，想弄明白主人到底想乾啥，對腦機接口來說，確實是個艱鉅的任務，無論是侵入式還是非侵入式腦機接口，都需要收集大腦發出的信號，將這些訊號轉換成特定的意圖，這個過程需要對大量的訊號資料進行分析處理，而這正是人工智慧技術特別是深度學習技術所擅長的。

隨著深度學習技術的發展，人工智慧填補了混亂的腦電圖數據的空白，大大降低了解碼記錄中的錯誤率。因此，隨著深度學習技術的發展，腦機介面技術也突飛猛進。

腦機介面將成為駭客的後門？

《駭客任務》《攻殼機動隊》這樣的科幻作品裡，駭客高手輕易就能透過腦機介面取得別人的訊息，甚至操縱被入侵者，很多人反對腦機介面也是因為這個原因。

這不，馬斯克關於腦機介面的消息一出，評論區立即出現了對於腦機介面安全性的擔憂，例如點讚最高的是下圖中這樣一條訊息：「當你的腦機介面晶片被黑客入侵時（你的狀態）」。

圖片來源：訊息截圖（註：圖片是網路上流行的一首著名洗腦神曲mv截圖）

除了安全性，腦機介面也可能帶來一些倫理問題，例如腦機介面領域有一個研究方向是情緒辨識和情緒調控。

例如腦機介面設備能夠辨識出一個人不願意表露出的真實的情緒，同時可以透過電流刺激特定的腦區，從而「調節情緒」。如果我們不想被人知道自己的想法，不想在悲傷的時候被強行變得開心，這樣的腦機介面設備會不會有倫理問題？

好消息是，目前來看，還遠遠不用擔心這些問題，因為目前的腦機介面技術還遠遠做不到科幻電影中的程度，而且腦機介面技術目前並不面向普通人，大部分腦機介面只是用來幫助有障礙人士更好地生活。

那未來呢？隨著腦機介面技術的進一步發展，它大概終究會有進入普通人生活的一天。

但我們可以藉鏡2009年《自然》（Nature）論文中提到的一句話：“腦機介面確實帶來了一些倫理問題，但是這些問題從來就不是新鮮的挑戰。 ”

在醫學、科學領域，已經有太多類似的案例，在一項技術真正步入大眾市場前後，與之相關的規範約束也會日漸完善，我們只需密切關注，不必提前恐慌。

參考文獻

[1] https://neuralink.com/

[2] https://www.reuters.com/science/elon-musks-neuralink-gets-us-fda-approval-human-clinical-study-brain-implants-2023-05-25/

[3] Vidal J J. Toward direct brain-computer communication[J]. Annual review of Biophysics and Bioengineering, 1973, 2(1): 157-180.

[4] Chen, Q., Yuan, T., Zhang, L., Gong, J., Fu, L., Han, X., Ruan, M., & Yu, Z. (2023). Sheng wu yi xue gong cheng xue za zhi = Journal of biomedical engineering = Shengwu yixue gongchengxue zazhi, 40(3), 566–572. https://doi.org/10.7507/1001-5515.202303038

[5] https://www.psychologytoday.com/intl/articles/200305/communicating-brain-waves

[6] Straebel V, Thoben W. Alvin Lucier’s music for solo performer: experimental music beyond sonification[J]. Organised Sound, 2014, 19(1): 17-29.

[7] https://www.scientificamerican.com/article/elon-musks-pig-brain-implant-is-still-a-long-way-from-solving-paralysis/

[8] https://www.wired.com/2002/09/vision/

[9] Clausen J. Man, machine and in between[J]. Nature, 2009, 457(7233): 1080-1081.

企劃製作

本文為科普中國-星空計畫作品

出品｜中國科協科普部

監製｜中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

作者丨科學邊角料科普創作者

審核丨陶寧中科院生物物理研究所副研究員

責編丨丁崝