脑机接口中的马斯克效应

2024年1月30日，商业大亨、太空探索技术公司和特斯拉公司CEO埃隆·马斯克在自己的社交媒体账号上宣布，“‘神经连接’昨天首次在人体中植入了大脑植入物，手术者恢复良好”，还说他创立的这家名为“神经连接”（Neuralink）的公司的第一个产品将被命名为“心灵感应”（Telepathy）。这条消息本身就足够吸引眼球，再加上马斯克的个人影响力，这条脑机接口领域的新闻立即被各大媒体疯狂转载。

3月21日，“神经连接”以视频直播的形式公开了这名接受植入手术者的身份。诺兰·阿博（Noland Arbaugh）因为一次潜水事故导致的颈椎损伤于8年前全身瘫痪。在视频很短的展示环节中，阿博用意念（“想”）控制电脑的鼠标下了国际象棋，还说自己用这种方式玩了大型回合策略游戏《文明6》。这条视频和脑机接口的话题再次吸引了广泛的关注和讨论，仅在“神经连接”自己的社交媒体上，视频就被观看了近1亿次。

23日，阿博在自己的社交媒体上发了一条视频，视频拍摄于“神经连接”的总部，是阿博受邀参观“神经连接”总部后与“神经连接”员工的分享会。在分享会上，主持人展示了一段阿博用意念玩游戏马里奥卡丁车（Mario Kart）的视频。如果说21日视频中的国际象棋还可以“慢慢下”的话，马里奥卡丁车显然没法“慢慢玩”，这个游戏需要游戏者做出很快的反应。要玩好这个游戏，阿博的脑机接口系统需要有很快和很准确的指令响应能力。从视频来看，阿博能够很流畅地玩这款游戏。仅这一点，“神经连接”植入物的表现用“优秀”来评价就不为过。

诺兰·阿博在“神经连接”总部分享会的视频截图，植入N1植入物后，他已经可以玩马里奥卡丁车这类对反应速度和准确性要求较高的游戏。（资料图）

正因为如此，媒体对“神经连接”的报道以及公众对其的反应都评价甚高，部分媒体甚至使用了诸如“全球首例脑机接口设备人体移植”“马斯克宣布：人类首例脑机接口芯片植入已完成”“马斯克科幻帝国‘再下一城’，人类首次实现脑机接口芯片植入”的新闻标题，给人一种“神经连接”的新进展为脑机接口领域迎来了重大突破的感觉。

然而事实上，在脑机接口这个领域，无论是技术拓展还是临床应用方面的探索，马斯克和他的“神经连接”都既不是先行者，也不是领先者。

什么是脑机接口？

我们每一个人无时无刻不在与这个世界互动。这些互动的实现大致都可以分为三个阶段。第一，感知外界环境。这种感知可以来自各种各样的感觉，比如视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等等，感觉的信息会通过相关的神经传入我们的大脑。第二，信息处理，产生主观感受和指令。传入的感觉信息会在大脑的相关脑区被处理、加工、整合，从而产生带有我们主观意识的感受：悦耳的音乐，美味的食物，绝妙的绘画……如果有需要，我们的大脑还会产生指令，指导我们的身体做出反应，比如，“伸出手，拿起那块蛋糕，把它喂进嘴里”。第三，指令传出并执行。指令的神经信号会从大脑传出，抵达身体中的相应位置并加以执行。在这个拿起蛋糕喂进嘴里的例子中，神经信号会经过脊髓传到手，通过控制那里肌肉的伸缩来完成指令，享受美食。

无论三者中的哪一个环节出了问题，我们与周围世界的互动都可能发生障碍。大脑自不必说，毕竟它是机体的总指挥。感觉输入能力受损可能会影响到我们对世界的感知：因为视网膜上感光细胞的异常，色盲患者对这个多彩世界的视觉感知不同于其他人。信息传出同样如此，阿博就是一个例子，在植入“神经连接”的植入物之前，即使他想下国际象棋或者玩马里奥卡丁车，也有心无力。

畅想一下，如果一个人上述某个环节的生理功能出了问题，是否有可能用一个人工的装置来代为执行相应的功能？如果是视网膜病变致盲，就植入一个人造的“视网膜”，把接收到的光信号转变成正确的电信号，传给大脑；如果是大脑中的某个区域出了问题，就植入一个“脑芯片”，接手受损区域负责的神经计算；如果是全身瘫痪，就用某种装置把大脑的运动指令传递给接收和执行方，接收指令的可以是机械臂，也可以是鼠标，甚至可以是瘫痪者自己的手。

