从科幻迈向现实，马斯克脑机接口：破冰之斧，开辟盲人光明之路

       2024年 9月 17 日，马斯克所拥有的脑机接口公司Neuralink 宣称，他们用于恢复视力的实验性植入装置“Blindsight”，成功获取了美国食品药品监督管理局（FDA）突破性医疗器械的认证。

       你能够想象失明患者再次“看清”世界的那一刻吗？Neuralink 公司正在促使这个美梦变为现实。“Blindsight”的技术借助脑机接口（BCI），径直将视觉的信息传递进大脑，令失明的人重新获取对光影的觉察，在科技迅猛进步的当下，马斯克的脑机接口技术犹如一颗闪耀的明星，点亮了盲人世界那些漆黑的角落，给他们赋予了超乎寻常的力量，重新塑造了希望和光明。视觉能力的缺失，对盲人来讲，是生活里难以逾越的重大阻碍。然而脑机接口的诞生，带来了本质性的转变。

       一、“Blindsight”-全新的治疗方案

       简单来讲，“Blindsight”借助微型电极对大脑的视觉皮层予以直接刺激，视觉皮层乃是大脑里处理视觉信息的关键部位。常规的视觉恢复手段往往依赖于眼睛或者视神经的正常运作，然而对于那些完全丧失这些器官功能的患者而言，此类方法毫无效果。而“Blindsight”这一开创性技术直接把外部信息转变成大脑能够识别的神经信号，避开了眼睛和视神经，再度激活与视觉相关的神经通道，直接和大脑进行交流，为失明患者给予了一条全新的恢复路径，使盲人的大脑能够觉察和领会外界的视觉信息。

       设想一下，盲人能够经由脑机接口“见到”周边的环境，辨识物体的形状、尺寸和位置，判别走过的是熟悉的街道还是陌生的地方。他们能够独自地行进，不再依赖他人的引领与协助。能够阅读书籍，观赏艺术作品，用“眼睛”去领略这个多彩的世界的吸引力。脑机接口不但赋予了盲人行动方面的自由与独立，更是在心灵层面赐予了他们极大的安抚和激励。长期处于黑暗之中的他们，重新获取了与世界交流和互动的本领，不再感觉孤立无依。这种由沉沦到崛起的变化，让他们重新拥有自信，拥有勇气去追逐自身的梦想，达成自我价值。

       当前，该技术所提供的视觉较为模糊，近似早期的黑白电视图像，不过未来的期许是提升至高清视觉，乃至超越正常人的视觉。这项技术被 FDA 称作“突破性设备”，但是要达成这一目标，依旧面临许多挑战，例如怎样提高图像的分辨率、确保设备在大脑中的长期安全性，以及处置数据隐私等问题。

       二、回溯Neuralink的研究进程

       2016年，埃隆·马斯克（Elon Musk）创立了Neuralink，研究对象为脑机接口技术。脑机接口是将极小的电极植入大脑，利用电流让电脑和脑细胞“互动”，实现“人脑与机器交互”。

       2019年，Neuralink首次宣布在猴子（Pager）身上测试其设备；然而美国食品药品监督管理局（FDA）以安全风险为由拒绝了Neuralink的人体试验申请。

       2020年，Neuralink公布了硬币大小、电池供电的N1芯片植入计划；他们展示了一头植入其设备的猪，并对设备进行了一些设计更改。

       2021年4月，Neuralink演示了一只植入设备的猴子玩“乒乓”游戏的视频。

       2023年5月，FDA批准Neuralink设备进行人体试验，该公司启动首 个人体临床研究。

       2023年9月19日，Neuralink公告称，开始首次人体临床试验的招募，招募的对象为因颈脊髓损伤或肌萎缩侧索硬化症（ALS，也称为“渐冻症”）而四肢瘫痪的人。

