Neuralink解碼：建立人腦與世界的高帶寬連接
馬斯克于2016年夏天在美國(guó)加州建立了Neuralink，專注于入侵式腦機(jī)接口。
假設(shè)SpaceX、Tesla是馬斯克改變世界的欲望，所以Neuralink所做的就是改變?nèi)祟愖约骸?/p>
經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，腦機(jī)接口技術(shù)日益完善。今年1月，Neuralink推出了第一次人體手術(shù)植入，讓受試者實(shí)現(xiàn)了“心靈感應(yīng)”，效果驚人。預(yù)計(jì)今年將進(jìn)行10次手術(shù)。
但是，如此重要的技術(shù)革命，研究資料卻不夠好。
上個(gè)星期，馬斯克帶著四位Neuralink高級(jí)主管進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)直播，總結(jié)了Neuralink的最新技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展藍(lán)圖，令人驚嘆。
這個(gè)研究資料很珍貴，下面我給大家解釋一下其本質(zhì)內(nèi)容。
相信看完這篇文章，你會(huì)對(duì)腦機(jī)接口的技術(shù)現(xiàn)狀和人機(jī)共生的未來(lái)有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。
溫暖提示，閱讀本文時(shí)請(qǐng)時(shí)刻注意：這是現(xiàn)實(shí)的前沿技術(shù)，而非科幻文學(xué)。
第一款Neuralink產(chǎn)品：Telepathy(心靈感應(yīng))
第一款Neuralink產(chǎn)品叫Telepathy，即心靈感應(yīng)。
Telepathy的作用是，它可以讓植入Neuralink設(shè)備的人們通過(guò)他們的想法直接控制手機(jī)或電腦。
要知道，一旦你能控制手機(jī)和電腦，基本上你就能控制任何東西。
整個(gè)交互過(guò)程只需用腦思考，不涉及眼動(dòng)跟蹤設(shè)備。
該產(chǎn)品能幫助許多腦損傷或頸髓損傷患者，使他們重新建立大腦與人體的信號(hào)連接。
Neuralink的第一位受試者Noland在手術(shù)后通過(guò)直播的方式，展示了他通過(guò)Telepathy玩《文明6》的全過(guò)程。
在Telepathy中，癱瘓的Noland重新獲得了數(shù)字獨(dú)立性（digital independence），只有通過(guò)思考才能控制計(jì)算機(jī)，不需要移動(dòng)身體，也不需要家人的幫助。
有趣的是，Noland可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)使用Telepathy，即使在飛機(jī)飛行期間。
在下面的圖片中，Noland使用Telepathy在30,000英尺的高空創(chuàng)建貓貓表情包。
Neuralink團(tuán)隊(duì)跟蹤了Noland術(shù)后Telepathy的使用情況，基本上每周使用超過(guò)70個(gè)小時(shí)，用于觀看視頻、閱讀、玩游戲、使用瀏覽器等。
假如把“床”看作是一種產(chǎn)品，我們每周使用“床”大約需要56個(gè)小時(shí)(每周7天)× 每日睡眠8小時(shí))。
而且Noland每周使用Telepathy的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了“床”的應(yīng)用，這足以證明Telepathy產(chǎn)品的價(jià)值。
(2)不但可以幫助你恢復(fù)身體機(jī)能，還可以給你超能力。
Neuralink的目標(biāo)不僅僅是幫助癱瘓患者恢復(fù)以前的自主神經(jīng)，而是賦予他們遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常人類的超能力。
假如人腦被視為生物計(jì)算機(jī)，那么大腦與外部設(shè)備之間的通信帶寬就很低，通常只有每秒1比特。
每天有86400秒，也就是說(shuō)，你每天向任何設(shè)備輸入的比特?cái)?shù)都會(huì)低于這個(gè)數(shù)字。
