融合思想與機器：我們離目標有多近？

以下文章經允許轉載自對話，這是一個涵蓋最新研究的線上出版物。

正如古希臘人幻想翱翔天空一樣，今天的人們也夢想著將思想和機器融合在一起，以此來解決人類必死這一令人煩惱的問題。 透過腦機介面 (BCI) 技術，思想是否可以直接與人工智慧、機器人和其他思想連線，從而超越人類的侷限性？

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在過去的50年中，世界各地的大學實驗室和公司的研究人員在實現這一願景方面取得了令人矚目的進展。 近期，像埃隆·馬斯克 (Neuralink) 和布萊恩·約翰遜 (Kernel) 這樣的成功企業家宣佈成立新的初創公司，旨在透過腦機介面來增強人類能力。

我們真的離成功地將我們的大腦與技術連線起來有多近？ 當我們的思想被接入時，又會帶來什麼影響？

起源：康復和恢復

位於感覺運動神經工程中心 (CSNE) 的研究員埃伯·費茨是最早將機器與思想連線起來的先驅之一。 1969 年，在個人電腦尚未出現之前，他就展示了猴子可以透過放大它們的大腦訊號來控制在刻度盤上移動的指標。

最近的許多 BCI 研究工作旨在提高癱瘓或有嚴重運動障礙的人的生活質量。 您可能在新聞中看到了一些最近的成就：匹茲堡大學的研究人員使用大腦內部記錄的訊號來控制機械臂。斯坦福大學的研究人員可以從癱瘓患者的大腦訊號中提取運動意圖，從而使他們能夠無線使用平板電腦。

同樣，透過向大腦內部或大腦表面傳遞電流，一些有限的虛擬感覺可以被傳回大腦。

我們的主要視覺和聽覺呢？ 用於嚴重視力障礙者的仿生眼早期版本已在商業上部署，改進版本目前正在進行人體試驗。另一方面，人工耳蝸已成為最成功和最普及的仿生植入物之一——全球有超過30萬用戶使用該植入物來聽取聲音。

最先進的 BCI 是“雙向” BCI (BBCI)，它可以記錄和刺激神經系統。在我們的中心，我們正在探索 BBCI 作為中風和脊髓損傷的一種激進的新型康復工具。我們已經證明，BBCI 可以用來加強兩個大腦區域之間或大腦和脊髓之間的連線，並繞過受傷區域重新路由資訊，從而使癱瘓的肢體重新活動。

憑藉迄今為止取得的所有這些成功，您可能會認為腦機介面有望成為下一個必備的消費電子產品。

仍處於早期階段

但是，仔細觀察一下當前的 BCI 演示，就會發現我們仍然有很長的路要走：當 BCI 產生運動時，它們的速度要慢得多，精度更低，複雜程度也低於身體健全的人每天輕鬆用肢體完成的動作。仿生眼提供的視覺解析度非常低；人工耳蝸可以透過電子方式傳輸有限的語音資訊，但會扭曲音樂體驗。要使所有這些技術都能發揮作用，必須進行手術植入電極——這在今天大多數人看來是不可接受的。

但是，並非所有 BCI 都是侵入性的。不需要手術的非侵入性 BCI 的確存在；它們通常基於頭皮的電 (腦電圖) 記錄，並已用於演示控制游標、輪椅、機械臂、無人機、人形機器人，甚至腦對腦通訊。

2006 年，在華盛頓大學的神經系統實驗室中首次展示了名為“墨菲斯”的非侵入性腦控人形機器人“化身”。這種非侵入性 BCI 根據大腦在閃爍所需物體或位置的影像時的反射反應，推斷機器人應該選擇哪個物體以及將其帶到哪裡。

但是所有這些演示都發生在實驗室中——那裡的房間很安靜，測試物件沒有分心，技術設定冗長而有條不紊，並且實驗的持續時間僅足以證明一個概念是可行的。事實證明，要使這些系統足夠快速和強大，以便在現實世界中實際使用是非常困難的。

