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钛媒体 01-24

脑控术还是医学革命?脑机接口让人类摆脱 AI 控制

图片来源 @视觉中国

文丨飞观

久不见其人的陈天桥出手了。

前一阵,一则略显低调的融资消息传出:致力于研发侵入式脑机接口设备的脑科学公司 Neura Xess 脑虎科技完成总额达 9700 万的天使轮及 Pre-A 轮融资,这轮融资由盛大陈天桥和沈南鹏创立的红杉中国种子基金领投,涌铧投资、联新资本、脑智创联跟投。

最近,相信不少人的目光都被创投界的最大新闻:字节跳动解散战投部门所吸引。

事件曝光后,字节回应表示," 因为监管原因,字节投的案子不太能审批下来 ",有网友调侃," 互联网战投要凉,从此互联网投资没有接盘侠了。"

不管有没有接盘侠,陈天桥和沈南鹏都拿出了真金白银的 1 个亿,去支持脑虎科技这家创企。想必这家曾表示对标马斯克 Neuralink 的新锐脑科学公司,一定肚子里面有点东西。

在网上搜索脑虎科技这家公司,除了看到 " 国内脑机接口领域最大规模的天使融资 " 新闻之外,相关的信息很少。有关联的,还是 2020 年某媒体一篇关于陈天桥的报道中提到了脑虎科技的创始人陶虎。

2020 年年底,陈天桥在参与中美脑科学专家的一次会议后,谈到了马斯克 Neuralink 选择的侵入式脑机接口技术路线,侵入式路线需要开颅,他觉得 " 这种开颅治疗并不属于革命性的突破。我们支持的中科院微系统所陶虎教授的新型大脑电极,其实比 Neuralink 进展更快。"

图 / 脑虎科技创始人 陶虎 图源 / 来自于网络

彼时,脑虎科技创始人陶虎就带着植入在小白鼠脑中的第一代产品亮相,作为天桥脑科学研究院的支持项目,盛大随后便开始投资孵化了脑虎科技。

两年后,被陈天桥视为比 Neuralink 更好的脑虎科技,就这样收获了陈天桥的大礼包。据资料显示,陈天桥的盛大参与了脑虎科技迄今为止的全部 3 轮融资。

除了相关融资消息外,脑虎科技还宣布已经与多家医院达成合作,在其中两家医院已经完成了伦理评审,将在 2022 年一季度开展人体临床试验。

众所周知,在陈天桥慢慢褪下 " 前中国最年轻首富 " 的光环后,他便开始涉足脑科学方面的研究。

他在投资脑虎科技后接受媒体采访时表示," 脑机接口是他最感兴趣的脑科学领域,决定全面支持陶虎这样充满梦想又脚踏实地的科学家。"

脑科学作为硬科技前沿领域的代表,产业发展存在 " 三高一长 " 的基本规律,前期的资本支持和相关科研机构的资源赋能能够帮助其更好地跨越创业的 " 死亡之谷 "。

脑科学在近些年成为硬科技投资领域的热门赛道。据动脉网数据显示,脑科学相关创企投融资在 2016 年迎来拐点,当年泛脑科学领域创业发生 18 起融资事件,此后的 2017 年 -2021 年,投融资数量稳定在 30 起以上,2021 年更是达到了 38 起的历年高峰。

除了资本涌入外,包括天桥脑科学研究院、清华大学、浙江大学、北京脑科学与类脑研究中心、上海脑科学与类脑研究中心、IDG 麦戈文脑科学研究院等 90 多家国内脑科学研究机构聚焦脑科学前沿基础理论及相关实践研究。

国内不少脑科学创企也在同相关机构的合作中,验证或加速了自身产品的研发或实验进程。

过往,脑科学赛道是一群具有专业知识背景的科学家们的舞台,但随着马斯克 Neuralink 的出圈,脑机接口以及更大的脑科学赛道正在获得越来越多的关注。

跟马斯克造 Space X 火箭和搞 Starlink 卫星星座相比,他的 Neuralink 公司知名度并不是特别高,对于这家 2018 年成立的脑机接口公司,马斯克表示自己想做的就是帮助人类跟上 AI 的发展步伐。

去年 4 月,马斯克的 Nueralink 展示了一只大脑被植入了芯片的猴子通过 " 意念 " 玩乒乓球电子游戏,那只名叫 Pager 的猕猴被植入了 N1 link 芯片,这使得它可以捕捉到猴子大脑运动皮层发出的运动信号,从而操纵屏幕光标玩电子游戏。

图 / 猕猴 Pager 正在玩游戏 图源 / 来自于网络

今年 2 月 6 日,马斯克在《华尔街日报》的 CEO 理事会峰会上表示,Neuralink 希望在 2022 年开始在人类身上植入 Link 芯片,这将是患有脊髓损伤患者的福音。但马斯克随后表示,自己将等待美国 FDA 的批准,哪怕 Neuralink 公司的设备标准远远超过 FDA 的要求。