大腦和外部設(shè)備的通訊帶寬，將成為阻礙人機(jī)共生的重要瓶頸。而且腦機(jī)接口可以突破這個(gè)瓶頸。
Neuralink目前通過(guò)將設(shè)備植入大腦，可以實(shí)現(xiàn)每秒10比特的通信速度，其未來(lái)目標(biāo)是達(dá)到Megabit級(jí)別。
在全腦接口實(shí)現(xiàn)之后，馬斯克認(rèn)為人腦對(duì)外通信帶寬可能會(huì)提高到Gigabit水平。
現(xiàn)在Noland植入的設(shè)備是最初版本的商品，有64個(gè)thread，每個(gè)thread上有16個(gè)電極。
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的訓(xùn)練，Noland已經(jīng)能夠在光標(biāo)控制測(cè)試中進(jìn)行9.5 BPS的成就超過(guò)了以前人類的世界紀(jì)錄。
在下一代Telepathy設(shè)備上，每個(gè)thread只有8個(gè)電極和3000個(gè)channels。
如果我們能準(zhǔn)確地放置每個(gè)電極線，那么每個(gè)電極所需的電極數(shù)量就會(huì)減少。
也就是說(shuō)，通過(guò)更精確地放置電極線，可以使設(shè)備帶寬輕松翻倍。
馬斯克認(rèn)為，在不久的將來(lái)，使用Neuralink設(shè)備的患者可以比功能完善的人類更快地交流。
未來(lái)電子競(jìng)技中可能會(huì)出現(xiàn)使用腦機(jī)接口的選手。
(3)工作原理：通過(guò)植入設(shè)備讀寫大腦神經(jīng)元
Neuralink的植入設(shè)備可以讀取和寫入大腦中的電信號(hào)。
大腦是一種神秘的器官，但歸根結(jié)底，它是通過(guò)電信號(hào)運(yùn)行的。
所以，只要能夠讀寫這些電信號(hào)，就可以實(shí)現(xiàn)與大腦的互動(dòng)。
如果你想把這些微小的電極線植入患者的大腦，你需要通過(guò)手術(shù)機(jī)器人切除一個(gè)小顱骨，直徑幾厘米左右，然后用植入設(shè)備代替這個(gè)顱骨。
因此，神經(jīng)元具有讀寫電信號(hào)的能力。
通過(guò)藍(lán)牙進(jìn)行通信，植入設(shè)備完全無(wú)線。
選擇藍(lán)牙是因?yàn)閹缀趺總€(gè)電子產(chǎn)品都有藍(lán)牙通信功能，這使得Neuralink能夠與大多數(shù)設(shè)備進(jìn)行交互。
Neuralink將在未來(lái)設(shè)計(jì)獨(dú)特的通信協(xié)議，確保數(shù)據(jù)傳輸真正安全可靠。
通過(guò)電磁墊，植入設(shè)備可進(jìn)行感應(yīng)充電。
目前植入Noland體內(nèi)的版本一次充電可達(dá)4-5小時(shí)，充電時(shí)間約為幾分鐘。
在不增加充電時(shí)間的情況下，下一個(gè)版本將使用時(shí)間翻倍，幾乎一次可以使用8小時(shí)。
Neuralink的目的是真正實(shí)現(xiàn)全天使用，可在袖子或睡枕內(nèi)進(jìn)行感應(yīng)充電。
腦機(jī)接口的理論基礎(chǔ)：腦神經(jīng)的精確分區(qū)
大腦是一個(gè)高度分化的器官。你可以準(zhǔn)確地知道你的左手、左手、左腿和右腿在控制你的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和嗅覺(jué)的位置。
每一個(gè)特定功能對(duì)應(yīng)的神經(jīng)元位置都是高度精確的，而非模糊的。
眾所周知，左腦掌握著右身體，反之亦然。
所以如果你是左撇子，植入設(shè)備應(yīng)該位于右腦。
Neuralink的醫(yī)生會(huì)讓患者做fMRI核磁顯像，以確定患者頭部打洞的具體位置。
醫(yī)生會(huì)要求癱瘓的患者在成像過(guò)程中想象移動(dòng)手臂。
即使病人因頸髓損傷而無(wú)法真正移動(dòng)手臂，僅僅想象移動(dòng)手臂會(huì)使大腦中的特定區(qū)域在fMRI掃描儀中亮起，這種神經(jīng)元的位置非常準(zhǔn)確。