从广义上讲，这些都是脑机接口。

“神经连接”想做什么？

相较而言，上述三类脑机接口中，最后一种的开发难度最小。来自外界的环境刺激种类繁多，这意味着传入大脑的神经信号有可能相当复杂。嗅觉是一个最好的例子：人类可以感知并区分1万亿种气味，要设计开发出胜任这样高难度任务的脑机接口谈何容易。顶替某个脑区的脑机接口同样很有挑战性，毕竟人类对脑中复杂神经活动的认识还较为有限，而且即便是一个很小的脑区，神经元的种类和放电模式都有可能复杂得惊人。

针对最后一个环节的脑机接口就简单很多：这些传出的信号几乎都是控制肌肉的信号，特征相对单一。正因为如此，无论是基础研究还是产业界的探索，都把相当大的资源和精力聚焦在了这类脑机接口上。

“神经连接”由马斯克与7名科学家和工程师共同创立于2016年，马斯克自己投入了1亿美元作为启动资金。公司的定位是致力于研发可植入大脑的脑机接口，其短期目标是治疗严重的神经系统疾病，而终极目标则是通过这些装置来增强人方方面面的能力（比如记忆力、感知能力等等）。换句话说，“神经连接”的终极目标是“人机一体”，通过“与人共生的人工智能”（马斯克语）来让残障者恢复丧失的能力，甚至让人拥有超出人的能力。

自创立以来，据“神经连接”自己宣称，他们已经在猴子、猪、绵羊等动物上做了数百次植入物的植入手术测试，仅2022年就有近300次。此外，“神经连接”和马斯克还不止一次展示过植入了他们的装置的猴子用意念玩电脑乒乓游戏或者“打字”的视频。但事实上，视频中的猴子并没有在有意识地“打字”（“能给我点儿吃的吗？”）：系统只是用位置不同的高亮闪光提示猴子，让猴子通过意念把鼠标移动到闪光的位置（键盘上对应于一个单词一个个字母的位置），然后由系统完成输入。在这一点上，马斯克显然很有营销头脑，毕竟猴子用意念打字的噱头更能吸引眼球。情况也确实如此，很多媒体的报道都以猴子玩游戏和“打字”作为新闻报道的标题。

尽管在媒体和公众中吸引了很大的关注，但“神经连接”对其实验的具体细节却始终守口如瓶，没有透露太多。事实上，直至今天，在脑机接口这个领域，能够查到的发表在科学期刊上，署名马斯克和“神经连接”的文章只有一篇。马斯克和“神经连接”把2019年10月发表在《医学互联网研究杂志》（Journal of Medical Internet Research）上的这篇文章称为“白皮书”，文章对“神经连接”的脑机接口技术做了概念性的介绍。

理念另类

“神经连接”最早向公众介绍其脑机接口理念是在2019年7月。据这家公司当时的介绍，无论是植入物还是植入手术的方式，他们的技术都试图另辟蹊径。植入物的形式不同于传统技术的片状，而是丝线状的。这些“神经线”由柔性的聚合材料制成，每根直径仅4-6微米（1微米=0.001毫米），比一根头发还细，可以减小植入大脑时对脑组织的损伤。另据发表在《医学互联网研究杂志》上的那篇白皮书称（白皮书2019年7月时已经提前在线发表），每根神经线上有32个电极，可以读取神经细胞的电活动信息。

为了把这种神经线植入大脑，“神经连接”专门研发了一种被其称为R1机器人的神经外科自动手术机器人。无论是外观还是工作方式，R1机器人都很像一台缝纫机。机器人搭载有多个摄像头和传感器，能够通过“缝纫针”快速、准确地把神经线植入大脑中。据“神经连接”自己的介绍，机器人每分钟能够向大脑中植入6根神经线。如果有必要，机器人也可以由人来控制，在手术时尽量避开大脑皮层表面的微血管。白皮书中还说，“神经连接”的整个脑机接口系统可以包含96根神经线，总共3072个电极。利用这些电极读取的脑神经活动信号，“神经连接”希望植入这个脑机接口装置的人能够用意念与外界互动。

“神经连接”原本预期2020年开始在人身上开展这个系统的试验，但计划一推再推，直到2023年5月试验才获得美国食品和药物管理局（FDA）的批准（2022年的申请曾被FDA以安全原因拒绝）。