       2024年 1月 30 日，马斯克公布了首例人类成功实施脑机芯片植入手术的消息，而患者的恢复情况堪称良好。脑机接口具备极其重大的意义，其能够帮助那些无法自主运动的人重新获得行动能力，同时也能够达成超越自身生理机能的作用。首位参与的人员叫诺兰·阿博（Noland Arbaugh）。诺兰在2016年的一次游泳意外中受伤，致使四肢瘫痪，其生活由此发生了转变。借助 Link ，手术后的诺兰很快就能够凭借意念控制鼠标光标，能够浏览互联网、观看直播、与朋友一同玩在线电脑游戏等等，并且所有这些均可在躺着的状态下完成。在手术之前，诺兰若想使用电脑就得依靠“口杆（mouth stick）”这样的辅助器具，这种器具需要护理人员予以安装，并且诺兰只能站着用嘴来操作，不但影响正常说话，时间久了还会引发肌肉疲劳、压疮之类的不适状况。

       在首次研究会议中，诺兰就打破了人类脑机接口光标控制的世界纪录，达到4.6BPS，随后更是达到了8.0BPS。BPS又叫每秒比特数，是光标控制速度和准确性的标准度量。BPS越高，表示光标控制越好。不过，诺兰在使用Link一个月后遇到了植入物功能大幅下降的问题，原因是85%的电极线缩回或移位。尽管通过调整算法恢复了部分功能，但这表明该项技术仍需进一步研究和改进。诺兰接受的是Neuralink的N1植入物，也称为“链接”（the Link）。该设备有1024个电极，分布在64根导线上。为了将这些柔软的导线顺利插入受试者的大脑，Neuralink还开发了一种手术机器人。

       2024 年7月， Neuralink公司成功地把第二枚脑机接口芯片植入到了一位人类患者体内，同时宣称移植手术十分顺遂。Neuralink的第二位参与者叫Alex ，其在术后的次日便办理了出院，且康复流程也颇为顺利。在脊髓受伤以前，他是一名汽车技术员，主要从事各类车辆以及大型机械的修理工作。考虑到诺兰的实际状况，为了减少电极线日后回缩的概率，Neuralink施行了一系列举措，涵盖了降低手术期间脑部的运动幅度以及缩小植入物跟大脑表面的间隔等。

       依照8月所公布的最新动态，自 Link与电脑连接的瞬间开始，还不到 5分钟，Alex就能够凭借意念来操控光标移动；在短短数个小时当中，他于 Webgrid任务（一款用于测试计算机控制精准度的游戏）里呈现出来的速度与准确度，已然超越了过往运用其他辅助技术所能达到的最优水平。就在第一天，他就打破了先前运用非Neuralink 设备脑机接口进行光标控制的世界记录。

       另外，当下 Alex还开发了两项新的技能，自身能力获得了拓展。首先，热衷于制作的他在 Link 的协助下，初次试着运用计算机辅助设计（ CAD）软件 Fusion360，给他的 Link充电器设计出了一个定制支架，并且通过3D 打印技术使之成为现实。其次，在玩《反恐精英2》（CS2）这类射击游戏的时候，他可以做到同时进行移动和瞄准操作。脊髓受伤以后，他玩射击游戏需要依靠一种被称作 Quadstik 的设备。这是一种“嘴控”操作的设备，上面装设着吸气式压力传感器、用于点击的唇位传感器，然而该设备存在的问题是仅有一个操纵杆，不支持玩家同时进行移动和瞄准，例如从移动变换到瞄准时，需要先松开操纵杆、接着吹吸另外一根管子，这严重影响了游戏体验感。有了 Link以后， Alex能够将 Link与 Quadstick联合使用，实现同时移动和瞄准，从而获得更顺畅、更直观的游戏体验。

       Neuralink 公司称，他们会持续和 Alex 合作，对他的技能范围加以探寻和拓展，期望达成更多的可能性。

       2024年9月17日，脑机接口公司Neuralink宣布，公司已获得美国食品药品监督管理局（FDA）对“盲视”（Blindsight）项目的突破性医疗器械认证。

       三、振奋人心：脑机接口手术让难以发声的“渐冻症”患者重新说话?

