現(xiàn)實版《黑客帝國》還有多遠

袁越

特別愛出風頭的特斯拉電動汽車公司創(chuàng)始人埃隆·馬斯克（Elon Musk）最近又爆出了個大新聞，他投資的腦機接口公司Neuralink向公眾展示了他們的最新研究成果：一個腦袋后面連著根電線的小鼠。這只小鼠的一些簡單想法（比如接下來要往哪個方向走），通過這根電線傳遞給了一臺電腦，人類可以通過這臺電腦實時監(jiān)控小鼠的心理活動。

不用說，這個新聞立刻引發(fā)了一片贊美之聲，大家紛紛預言《黑客帝國》即將變?yōu)楝F(xiàn)實。不過，熟悉這個領域的人都知道，我們距離那部電影里描述的情景還差著好幾個數(shù)量級呢。

腦機接口技術的理論基礎說起來并不復雜，只要我們相信所有的思維活動本質(zhì)上都是電信號就行了。既然是電信號，那么科學家們只要把每一個腦神經(jīng)元的電信號記錄下來，再和真人的想法作對比，就可以總結(jié)出規(guī)律，從而預先猜出大腦在想什么。反之同理，只要我們掌握了電信號和思維之間的對應關系，就可以利用植入電極向指定的腦神經(jīng)元發(fā)射電信號，以此來控制大腦的思維過程。

問題在于，人腦中的神經(jīng)元數(shù)量高達千億之多，目前最好的腦機接口也只能接收到幾百個電信號而已。馬斯克的這項新技術可以同時接收數(shù)千個電信號，相當于把原技術提高了一個數(shù)量級，但比起人腦神經(jīng)元數(shù)量來仍然是小巫見大巫，完全不成比例。要想通過這幾千個神經(jīng)元電信號猜出人腦在想什么，幾乎是不可能的。

從目前的情況看，要想在短時間內(nèi)提高腦機接口的信號接收和處理能力，難度太大了，于是科學家們想到了人工智能。電腦圍棋程序阿法狗（AlphaGo）的成功讓大家看到了機器學習的威力。如果把這項技術用到腦神經(jīng)領域，訓練電腦從這幾千個神經(jīng)信號中尋找規(guī)律，是有可能和大腦進行一些簡單互動的。比如，大腦運動神經(jīng)元部分的復雜性沒那么高，只要訓練人工智能掌握一些基本動作的神經(jīng)指令，比如抬胳膊邁腿等，就能幫助殘疾人用意念來控制四肢完成這些動作，大大提高他們的生活質(zhì)量，可謂功德無量。

目前的技術水平距離這個目標已經(jīng)相當接近了，我們很有可能在有生之年看到實現(xiàn)的那一天。在此之前，這項技術還有可能在其他領域為人類服務，比如治療帕金森氏癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

眾所周知，神經(jīng)系統(tǒng)的毛病是最難治的。一來人體有血腦屏障，很多藥物進不去大腦;二來大腦太過復雜，研究起來困難重重，所以目前絕大多數(shù)神經(jīng)系統(tǒng)疾病都沒法根治，只能想辦法減輕癥狀。

于是有人想到，既然大腦的生理功能是通過電信號的生成和傳輸來實現(xiàn)的，那么有沒有可能通過干涉腦部電信號的方式來治病呢？事實上，早在1960年代就有人這么想過，而且已經(jīng)開始嘗試了。比如，當時有幾名科學家發(fā)現(xiàn)帕金森氏癥的部分癥狀可以通過向病人腦干深處發(fā)射高頻電脈沖來緩解，而此前醫(yī)生們都是通過切除部分腦組織來治療這種疾病的。相比之下，電刺激療法顯然要經(jīng)濟得多，但其工作原理至今未明。

讀到這里也許有人會問，既然原理尚未明確，怎么敢上臨床呢？但真實世界里的神經(jīng)科醫(yī)生們可不是這么想的。在他們眼里，只要能幫助到病人，而且沒有帶來額外的副作用，那么任何一種治療手段都可以去嘗試，不存在倫理問題。