马斯克的个人影响力、“神经连接”持续的营销活动、人类试验的漫长等待，以及这个系统的应用潜力，这些因素汇聚到一起，诺兰·阿博作为“神经连接”脑机接口系统的第一名人类受试者引发广泛的关注和讨论就不足为怪了。

“神经连接”做了什么？

在诺兰·阿博试验的具体细节上，“神经连接”透露的信息仍然很少。也正因为如此，业内专家目前对这项试验的评价普遍持积极但谨慎的态度。

根据“神经连接”的网页（网页上的有限信息直到2024年4月12日才公布）以及此前发表在《医学互联网研究杂志》上的那篇白皮书介绍，试验使用的植入物（被称为N1植入物）由很多个元件组成，包括无线充电线圈、电池、信号处理装置、神经线接入元件等。元件像俄罗斯套娃一样以层层嵌套的形式组装在一起。整个装置不足23毫米 18.5毫米 2毫米。这个数字来自白皮书中对包含96根神经线，共3072个电极的装置的描述。但值得注意的是，“神经连接”网页上对植入诺兰·阿博大脑中的装置的描述是“64根神经线，共1024个电极”。一方面，神经线在数量上比白皮书中的描述少。另一方面，每根神经线上的电极数量也只有白皮书中描述的数量的一半（16 vs 32）。尚不清楚这种差异是出于首次人类试验的谨慎之举，还是其他原因。

植入手术在亚利桑那州菲尼克斯的巴罗神经病学研究所（Barrow Neurological Institute）完成。根据维基百科上的资料，这是全世界最大的神经系统疾病研究和治疗机构。正如马斯克在社交媒体上宣称的那样，手术一切顺利，阿博第二天就出院了。

手术开始前，研究者使用功能磁共振成像（fMRI）的方法选定了植入N1植入物的位置。功能磁共振成像是一种检测脑活动的成像方法，大脑中哪个区域有活跃的脑活动，这个区域在功能磁共振成像中就会“亮”。通过让阿博“想象”移动自己的手和手臂，研究者选定了大脑中央前回的一个区域。中央前回是大脑中初级运动皮层的所在位置，指挥我们活动的指令就源自初级运动皮层相应区域的脑活动，手有指挥手的区域，脚有指挥脚的区域。神经系统一个很有趣的地方是，即使你没有实际做某个动作，而只是想象做这个动作，运动皮层中的相应区域也会产生相应的神经活动（所以阿博的想象也能使这个区域“亮”起来）。这意味着对于阿博来说，单纯地想象移动手，也会引发运动皮层中的相应区域产生指挥手移动的神经信号。

手术过程和常规的脑外科手术没有太大不同，由手术医生在颅骨上对应于植入脑区的位置开孔，然后由R1机器人完成植入。“神经连接”没有公布太多细节，但根据资深科技记者阿什利·万斯（Ashlee Vance）2023年11月发表在《彭博商业周刊》的一篇文章，术前准备和开颅手术需要好几个小时，R1机器人植入N1植入物的时间则非常短，只需不到半个小时。阿什利·万斯是长期报道马斯克及其公司的记者，写过不止一本与马斯克相关的书，包括一本马斯克的传记。另外，从《彭博商业周刊》的这篇文章看，“神经连接”为万斯提供了相当大的信息知晓权，因此在“神经连接”没有透露更多细节的情况下，万斯的这些信息还是有较大可信度的。

N1脑机接口植入物。（资料图）

在N1植入物被植入后，阿博并不能立即就获得通过意念与外界互动的能力，他还需要一个训练的过程。据“神经连接”总部分享会上主持人（也是试验的参与者）的介绍，在植入N1植入物后大约一个月的时间里，阿博总共与脑机接口做了12组会话（session）。每组会话由很多次尝试（trial）组成。在每次尝试中，阿博会想象将电脑屏幕上的鼠标移动到指定的位置并点击鼠标。N1植入物会采集这个过程中的神经信号，同时将阿博意念的准确度反馈给阿博。通过这些训练，就能让阿博越来越准确，越来越随心所欲地控制自己的“意念之手”。正如主持人介绍的那样，与此前其他研究的训练过程相比，阿博的训练强度惊人：每天8小时，每周5天。12组会话共包括89285次尝试。阿博用意念总共点击了鼠标左键111315次，点击鼠标右键35045次。