       除了凭借大脑皮层活动来操控鼠标，脑机接口还能够将大脑中想要表述的句子转变成语音，替那些无法发声的患者进行表达。凯西·哈勒尔（Casey Harrell）在 40岁之际呈现出肌萎缩侧索硬化症（amyotrophic lateralsclerosis, ALS）的症状，在后续的 5年时间里，他慢慢四肢瘫痪，并且出现了极为严重的构音障碍，说话时音量微弱、发音含糊不清。大名鼎鼎的物理学家史蒂芬·霍金也曾患上这种疾病，其又被称作“渐冻症”。

       通常情况下，旁人难以听懂哈勒尔所讲的内容，与他最为熟悉的人平均每分钟能够理解6.8个词，而他运用头部控制的鼠标每分钟能输入 6.3 个词。他认为丧失与人交流的能力极为痛苦，特别是在和他女儿交流的时候。2023 年7 月，哈勒尔于临床试验 BrainGate2当中接受了脑机接口手术。医生将他的头骨开启5x5厘米，把4 个微电极阵列植入大脑皮层 1.5 毫米处。每个微电极阵列的规格为3.2x3.2毫米，整齐排列着 64 个电极，植入的位置处于大脑的左侧中央前回，这是术前医生借助 MRI 所识别出的他控制发音的区域。手术历经了5 个小时，哈勒尔在术后第3 天便出院了。

       a：4个微电极阵列（以黑色方块表示）植入位置示意图；b：脑机接口工作图。256个电极从中央前回检测大脑皮层神经活动，没有麦克风采集声音。当哈勒尔尝试说话时，机器学习技术每80毫秒将神经活动解码为一个英语基本音节，通过一系列语言模型，音节被组合成单词，显示在屏幕上，单词再组成句子。句子结束时，文本转语音软件读出句子，尽力还原他患病前的声音。丨参考文献[5]

       术后初次运用脑机接口之际，哈勒尔首先进行了长达30 分钟的校准操作，期间通过复述涵盖50个词汇的特定句子来完成。随后，他试着运用这些词汇自由地组织句子，脑机接口会读取大脑向肌肉传递的指令，并将其转化为单词显示在屏幕上且读出来，单词的识别准确率高达 99.6%。当第二次使用时，词汇库拓展至 125000 个单词，经过 1.4 个小时的训练，准确率为 90.2%。经过更深入的校准之后，脑机接口在术后的8.4个月当中，单词识别准确率维持在97.5%的水平，速度是每分钟31.6 个单词，大致为正常人说话速度的一半。这极大地超出了哈勒尔通过发音说话或者使用头控鼠标来进行沟通的效率，其准确率也高于普通人使用手机语音识别单词时的情况（准确率约为95%）。他每日通过脑机接口与家人交流、参与工作会议、发送邮件以及上网，他的家人和朋友认为系统所发出的声音跟他本人特别相似。

       在以往的研究里，脑机接口需要在大约半个月左右的时间中，历经将近20小时的校准，才能够达成74.5%～76.2%的单词识别准确率，而且还需要频繁地重新校准。此项研究把微电极的数量增加了一倍，同时改进了语言模型，令哈勒尔迅速且精准地恢复了沟通的能力，展现出脑机接口将大脑活动精准解码成语言的潜能。

       之后，进一步研究将继续尝试提高脑机接口识别单词的准确率，并扩大适用疾病的范围，如纳入更常见的卒中，帮助人们重返生活和社会。

       四、未来展望

       “Blindsight”彰显出了多学科协作所具备的强劲力量。这一技术不但仰仗着神经科学针对大脑的深刻认知，还得依靠计算机科学予以的数据处理辅佐，以及工程学负责的设备设计。着眼于未来，眼科必然不会再是单一学科独挑大梁的范畴，而会是多学科携手共同促成的产物。眼科学将在这类具有突破性的技术助力下持续进步，从只是对视觉器官进行修复的学科，朝着更为宽泛的神经科学和人机交互的领域拓展，给全球失明的病患送去崭新的治疗曙光，并且，还能够依据需求，助力人类视觉发展成为现实。

