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马斯克一直在不遗余力地鼓吹他的脑机接口公司Neurolink的先进性，但从根本上来说，Neurolink的大部分工作都有冷冰冰的嫌疑，更别说革命性的创新了。请听我说。
前几天，马斯克的脑机接口公司Neuralink因为虐待动物，导致15只实验猴子死亡而被骂上头条。
根据公布的实验记录，实验人员在动物头骨上钻孔，然后安装侵入式脑机接口设备，导致动物反复感染。一些猴子接受了多次植入/移除手术，也造成了脑损伤。对此，Neuralink表示，猴子本身并不完全健康，实验程序已经过严格审查。
图/hypebast
坦白说，如果Neuralink说的是真的，那么他们所做的可以说是侵入式脑机接口的常规操作。强调的是“套路”二字:因为到目前为止，公司所宣传的研究进展，与学术界以往的科研成果相比，基本上没有什么新意，甚至比“革命性进展”还要差。
新瓶装旧酒――换了新标签的老酒
Neuralink成立于2016年，此后一直备受关注。
2019年公布了一项名为“线程”的技术。这种“线”只有4~6微米宽，比头发还细，植入大脑后可以用来传递信息；同时配备了“无线”芯片，可以嵌入人体，无线传输数据。
2020年8月的发布会让更多人知道了这家公司，因为马斯克把脑机接口吹到了极致:他们发布了只有硬币大小的Fitbit，并用一只植入了这种设备的猪进行了演示，这种设备不仅可以记录猪的脑电波信号，还可以预测它的运动；当时，马斯克还声称Neuralink的脑机接口有望在未来召唤汽车和玩游戏，并可以治疗耳聋、健忘症、中风，甚至抑郁症、精神分裂症、自闭症、失眠和成瘾等疾病。此外，他还声称，有望在5年内实现大脑之间的直接交流，未来还可以上传和下载记忆，从而实现科幻小说中的“数字永生”。
图/neurolink/YouTube
2021年，马斯克宣布了另一项“重要”成就:猴子可以用思维在电脑屏幕上玩游戏。
似乎Neuralink一直给人一种高高在上的感觉，仿佛已经走到了研究的前沿，甚至那些“科幻”功能的实现也指日可待。
如果只看公司发布的公关内容，当然会有这种错觉。但是，如果你对脑机接口有所了解，你就不得不对马斯克描绘的美好未来打一个大大的问号。
不可否认，Neuralink的一些技术确实可圈可点，比如“有线”和“无线”芯片。电线不必暴露在皮肤外，而是埋在皮肤内，这样可以降低感染的风险。
而其他的所谓成就，大部分都是很多年前取得的，有些还是不可能的。Neuralink多年来一直备受关注，这与马斯克擅长炒作是分不开的。
今天笔者就来逐点反驳马斯克的炒作。
脑机接口猜测“运动意图”
个人认为，脑机接口用来“猜测”用户的“运动意图”是非常重要的。首先，猜测运动的意图和解读甚至传递意识是完全不同的；其次，猜测运动意图，正是脑机接口技术几十年来一直在做的事情，而且长期以来进展良好。
脑机接口/ResearchGate的基本组成图
从原理上讲，脑机接口并不复杂:当人在进行某种思维活动或受到某种外界因素刺激时，脑电信号会呈现出相应的规律性变化。因此，大脑活动可以通过特定的脑电信号来表达。这个信号是大脑和外界的桥梁。脑机接口(Brain-computer interface，BCI)通过检测或影响这种EEG信号来与神经元进行通信。再者，脑机接口系统通过检测神经元的电信号来预测大脑的工作状态。
脑机接口系统将大脑与计算机连接起来，使大脑可以直接与计算机进行交流。脑机接口的信息传递是双向的:既可以将信息从大脑传递到计算机来控制外部设备，也可以将信息从计算机传递到大脑，用电信号刺激脑神经。
无创脑机接口图/Neuracle
一般来说，BCI可分为无创型和植入型。最常见的非侵入式是在头皮上附着几十到几百个盘状电极的那种。如上图所示，它可以记录大脑中当前的变化。
I型是Neuralink展示的那种，需要将电极植入颅骨。电极的植入深度有两种:一种是植入颅骨和大脑之间，一种是植入大脑皮层。
通过这些方法收集的神经信号的准确性和强度依次增强。
植入式脑机接口图/斯坦福视频
脑机接口系统提取出神经信号后，要对其进行解码，即找出相关的神经元电信号是什么意思。我们知道，运动中枢集中在皮层。一般来说，通过解码神经元的电信号，我们可以猜测用户的运动意图:他是想走路、举手还是翻白眼？
然后，控制系统根据解码结果控制屏幕上的假体移动或光标移动。同时，该系统还可以向大脑提供反馈信号，从而调整对假体或光标的操纵，比如降低机械手的抓取力，以避免压坏杯子。
脑机接口到底能做什么？