训练的回报：如今的阿博可以花整个通宵玩《文明6》，一次玩近8个小时。

争议不断

尽管阿博术后的表现激动人心，但从创立走到今天的人体试验，“神经连接”和它的脑机接口一直争议不断。

2022年10月，根据路透社的一篇报道，由于违反有关实验动物的福利伦理法规，“神经连接”遭到了美国联邦机构的调查。有“神经连接”的内部员工抱怨，“神经连接”的动物测试过于仓促，造成了实验动物不必要的痛苦和死亡。路透社的调查发现，至少有4项实验出现了可以避免的人为错误，共涉及86只猪和2只猴子。从“神经连接”内部知情人士透露的信息看，有的错误显得相当低级和业余，比如，在2021年的一项研究中，25只实验猪被植入了错误尺寸的植入物。在另两次手术中，植入物的位置出了错，被植入到了两只猪错误的脊椎骨中。尽管美国农业部（这些动物实验的监管方）2023年7月通报的一项针对另一指控的初步调查结果认为“神经连接”没有违反相关规定，但一方面调查方称还将继续深入调查，另一方面，过去几年间，美国农业部自己就因为对动物实验监管不严而广受批评。事实上，在2023年6月FDA的一项独立调查中，FDA就发现“神经连接”的动物实验存在实验记录不完整、缺乏质控等违反基本实验要求的情况。

2023年9月，《连线》杂志刊出一篇调查报道。援引来自多方的信息，报道指出，在植入“神经连接”的植入物后，有十几只猴子的健康状况恶劣，涉及的状况包括脑血肿、血便、部分程度的瘫痪等。甚至有植入物断裂在了猴子的大脑中，导致无法彻底消除的感染，最终不得不对猴子实施安乐死。这些情况与马斯克宣称的没有实验猴死于植入实验的言论大相径庭。2023年11月，甚至有美国法律界人士要求美国证券交易委员会调查“神经连接”是否有隐瞒实验动物死亡细节，以欺骗投资者的情况。

即便是目前看来成功的诺兰·阿博的植入手术，也有批评和争议。在医药领域，临床试验的一个惯例是试验方会将试验的相关信息上传到美国国立卫生研究院的临床试验信息网站ClinicalTrials.gov上。“神经连接”没有上传这些信息。不过据相关领域专家的解读，FDA授权“神经连接”开展的是早期可行性试验，这类试验的目的是概念验证，不是证明其安全性和有效性，因而上传详细信息到ClinicalTrials.gov上不是强制性的。尽管如此，还是有不少相关领域的专家认为“神经连接”这种不透明的方式不可取。此外，学界对一项试验的评价通常依据的是发表在专业期刊上的论文，在目前尚未发表出论文的情况下，业内很多专家对这项试验的评价普遍很谨慎，接受媒体采访时往往都会表达“等等论文看”的态度。

先行者或领先者？

在“神经连接”脑机接口的创新性上，领域内专家的评价也不像大众和媒体的评价那么高。事实上，在脑机接口这个领域，马斯克和“神经连接”既不是先行者，也不是领先者。

对脑机接口的探索始于20世纪70年代。这个概念由加州大学洛杉矶分校教授雅克·比达尔（Jacques Vidal）于1973年提出。之后，比达尔在1977年通过实验首次论证了脑机接口应用的可能性。在这项研究中，实验者脑电波的变化（借助视觉刺激产生）就能控制电脑屏幕上一个类似鼠标的物体移动。

对运动皮层神经元的活动与运动的关系的研究也在进行。通过20世纪80年代在猕猴上的一系列研究，约翰斯霍普金斯大学的研究者阐明了两者的关系：很多运动皮层的神经元都有运动方向的偏好，当手臂或者想象手臂向这个偏好方向移动时，相应神经元的神经活动最强。这些认识随后成为脑机接口系统中用于运动解码的算法原理。

之后，随着神经电极和计算机技术的进步，脑机接口领域迎来了高速的发展。其中最为人所知的是巴西神经科学家米格尔·尼科莱利斯的工作。除了用猴子开展的一系列控制机械臂的研究外，在2014年巴西世界杯的开幕式上，尼科莱利斯让全世界关注到了脑机接口。借助尼科莱利斯团队开发的脑机接口和机械外骨骼，一名全身瘫痪的青年为赛事开球，揭开了一场足球盛宴的序幕。

中国研究者过去几年间也有非常优秀的工作。2020年，浙江大学的研究者完成了中国首例植入式脑机接口的临床研究。接受植入的患者可以控制机械臂实现进食和饮水等动作，由此实现了中国植入式脑机接口临床“零的突破”。