所以有沒(méi)有可能不需要植入設(shè)備，只需在頭部外側(cè)帶一個(gè)頭套就能實(shí)現(xiàn)心靈感應(yīng)呢？
馬斯克認(rèn)為答案是否定的。
為使傳感器獲得精確的神經(jīng)元數(shù)據(jù)，需要使其盡可能接近信號(hào)根源。
假如只是把傳感器放在體外，它就會(huì)得到人群反應(yīng)的數(shù)據(jù)，很難做出準(zhǔn)確的判斷。
馬斯克舉了一個(gè)關(guān)于工廠的例子，比較簡(jiǎn)單易懂：
假如你想弄清楚工廠里發(fā)生了什么，你需要去工廠看看，而不是在工廠的外墻上安裝聽(tīng)診器。
(5)植入設(shè)備脫落的罪魁禍?zhǔn)祝簹庋?/strong>
Noland作為Neuralink的第一個(gè)受試者，術(shù)后表現(xiàn)值得高度重視。
Noland在使用幾個(gè)星期后發(fā)現(xiàn)光標(biāo)的準(zhǔn)確性下降，甚至出現(xiàn)延遲。
通過(guò)Neuralink團(tuán)隊(duì)的檢查，他們發(fā)現(xiàn)85%的電極線已經(jīng)移位，這導(dǎo)致設(shè)備收集到的大腦信號(hào)顯著下降。
Neuralink的神經(jīng)外科醫(yī)生Matthew總結(jié)了手術(shù)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為導(dǎo)致植入設(shè)備脫落的罪魁禍?zhǔn)资悄X部手術(shù)過(guò)程中引入的穴位。（Air Pocket）。
在植入手術(shù)中，Noland在頭骨中進(jìn)入少量氣體形成氣穴。當(dāng)氣穴移動(dòng)到植入體下方時(shí)，植入體就會(huì)離開大腦。
所以在手術(shù)過(guò)程中如何避免氣穴是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
外科醫(yī)生將少量氣體引入頭骨，這是典型的腦部手術(shù)。
通過(guò)調(diào)節(jié)血液中二氧化碳的濃度，可以使大腦在指定位置稍微擴(kuò)張或收縮。
一般情況下，神經(jīng)外科醫(yī)生會(huì)通過(guò)降低血液中二氧化碳的濃度來(lái)縮小大腦，從而有更大的操作空間，避免損傷大腦。
然而，在未來(lái)的手術(shù)中，Matthew認(rèn)為應(yīng)該保持二氧化碳濃度正?；蚱?，以保持患者大腦在手術(shù)過(guò)程中的正常大小和形狀，從而避免引入氣穴。
(6)植物設(shè)備的未來(lái)：更準(zhǔn)確、更深、更準(zhǔn)確、更平整
更準(zhǔn)：
植入人腦的電極很小，它的直徑只有頭發(fā)的幾分之一。
之所以把電極線做得很小，是因?yàn)槲覀兊拇竽X一直在運(yùn)動(dòng)。為了防止疤痕，最好讓電極線和大腦一起運(yùn)動(dòng)。
手術(shù)機(jī)器人必須完成植入電極的手術(shù)，精度可達(dá)微米級(jí)，超過(guò)人類所有頂級(jí)外科醫(yī)生，從而繞過(guò)所有血管，防止人體免疫反應(yīng)。
在Noland植入手術(shù)中，當(dāng)手術(shù)機(jī)器人將所有電極植入其體內(nèi)時(shí)，大腦表面沒(méi)有看到一滴血。
更深：
與其它動(dòng)物的大腦相比，人腦體積更大，移動(dòng)范圍更強(qiáng)。
Nueralink團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)患者的顱骨被打開時(shí)，人腦的移動(dòng)距離可以達(dá)到3毫米，這對(duì)于維持植入物的穩(wěn)定性是一個(gè)挑戰(zhàn)。
最好的解決辦法是將電極線插入更深，并且控制每條電極線的精確植入深度。
更準(zhǔn)確：
從解剖學(xué)的角度來(lái)看，大腦就像一個(gè)折疊的洋蔥，由一層層神經(jīng)元組成，覆蓋在大腦表面，形成褶皺。
植入裝置的電極應(yīng)盡可能靠近那些代碼有用信息的神經(jīng)元。
若插入電極的位置特別靠近某一褶皺，則可完全避開其它有用的神經(jīng)元。
所以，Matthew認(rèn)為，在以后的手術(shù)中，應(yīng)將電極插入褶皺頂點(diǎn)之間的位置，以確保它們穿過(guò)皮層的第五層。