到20世紀80年代時，植入式長效電脈沖發(fā)射器已經(jīng)開始普及了。醫(yī)生們在病人體內(nèi)植入一個如火柴盒般大小的發(fā)射器，電脈沖信號通過一根埋入皮下的電線引入大腦。迄今為止已經(jīng)有超過10萬名病人接受過這種療法，實踐證明該療法雖然不能徹底根治帕金森氏癥，卻能有效緩解癥狀，減少肌肉的不自主抖動。熟悉這種病的人都知道，如果能控制這種不自主的抖動，將會極大地提高病人的生活質(zhì)量。

除需要定期換電池之外，這項技術唯一不方便的地方在于電脈沖的頻率和強度都要根據(jù)病人的具體情況由醫(yī)生事先調(diào)好，很難隨時更改。如果病情出現(xiàn)變化，病人只能再跑一次醫(yī)院。

首戰(zhàn)告捷之后，醫(yī)生們還在其他類型的神經(jīng)性疾病患者當中嘗試了電脈沖療法，發(fā)現(xiàn)雖然有一定的療效，但遠不如帕金森氏癥那么顯著。一來帕金森氏癥的機理已經(jīng)研究得比較清楚了，醫(yī)生們?nèi)菀鬃龀雠袛?。二來像抑郁癥和自閉癥等比較“高級”的神經(jīng)性疾病缺乏動物模型，只能在人身上做實驗，不但限制太多，而且其復雜性也遠超帕金森氏癥，醫(yī)生們迫切需要從病人的大腦中得到即時反饋，以此來提高治療效果。

換句話說，醫(yī)生們需要一個腦機接口，以便隨時讀取腦神經(jīng)發(fā)出的電脈沖信號。

為了滿足醫(yī)生們的需要，美國一家公司于2013年開發(fā)出了一款全新的植入式電脈沖發(fā)射器，可以在發(fā)射電脈沖的同時記錄下受試者大腦發(fā)出的神經(jīng)電脈沖，從此醫(yī)生們就可以從病人那里得到即時反饋，以此來調(diào)整電脈沖的頻率和強度，以期達到最佳治療效果。

“這就相當于在病人的腦殼上開了一個天窗，醫(yī)生們可以隨時觀察病人大腦的反應?！币晃会t(yī)生這樣解釋。

這個新裝置雖然已經(jīng)很好了，但仍然屬于被動式的治療設備，必須要由醫(yī)生對其進行遠程操控才能達到最佳工作狀態(tài)。接下來一個很自然的想法就是把人工智能技術整合進來，開發(fā)出全自動的植入式電脈沖發(fā)射器，能夠根據(jù)病人情況自行做出判斷，最大限度地實現(xiàn)個性化治療的目標。

美國國防部下屬的高級研究計劃署（DARPA）于2013年宣布出資7000萬美元，希望能在未來的5年內(nèi)將該技術用于人體試驗。2017年11月召開的美國神經(jīng)科學年會上，來自美國的兩個研究小組宣布這項計劃已經(jīng)進入到人體試驗階段，有望在不遠的將來研制成功一種全自動的精神疾病治療儀。

根據(jù)《自然》（Nature）雜志官網(wǎng)的報道，正在試驗的這種芯片同時具備向深部腦組織發(fā)射高頻電脈沖和從相應的腦組織接受神經(jīng)脈沖信號的能力。芯片中預裝的人工智能處理器能夠根據(jù)接收到的神經(jīng)信號判斷出病人的精神狀態(tài)，然后指揮芯片發(fā)射出相應的電脈沖，以期達到治療的目的。比如，抑郁癥患者在情緒低落時，腦組織會放出特定的神經(jīng)信號，一旦芯片檢測到這種信號，便能立即向腦組織發(fā)射相應的治療性電脈沖，讓病人振作起來。