从这段历史不难看出，“神经连接”不是脑机接口领域的先行者。事实上，即便是“神经连接”引以为傲的R1手术机器人的“缝纫机”式植入技术，也不是“神经连接”在创立后研发的。这个概念和技术源自加州大学洛杉矶分校荣休教授菲利普·萨贝斯（Philip Sabes）的团队，只不过萨贝斯受邀作为联合创始人创立了“神经连接”，这项技术也就被萨贝斯带到了“神经连接”（萨贝斯目前已经离开“神经连接”，事实上，除马斯克外的另7名共同创始人中，已经有6人离开“神经连接”）。

在尝试突破实验室限制的人体植入试验方面，即便2014年世界杯开幕式上那种概念展示性质的例子不算，“神经连接”的这项试验也不是世界首例。2023年5月，瑞士洛桑联邦理工学院的研究者在《自然》杂志上发表了一篇论文，介绍了他们利用脑机接口，让一名下肢瘫痪者通过意念支配自己的双脚行走（在辅助器件的辅助下）的技术。这名接受植入后的瘫痪者已经可以在不需要他人过多帮助的情况下在室外行走。

在相对局限于实验室中的探索方面，甚至在更早就有更令人惊叹的成果。2016年5月，还是发表在《自然》杂志上，美国科学家的一项研究使一名四肢瘫痪者伊恩·伯克哈特（Ian Burkhart）得以用意念控制自己的手，完成拿取物品、倒水甚至弹吉他等日常活动。

与阿博今天可以通宵玩游戏相比，这些进步或许不算惊艳，但有必要认识到，控制肢体的难度要比控制鼠标大得多，移动鼠标不可能解决瘫痪者日常生活中方方面面的需求，“神经连接”的技术能否转化为控制肢体运动的技术也有待观察。

另外两家公司

此外，入局脑机接口产业的并不止“神经连接”一家公司。在众多这些公司中，Blackrock Neurotech和Synchron两家尤其值得关注。

Blackrock Neurotech成立于2008年，其开发的犹他电极被神经工程界广泛采用。事实上，采集伊恩·伯克哈特意念神经信号，使其得以控制自己的手的电极就是Blackrock Neurotech开发的犹他电极。2022年11月，在美国神经科学学会年会上，Blackrock Neurotech展示了其新一代的神经电极Neuralace，这种超薄、柔韧、蕾丝形态的神经界面有超过1万个电极，是“神经连接”N1植入物电极数量的近10倍。

Synchron开发的技术甚至更加令人兴奋。早在2021年，Synchron人体试验的申请就获得了FDA的批准。2023年1月，这家公司的研究者及其合作者在《美国医学会神经病学杂志》（JAMA Neurology，相关领域最顶级的学术期刊之一）上发表了他们在4名严重瘫痪病人身上开展的试验。4名病人的大脑中植入了Synchron开发的脑机接口电极Stentrode。在接受了必要的训练后，这些病人能够通过意念在电脑上完成包括打字、收发邮件、购物等日常活动。研究者还对植入Stentrode的病人追踪了一年，论文中提到，追踪结束于2022年1月，如果按这个时间倒推，那么意味着植入手术在2021年1月就已经完成，远远早于“神经连接”。追踪结果显示，植入Stentrode一年后，Stentrode的信号采集能力仍然很稳定，病人也没有表现出明显的不良症状。

更让人惊叹的是，Stentrode的植入不需要做开颅手术。在外观上，Stentrode比较像治疗心脑血管疾病的血管支架。植入是通过神经介入手段（neurointerventional procedure）完成的：研究者通过病人的颈静脉将Stentrode导入到大脑中的相应位置，Stentrode在血管内就能采集病人意念产生的神经信号。从《美国医学会神经病学杂志》的这篇论文，以及Synchron网站上放出的病人使用这个脑机接口的视频来看，其表现都毫不逊色于“神经连接”的N1植入物。

从脑机接口技术的这些历史以及竞争对手技术的表现来看——尤其是Synchron的Stentrode的表现——“神经连接”既不是脑机接口领域的先行者，目前也难称得上是领先者。而且目前“神经连接”公开的信息太少，不仅展示其在诺兰·阿博身上的效果的视频很短，也尚未发表论文，很难让业内人士对其做出准确、客观的评价。此外，还有很多问题有待“神经连接”去解答和探索，比如N1植入物的效能是否会随着时间的推移变差（这是植入电极普遍面临的一个问题），植入物长期保留在人脑中是否会有不良的影响。关于这些问题，Synchron和Stentrode已经有了一定的结果。

“神经连接”目前的成就或许值得肯定，但过高的褒奖或许还不是时候。

陈彬

责编 朱力远