       该公司的首 款产品被称作“心灵感应”，“盲视”乃是 Neuralink 的第二款产品，据相关介绍所言，“盲视”项目旨在助力盲人恢复视力、重见光明。被赐予“突破性认证”的医疗设备能够更早地获取FDA 的支持，由此加快其研发以及市场审批的进程。这类设备普遍能够对危及生命的病症展开治疗或者诊断。“从长远来考量，我们同样存在修复受损或者断开神经元之间缝隙的可能性，跨越大脑运动皮层与脊柱之间的间隔，使人们能够再次运用自己的身体。”马斯克表示。在近期由马斯克和 Neuralink高管们展开的一场视频直播当中，马斯克指出，Neuralink 的终 极追求是令大脑和计算机实现高度衔接，在“人类智能和数字智能”之间构建起共生的关系，以降低AI 的文明风险。

       Neuralink 将要推出两类产品，第一种产品为 Telepathy，能够助力神经元受损之人重新恢复身体机能；第二种是大脑护理的设备，类似于带有微小电极的 AppleWatch，将电极植入大脑之后能够改写电信号，帮助人们更良好地运用大脑。在马斯克的畅想中，未来用户能够凭借 Neuralink 的设备，凭借意念对特斯拉的人形机器人 Optimus 实施控制。

       马斯克说道，“即便有人丧失了语言方面的能力，他们依旧能够与 Optimus 交流。他们能够通过蓝牙和 Optimus进行心灵层面的感应，他们依然能够操控 Optimus、电脑或者手机。”

       参考文献：

       1.https://neuralink.com/blog/prime-study-progress-update/

       2.https://neuralink.com/blog/prime-study-progress-update-user-experience/

       3.https://www.scientificamerican.com/article/neuralinks-first-user-describes-life-with-elon-musks-brain-chip/

       4.https://neuralink.com/blog/prime-study-progress-update-second-participant/

       5.Card NS, Wairagkar M, Iacobacci C, Hou X, Singer-Clark T, Willett FR, Kunz EM, Fan C, Nia MV, Deo DR, Srinivasan A, Choi EY, Glasser MF, Hochberg LR, Henderson JM, Shahlaie K, Brandman DM, Stavisky SD. An accurate and rapidly calibrating speech neuroprosthesis. N Engl J Med. 2024;391(7):609-618.

       6.https://www.als.org/blog/advances-brain-computer-interface-technology-help-one-man-find-his-voice

       7.https://twitter.com/elonmusk/status/1752202239744102646

       8.https://twitter.com/elonmusk/status/1770817187285995939

       9.Ione Fine et al, A virtual patient simulation modeling the neural and perceptual effects of human visual cortical stimulation, from pulse trains to percepts, Scientific Reports (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-65337-1

       10.Ajiboye AB, Willett FR, Young DR, Memberg WD, Murphy BA, Miller JP, Walter BL, Sweet JA, Hoyen HA, Keith MW, Peckham PH, Simeral JD, Donoghue JP, Hochberg LR, Kirsch RF. Restoration of reaching and grasping movements through brain-controlled muscle stimulation in a person with tetraplegia: a proof-of-concept demonstration. Lancet. 2017;389(10081):1821-1830.

       11.Flesher SN, Downey JE, Weiss JM, Hughes CL, Herrera AJ, Tyler-Kabara EC, Boninger ML, Collinger JL, Gaunt RA. A brain-computer interface that evokes tactile sensations improves robotic arm control. Science. 2021;372(6544):831-836.?