即使使用植入式電極，試圖讀取思想的另一個問題也源於我們大腦的結構。 我們知道，每個神經元及其數千個相連的鄰居都形成了一個難以想象的龐大且不斷變化的神經元網路。 這對神經工程師來說意味著什麼？

想象一下，您正在嘗試理解一大群朋友之間就一個複雜主題進行的對話，但您只能聽一個人的講話。您或許可以弄清楚對話的粗略主題是什麼，但絕對無法弄清整個討論的所有細節和細微差別。因為即使是我們最好的植入物也只能讓我們一次收聽大腦的幾個小區域，所以我們可以做一些令人印象深刻的事情，但我們遠未理解完整的對話。

還存在我們所認為的語言障礙。神經元透過電訊號和化學反應的複雜相互作用相互通訊。這種天然的電化學語言可以用電路來解釋，但這並不容易。同樣，當我們使用電刺激向大腦講話時，帶有濃重的電子“口音”。這使得神經元難以理解刺激試圖在所有其他正在進行的神經活動中傳達什麼。

最後，還有一個損害問題。大腦組織柔軟而富有彈性，而我們大多數的導電材料（連線到大腦組織的電線）往往非常僵硬。這意味著植入的電子裝置經常會引起瘢痕形成和免疫反應，這意味著植入物的有效性會隨著時間的推移而降低。柔性生物相容性纖維和陣列最終可能有助於解決這方面的問題。

共同適應，共同生活

儘管面臨所有這些挑戰，我們對仿生未來仍持樂觀態度。 BCI 不需要完美。大腦具有驚人的適應能力，並且能夠學習以類似於我們學習駕駛汽車或使用觸控式螢幕介面的方式使用 BCI。同樣，大腦可以學習解釋新型的感官資訊，即使使用磁脈衝等非侵入方式傳遞資訊也是如此。

最終，我們認為“共同適應”的雙向 BCI（即電子裝置在學習過程中與大腦一起學習並不斷與大腦對話）可能被證明是構建神經橋樑的必要步驟。 構建此類共同適應的雙向 BCI 是我們中心的目標。

我們同樣對最近在使用“電療藥物”靶向治療糖尿病等疾病方面取得的成功感到興奮——這是一種實驗性小型植入物，它透過直接向內部器官傳送指令來治療疾病，而無需藥物。

研究人員還發現了克服電化學語言障礙的新方法。可注射的“神經蕾絲”例如，可能被證明是一種有希望的方式，可以逐步允許神經元沿著植入的電極生長，而不是排斥它們。柔性奈米線探針、柔性神經元支架和玻璃碳介面也可能使生物計算機和技術計算機在未來在我們體內愉快地共存。

從輔助到增強

埃隆·馬斯克的新初創公司 Neuralink 的既定最終目標是透過 BCI 增強人類，以便在我們正在進行的人工智慧與人類之間的軍備競賽中，讓我們的頭腦更勝一籌。他希望透過連線我們的技術，人腦可以增強自身的能力——這可能會使我們避免潛在的反烏托邦未來，即人工智慧遠遠超過自然人類的能力。這種願景當然可能顯得遙遠或異想天開，但我們不應該僅僅因為一個想法的奇怪而將其否定。畢竟，即使在十五年前，自動駕駛汽車仍然被認為是科幻小說的領域——而現在卻與我們共享道路。

在不久的將來，隨著腦機介面從恢復殘疾人的功能發展到將身體健全的人增強到超越人類的能力，我們需要敏銳地意識到與同意、隱私、身份、自主性和不平等相關的一系列問題。在我們的中心，一個由哲學家、臨床醫生和工程師組成的團隊正在積極努力解決這些倫理、道德和社會公正問題，並在該領域進展太快之前提供神經倫理指導。

從使用輪子克服雙足行走限制到在泥板和紙上做筆記來增強記憶，將我們的大腦直接連線到技術最終可能是人類在各個時代透過技術增強自身的自然發展。就像今天的計算機、智慧手機和虛擬現實頭盔一樣，當增強型 BCI 最終出現在消費市場上時，它們將令人興奮、沮喪、充滿風險，同時又充滿希望。

本文最初發表於 The Conversation。閱讀原始文章。