更平整：
另外一項(xiàng)降低植入風(fēng)險(xiǎn)的措施是使植入物與頭骨內(nèi)部輪廓對(duì)齊。
植入第一個(gè)受試者Noland的設(shè)備，其底部和大腦之間存在一定的間隙，導(dǎo)致頭骨內(nèi)側(cè)不平整。
Neuralink團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在未來(lái)的植入手術(shù)中雕刻植入體表面，使其與患者頭骨內(nèi)側(cè)表面的輪廓對(duì)齊，最大限度地減少兩者之間的間隙。
這能有效地降低電極線上的張力，使這些細(xì)線盡可能地松弛，防止它們從大腦中產(chǎn)生收縮。
就像LASIK眼科手術(shù)一樣，馬斯克認(rèn)為未來(lái)Neuralink設(shè)備植入手術(shù)將實(shí)現(xiàn)100%自動(dòng)化。
假如一位眼科醫(yī)生手里拿著激光切割機(jī)，顫抖著給你的眼睛做視力矯正手術(shù)，那也太可怕了。
Neuralink設(shè)備植入手術(shù)也是如此，手術(shù)需要極高的操作精度，只有機(jī)器人才能完美勝任。
醫(yī)師只需對(duì)手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)督，確保設(shè)置正確。
您只需坐下，選擇要安裝植入的模塊，手術(shù)機(jī)器人將在10分鐘內(nèi)完成所有操作，就像《Cyberpunk》同樣的義體安裝在游戲中。
(7)下一個(gè)重磅產(chǎn)品：盲目（Blindsight）
Neuralink準(zhǔn)備在Telepathy之后推出的第二款產(chǎn)品叫做Blindsight(盲目)。
正如其名稱所示，Blindsight的作用是讓完全失明的病人(甚至失去兩側(cè)眼球的病人)再次看到光明。
這一功能聽(tīng)起來(lái)像是科幻，已成功地驗(yàn)證了包括猴子在內(nèi)的動(dòng)物。
為使用戶的大腦呈現(xiàn)視覺(jué)信息，需要將電脈沖傳遞給大腦的視覺(jué)部分神經(jīng)元，這樣就可以在大腦中激活視覺(jué)像素。
你可以把電脈沖傳遞到猴子大腦的特定神經(jīng)元。當(dāng)猴子收到視覺(jué)信號(hào)時(shí)，他們會(huì)看到一個(gè)閃爍的像素點(diǎn)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)猴子的眼睛很快變成了像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置。
請(qǐng)注意，屏幕上沒(méi)有像素點(diǎn)，像素點(diǎn)是由猴子大腦中的視覺(jué)皮層直接激活的。
現(xiàn)在Blindsight的分辨率還比較低，只能呈現(xiàn)類似Atari游戲的圖形類型。
但隨著時(shí)間的推移，它可能會(huì)實(shí)現(xiàn)比普通視覺(jué)更高的分辨率，使盲人擁有“鷹眼”。
(8)Neuralink與Optimus的結(jié)合：機(jī)械義體有望成為現(xiàn)實(shí)
當(dāng)前，Neuralink可以與任何含有藍(lán)牙接口的設(shè)備進(jìn)行通信交互，包括馬斯克自己的Optimus擎天柱人形機(jī)器人。
假如一個(gè)人失去了說(shuō)話的能力，他們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^(guò)Neuralink與Optimus進(jìn)行心靈感應(yīng)交流。
很酷的是，你可以直接控制Optimus機(jī)器人的物理手臂，通過(guò)直接映射大腦信號(hào)來(lái)執(zhí)行各種操作。
這個(gè)時(shí)候Optimus就是你的機(jī)器人分身。
假如有人失去了一條胳膊或大腿，你可以直接使用Optimus的手/腿部件，用Neuralink連接，形成自己的義肢。
這樣，生物手臂上的運(yùn)動(dòng)指令就會(huì)在你的大腦中傳達(dá)出來(lái)，現(xiàn)在可以傳遞到你的機(jī)械手臂上，使用義肢的體驗(yàn)會(huì)非常自然。