脑机接口(Brain-computer interface，BCI)主要用于“恢复”身体受损的功能，例如，帮助下肢瘫痪的人恢复行走能力，帮助视力受损的人恢复视力，帮助一些失聪的人恢复听力。
从现有的报道来看，马斯克展示和宣称的大部分功能都已经实现，比如:
非侵入式脑机接口:用你的思维打字是轻而易举的。
无创脑机接口可以检测神经元同步活动频率的变化，通过分析各频率的相对强度，将分析结果反馈给用户，并根据这些结果控制目标。市面上一些相应的可穿戴式脑波玩具就是利用了这个原理:让玩家用脑波给玩具车加速，或者戴上可以检测分析脑波的猫耳朵，可以根据人的情绪变化做出一些指示动作或者颜色变化。
猫耳脑电图/淘宝
此外，无创脑机接口还可以获取大脑对身体各部位运动的想象。例如，当用户想象两条腿的运动时，大脑中与运动功能相关的区域的神经元会被激活，附近电极记录的频率会发生变化。该软件分析点击信号，并使用算法猜测用户的想象力，从而控制外骨骼行走。当然，根据不同的想象，系统可以实现不同的功能，比如转弯或者直行，控制屏幕上图标的移动来实现打字的功能。目前频率已经达到了每分钟几百封。
用头脑打字/techcrunch
植入式脑机接口
植入式脑机接口可以实现更复杂的功能。2011年，匹兹堡大学给一名女性植入了脑机接口设备。经过几周的训练，她能够用机器人给自己喂巧克力和咖啡了。
中国首例植入式脑机接口手术患者图/浙江大学
2020年初，完成国内首个植入式脑机接口临床研究。经过四个月的康复训练，患者可以用意念控制机械臂吃喝玩乐，进行日常娱乐。
植入的脑机接口也可以直接读出人想说的话。方法:用电极记录大脑语言区的神经活动，并要求受试者阅读或默想一些句子。然后分析脑电信号各个频率的相对强度，根据这些频率找出大脑活动对应的语言。知道了脑电频率和语言的关系，就可以把记录的信号转换成句子。即使不张嘴，机器也能理解并表达用户想说的话。
用你的思想“说话”/UCSF
近年来，脑机接口在医疗康复领域的应用逐渐兴起。2014年，天津大学神经工程团队研发了一套用于全肢体中风康复的人工神经机器人系统，该系统在患者体外仿生构建了一条人工神经通路。通过模拟解码患者的运动康复意念信号，驱动神经肌肉电刺激，使瘫痪的肢体做出相应的动作。
其他成熟的脑机接口产品
以上都是关于用脑机接口读取大脑信号，然后将解码后的信息发送出去，以达到某种目的。除此之外，脑机接口还可以向大脑传递信息，刺激电极周围的神经元，不仅可以提供反馈，还可以产生人工触觉、人工视觉和人工听觉。
人工视网膜系统图/南加州大学；国家科学基金会
然而，脑电刺激仍处于实验阶段。相比之下，神经接口电刺激的发展相对成熟。一些使用该技术的神经接口产品已经上市，如人工耳蜗和人工视网膜，它们利用电刺激分别激活听觉神经和视网膜中的神经元，使患者重获听觉和视觉，前提是听觉神经和视网膜神经及相关神经中枢完好无损。
大脑起搏器
马斯克还提到，脑机接口未来可以治疗抑郁症、健忘症等大脑深层病变导致的神经精神疾病。然而，这里他混淆了概念。不是说脑机接口不能治疗这种病，但是这种病有相对成熟的治疗方法。这种技术被称为“脑深部刺激”，俗称脑起搏器。
帕金森病脑机接口治疗示意图/研究门
脑起搏器最重要的应用是治疗帕金森病。迄今为止，全球已有超过10万名帕金森病和其他神经精神疾病患者从中受益。
一般来说，脑机接口和起搏器电极植入在不同的脑区。由于运动中枢、感觉中枢、听觉通路和语言中枢都位于大脑皮层，植入式脑机接口的电极需要植入大脑皮层，而脑起搏器的电极需要植入大脑深部。例如，治疗帕金森病和抑郁症的靶点分别位于丘脑和扣带回下部，大脑皮层中植入脑机接口的电极可能在鞭长莫及的范围之外。宣传中提到的脑机接口(BCI)有望治疗各种神经精神疾病，常指脑深部刺激。当然，也可以看作是另一种类型的脑机接口。
难于登天
虽然已经取得了不少成果，但到目前为止，脑机接口基本上还停留在实验室演示的水平，距离真正商用还有很长的路要走。它仍然面临着许多亟待解决的问题——
脑科学问题:脑部疾病的发病机制仍在研究中。没有对这些问题的清晰认识，就不会有脑机接口的成熟应用。
图/布朗大学
脑电信号采集的准确性:如果要进行准确的监测，必须在大脑中植入大量的电极。然而，大脑皮层中有数十亿个神经元，一个电极记录了皮层千千中数千个神经元电信号，不可避免地会受到其他信号的干扰。很难实现真正精确的测量。即使将来有成千上万个电极，对天文神经元来说也只是九根牛一毛。而且，这么多电极怎么植入大脑？如何处理海量数据？一般的计算机大概是实现不了这种超算功能的。
