《美国队长2》，冬兵

直接用思想控制机器的日子已经不远了？ 6park.com
如何将会思考的大脑，与只有0和1编程语言的计算机连接起来？10月下旬，一个由科学家和工程师组成的团队展示了一种有前途的新方法。 6park.com
要穿过厚厚的头骨来获取信息十分困难，毕竟头骨最重要的功能就是保护大脑。因此，对于别人的大脑，此前唯一可以判断它在想什么的方法就是推理。 6park.com
人们可以根据大脑告诉身体去进行的动作，做出有根据的猜测，如发出语音，或以可识别的方式移动。可是，对于因受伤或疾病而无法活动或说话的人，想要了解他们大脑的工作原理，就更加复杂了。 6park.com
当前投入使用的磁共振等复杂的成像技术，可以为理解大脑指令提供一些线索。但是，如果有一些更直观的东西就更好了。几十年来，技术人员一直在努力使大脑与计算机键盘或机械臂交互作用，以使肉体与硅相连。

顺颈而上直达大脑


研究人员尝试将电极安装在被称为“支架”的可扩张弹性管上，并使其穿过通向大脑的血管。在对两个实验者的测试中，研究人员真的对颈部静脉下手了：他们用一根带支架的金属丝沿着喉部的静脉向上延伸，然后进入大脑主要运动皮层附近的血管，并在其中弹出弹簧。 6park.com
电极紧贴在血管壁上，就能开始感应何时大脑会发出打算移动的信号，并通过由外科手术插入受试者胸部的红外发射器，将这些无线信号发送给计算机。



“自扩张式支架技术在治疗其他疾病时，就已经在心脏和神经系统的应用中得到了充分证明。我们只是利用这项技术，将电极放在支架的顶部。”从事这项研究的介入神经病学家托马斯·奥克斯利说，该公司希望将该技术商业化。“它是完全可植入的，病人可以在几天之内回家，而且即插即用。” 6park.com
目标患者回家后需要进行训练。装有电极的支架可以从大脑接收信号，但是机器学习算法必须弄清楚这些信号实际上代表着什么——即使在理想情况下，这些信号也只是思想的不完美映射。 6park.com
而经过几周的努力，两位患者都可以使用眼部追踪器移动光标，并完成点击。这听起来似乎可以表达的内容不多，但足以让他们能够发送短信、在线购物，以及胜任虚拟世界里的日常操作。

利用设备可操作电脑系统


美国食品药品监督管理局尚未批准上述设备的广泛使用，研发公司仍在寻求进行更多测试所需的资金。初步测试结果表明，它是一个有效的脑机接口。 6park.com
目前，设备能让用户在不动手的情况下完成点击鼠标的操作，对于许多应用程序而言这就足够了。“关于数据和渠道的讨论有很多，真正重要的是，你是否为患者提供了足以改变生活的产品？”奥克斯利说，“只要将设备控制的少量输出信号还原给患者，他们就可以操作Windows10系统。” 6park.com
最近，越来越多雄心勃勃的脑机接口和神经修复术见诸新闻。不久前，埃隆·马斯克的公司Neuralink展示了带有1000多个柔性电极的无线脑机接口，设计为专门的机器人外科医生直接插入大脑（该公司展示了该设备可短期内在猪体内使用）。


Neuralink公司带有柔性电极的无线脑机接口

即使像Neuralink展示的那样柔软而细小的电极，也具有足够的侵入性，大脑会设法抵御它们，给它们涂上神经胶质细胞的话，则会降低它们传导所需的电脉冲的能力。尽管植入的电极（如更常用的“多通道神经电极”）可以从单个神经元获得清晰的信号，但这些信号的含义仍在被研究中。 6park.com
同时，直接放在头皮上的电极可以收到脑电波，但这些脑电波缺少植入电极的空间细节。神经科学家大致了解大脑的哪个部分在做什么，但是如果对哪些神经元正在发射信号了解越多，就越能清楚地知道它们在发射什么。 6park.com
一项最新的创新技术皮质脑电图，可以将电极网直接置于大脑表面，把这些电极接收到的信号与智能频谱处理功能相结合。皮质脑电图能通过运动皮层控制嘴唇，将下巴和舌头部分的动作转化为文本甚至语音。 6park.com
除此之外还有其他途径，如脸书（Facebook）在2019年以高达10亿美元的价格收购了CTRL-labs，这家VR公司试图从手腕神经元获取运动信号，其内核是在头部使用功能性近红外光谱来感知大脑活动。


CTRL-labs试图从手腕神经元获取运动信号

上文提到的支架电极设备，如果可以持续表现出良好的性能，将适合于植入电极和皮质脑电图之间的频谱上某个位置。它的发明者希望支架电极可以更接近植入电极，但这项技术目前还处于初期阶段。 6park.com
加州大学圣迭戈分校转化神经工程实验室负责人维卡什·吉尔亚说：“核心技术和核心想法非常酷，但是考虑到它们所接收信号的来源，相对于其他脑机接口策略来说，这是相对低保真度的信号。” 6park.com
一个可能存在的问题是：人体组织会传导电脉冲，但是支架中的电极却通过血管中的细胞从大脑接收信号，这降低了信号含量。“如果我们要记录皮质表面的脑电波记录，并将其与多通道神经电极进行比较，我会说皮质脑电波中的记录方式会限制速率。” 吉尔亚说。

设备该“入侵”大脑多深？


对于神经科学来说，这项发明可能还不够好，但对于那些希望低成本维持脑机接口且不需要钻探颅骨的瘫痪患者来说，它可能会很有用。 6park.com
加拿大西部大学的神经科学家安德鲁·普鲁兹恩斯基表示：“在收集多少信息和需要侵入大脑多深之间需要权衡取舍。这项技术试图达到中间立场，在神经活动附近插入导管，它显然是侵入性的，但肯定不像将电极插入大脑那样具有侵入性。”


《黑镜4》剧照

目前还有更多工作要做。设备的研发小组希望将研究范围扩大到更多的人类学科中。他们将寻找可能存在的副作用，例如支架导致中风的可能性。他们可能会在大脑区域相邻的血管中，找到更好的支架位置。 6park.com
软件方面也可能会有所改进，希望可以弄清楚大脑发出信号时的实际含义。小组的一些测试表明，该系统可以获取更多的信息细节，例如用户尝试收缩特定肌肉时的动作。 6park.com
“目前，运动神经系统将为瘫痪的人们提供治疗。” 奥克斯利说， “但是当我们开始与大脑的其他区域接触时，你就会开始看到这项技术将如何拓展大脑的处理能力。”