事實(shí)上，大腦信號(hào)傳遞到機(jī)械臂的速度可能比傳遞到你的生物臂的速度要快。
想像一位鋼琴家同時(shí)使用機(jī)械左臂和生物右臂來(lái)彈奏，機(jī)械左臂的動(dòng)作可能會(huì)更靈敏。
Neuralink的下一個(gè)目標(biāo)：幫助癱瘓病人康復(fù)，治療精神疾病
從本質(zhì)上講，癱瘓是一個(gè)通信問(wèn)題。
腦部運(yùn)動(dòng)皮層發(fā)出信號(hào)，相應(yīng)的身體接收信號(hào)，做出具體動(dòng)作。
癱瘓患者的頸部或脊柱有神經(jīng)損傷點(diǎn)，阻礙神經(jīng)信號(hào)的傳遞。
若能將大腦運(yùn)動(dòng)皮層發(fā)出的電信號(hào)直接橋接過(guò)神經(jīng)損傷點(diǎn)，則能從本質(zhì)上解決癱瘓問(wèn)題，使其恢復(fù)全部身體機(jī)能。
這種技術(shù)問(wèn)題非常困難，但從物理學(xué)的角度來(lái)看是可以實(shí)現(xiàn)的，需要積累更多的測(cè)試數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。
現(xiàn)在Neuralink只完成了一個(gè)人體實(shí)驗(yàn)，預(yù)計(jì)今年將完成5-10個(gè)人體實(shí)驗(yàn)。
在接下來(lái)的幾年里，馬斯克希望有1000多名受試者從中受益。
Neuralink有望在未來(lái)治療各種嚴(yán)重的精神疾病，除了癱瘓問(wèn)題。
馬斯克認(rèn)為，從源頭上看，精神疾病只是大腦的生物計(jì)算機(jī)出現(xiàn)了故障，這是一個(gè)可以修復(fù)的故障，就像修復(fù)一個(gè)短路電路一樣。
Neuralink有望在未來(lái)幫助患有嚴(yán)重精神疾病的人過(guò)上正常的生活。
隨著年齡的增長(zhǎng)，人類的記憶力會(huì)下降。有時(shí)候你的祖父和祖母會(huì)忘記你是誰(shuí)，今天是星期幾。Neuralink也有望在這方面取得突破。
（10）I/O設(shè)計(jì)范式轉(zhuǎn)移：從“手”到“大腦”
目前，大多數(shù)輸入設(shè)備都是以人類的“手”為中心設(shè)計(jì)的，馬斯克稱手指為“可移動(dòng)的小肉棒”。
在鼠標(biāo)、鍵盤、XBOX游戲手柄等交互設(shè)備中，我們使用這些“小肉棒”。
若能通過(guò)心靈感應(yīng)傳遞信號(hào)，就能擺脫對(duì)“手”的依賴，這些傳統(tǒng)的控制機(jī)制將得到創(chuàng)新。
將來(lái)，一個(gè)人甚至可以通過(guò)心靈感應(yīng)將一個(gè)抽象的概念完全傳遞給他人，保證100%的無(wú)損傳遞。
這一通信效率，是語(yǔ)言、文字等通信手段無(wú)法比擬的。
(11)未來(lái)人類與AI共生。
現(xiàn)在人類對(duì)大腦的認(rèn)識(shí)還很初級(jí)。
馬斯克認(rèn)為，隨著更多人類實(shí)驗(yàn)的推進(jìn)，Neuralink團(tuán)隊(duì)將迅速加深對(duì)大腦的理解。
大腦接口誕生之前，大家只能依靠fMRI來(lái)討論大腦皮質(zhì)信號(hào)，這顯然是不夠的。
通過(guò)將電極植入大腦，研究人員可以大大提高對(duì)大腦的認(rèn)知。
作為一種研究工具，Neuralink的價(jià)值顯著被低估了，它正在推動(dòng)人們解決大腦謎題，理解人類意識(shí)物理的本質(zhì)。
最后，讓我們一起來(lái)看看馬斯克對(duì)Neuralink短期、中期、長(zhǎng)期目標(biāo)和愿景的概念：
短期目標(biāo)：協(xié)助腦損傷、頸髓損傷、精神疾病患者，重新建立大腦與身體的正確連接。
實(shí)現(xiàn)人腦與外界高帶寬連接的中期目標(biāo)。
長(zhǎng)期目標(biāo)：通過(guò)促進(jìn)人與人工智能之間更加密切的共生關(guān)系，可以降低人工智能對(duì)人的危險(xiǎn)。
那不是科幻小說(shuō)，而是無(wú)窮無(wú)盡的現(xiàn)實(shí)。
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