并且植入电极的工作寿命是安全的:将大量电极植入皮层是非常困难的，需要打开颅骨并确保不会造成出血和其他伤害。而且我们身体的免疫组织会长期攻击植入的电极，免疫细胞会围绕在它们周围形成疤痕组织，所以电极的记录质量会慢慢下降。长则几年，短则几个月，电极根本无法监测神经元活动。如果你需要再次使用它们，你必须重新植入电极。这也增加了大脑神经元损伤和感染的风险。
图/UCSF
神经解码与编码:目前仍是“黑匣子”。脑机接口(Brain-computer interface，BCI)只是将复杂的神经元活动还原为简单的脑电波数据，但解码精度还是太低。而且解码对应的是“从大脑到机器”，猜测用户的“运动意图”，与“解读意识”完全不同，而编码对应的是“从机器到大脑”，难度更大，基本上还处于完全未知的状态。况且科学家还没有研究清楚意识本身的机制，所以意识上传和数字永生还是科幻的想法。
通讯速度慢:脑机接口的最大信息转换速度只有每分钟100比特左右，远远达不到正常通讯的水平，无法控制外部设备做出复杂流畅的动作。
此外，脑机接口是一门复杂的交叉学科，涉及神经科学、认知科学、机械动力学、信息工程、材料科学等。任何有短板的学科都会严重制约脑机接口的发展。
脑-脑接口的曙光
马斯克还提到，有望在五年内实现大脑之间的直接交流。其实这就是脑脑接口，研究了很久。脑-脑接口大家并不陌生:电影《阿凡达》中就展示过，人类可以通过直接的脑-脑信息传输，远程控制潘多拉星球上经过改造的那威人的身体。
事实上，一些研究表明，从一种动物的大脑皮层提取神经电生理信息并解码，确实可以刺激另一种动物的大脑皮层。
2014年，上海交通大学研究团队申请了一项脑脑接口发明专利。工作步骤如下:视频监控动物的运动信息，传输到脑机接口的实时控制接口。控制者在控制界面上看到动物的运动状态，然后表达自己的大脑控制意图。脑电信号采集模块将采集控制器的脑电信号，并发送给计算机的处理模块。最后，解码后的信息会被送到动物的神经电刺激电极，控制动物的运动方向。简单来说，它实际上包含了两套脑机接口系统，一套在被控动物处，一套在控制器处。
上海交通大学/上海交通大学脑脑接口想象图
2018年，华盛顿大学的研究团队首次成功建立了多脑-脑接口系统，并成功合作完成了俄罗斯方块游戏。他们将三名受试者分成两组。其中两人可以看到完整的游戏界面，并通过脑机接口给出是否旋转屏幕上最新图形角度的指令。第三人收到指令实施操作，平均正确率81.25%。这项研究显示了通过使用连接大脑的“社会网络”来协作解决问题的可能性。
如前所述，脑机接口的信息传递非常缓慢，尤其是脑机接口。由于需要提取脑电信号，对其进行解码，并将解码后的信息传输到正确的神经回路，这些艰难的过程使得脑-脑接口的信息传输速率只有0.004 ~ 0.033 bit/秒。2020年初，北京脑科学与类脑研究中心的研究人员提出了一种新的脑脑接口。首先，通过光纤记录系统从“控制小鼠”的大脑神经元中提取运动信息，然后解码。然后，用光遗传学刺激“化身鼠”的特定神经元。信息传输速率达到4.1 bit/s，比之前的同类研究提高了2~3个数量级，实现了两种动物的高度同步运动。
基于光学记录和刺激的脑-脑接口实现两个动物之间的运动信息传递/北京脑科学与类脑研究中心
总结
再次回顾一下马斯克吹嘘的Neuralink已经实现或者即将实现的成果:
显著的进步:“有线”和“无线”芯片。
学术界早就有突破:类似Fitbit的植入设备；记录猪的脑电波信号，预测它们的运动；召唤汽车，打游戏；用你的思维在屏幕上玩游戏。
困惑:脑深部神经精神性疾病的治疗称为脑深部刺激，俗称脑起搏器。当然，并不是所有的神经精神疾病都可以治疗，许多疾病仍在研究中。
《天方夜谭》:大脑之间的直接交流；下载记忆，实现“数字不朽”。
综上所述，Neuralink在基础科学方面没有取得突破。所谓的进步大多是炒冷饭，新瓶装旧酒。
参考
[1]https://www . business insider . com/neural ink-elon-musk-microchips-brains-ai-2021-2
[2]https://www . fierce biotech . com/med tech/elon-musk-s-neural ink-争议-指控-虐待动物-大脑-植入-实验
[3]李征。脑机接口:通往赛博坦之路。
[4]王维。脑机接口:打开神经控制的黑匣子。
[5]朱越，李春光，郭浩，等.运动想象的研究与应用综述.
[6]姚，吴。脑-机接口技术研究综述。
[7]黄永志，王守彦。脑起搏器数据帕金森氏病。
[8]陈小刚，王怡君，张丹。2018年脑机接口研发热点回顾。
[9]鞠芬，，赵，，等.脑-机接口在康复医学中的应用进展.