在峰会上,马斯克还乐观地表示,自己认为 Neuraink 公司的产品能够让那些障碍人群自然地再次行走。

马斯克喜欢天马行空也不是一次两次了,但基本上钢铁侠吹过的牛逼都实现了。这不得不让我们思考:

脑机接口到底能给我们的生活带来何种改变?脑机接口产业为何如此重要?我们该如何看待脑机接口带来的伦理和法律困境?带着这些问题,我们来一起走进脑机接口技术。

1、摸着马斯克过河

相信对不少人来说,对于脑机接口最初的印象来自 CCTV6 上映的《蜘蛛侠 2》。

剧中的反派章鱼博士便是由脑机接口的一次意外而诞生。

在斯坦 · 李老爷子笔下,章鱼博士的设定是一个核物理学家,因为发明了机械触手,使得他在实验中能够完全抵抗核辐射,并且力量、准确度胜过常人百倍。

但一次意外地爆炸,核辐射使他的大脑组织发生变化,原本贴合在他脖颈的电极穿透进博士的大脑皮层,将他的神经线路重新排列,于是机械触手便与博士的大脑直接连通,使得博士能够像控制四肢那样,操纵自己的机械手。另外机械手也有了自主意识,不断诱使章鱼博士去控制世界。

电极、外部硬件设备和章鱼博士的大脑,一个完整的脑机接口系统映入眼帘。

除了《蜘蛛侠 2》中的章鱼博士,《阿凡达》里的脑机接口则让多年瘫痪在家的美国海军小伙杰克,成功与潘多拉星球的纳美族公主涅提妮上演了一出《罗密欧与朱丽叶》的动人爱情。不得不说脑机接口比春晚的赵本山还强,直接让瘫痪小伙告别轮椅,走上人生巅峰。

图 / 电极植入大脑 图源 / 来自于 Wiki

大脑作为人类最精密的器官,由大脑、小脑、间脑和脑干组成,人脑拥有 1000 亿个神经细胞,将它们排列成一条直线,长度达到 1000 亿公里。这个只占我们身体重量 2% 的器官,却占用了人体血液和氧气供应的 20%,消耗人体卡路里的 25%。

但这台包含人类所有智力、创造力和想象力秘密的系统,我们依旧知之甚少。

上世纪 20 年代,德国汉斯 · 伯格博士证明了放置在大脑头皮的电极能够测量反映大脑活动的电流," 脑电波 " 自此被人类发现。

在 60 年代,科学家对于脑电的研究有了更为深入的理解,认识到特定频率的脑电会随大脑状态的变化出现或消失,意识到大脑内部不同脑区神经元活动之间的关系。

由于对人脑脑电波规律的研究频频出现进展,美国国家科学基金会(NSF)和美国国防高级研究计划局(DARPA)资助了加州大学洛杉矶分校的 Vidal 教授,他在 1973 年的论文中提出 " 是否可以通过将脑电波用作人机通信的信息载体或控制假肢、宇宙飞船之类的外部设备?"

他将这样的一个系统命名为 " 脑机接口 ",由此这个可能将人类变为 " 半机械人 " 的黑科技便被定义了。

随着半个多世纪的发展,脑机接口技术迎来了诸多重大突破。但所谓知道的越多,问题就越多。

关于到底什么是脑机接口的问题,目前各界依然众说纷纭。

对于我们来说,直接将它理解为一种通道更为简单,这种通道将人脑与外界连接。通过这种通道,人脑能与外部硬件设备能够实现直接的信息交换。

实现这种信息交换,首先需要进行脑电波的采集,根据采集脑电手段的不同,脑机接口分为侵入式和非侵入式。

马斯克的 Neuraink 是典型的侵入式技术路线,2020 年 8 月底,Neuralink 展示了新的自动手术系统 "V2" 的原型,这台缝纫机机器人能够将多达 1024 个 5 微米宽的电极缝入大脑。

Neuralink 目前仅将电极植入大脑皮质层表面,从这个角度上讲它仍属于半侵入式脑机接口。未来电极将插入更深的大脑灰质层中,这样能更好地收集下丘脑区域的脑电信号。

对于马斯克的选择,陈天桥在接受媒体采访时表示," 我不同意马斯克那种将大脑炸开的方式,进行强行连接和传输。"

与马斯克 Neuralink 不同的是,Neuro Xess 脑虎科技虽然也采用侵入式技术路线,但他们却不需要进行开颅。

传统的诸如 Neuralink 所采用的侵入式技术路线,很容易产生免疫反应和愈伤组织,不仅会对大脑深层造成损伤,长远也有可能影响电波信号质量。作为对比,Neuro Xess 脑虎科技采用半自动微创植入柔性电极的手段,创口和损伤都更小。

另外,脑虎科技所采用的电极材料借鉴了蚕丝蛋白这一中国传统材料,不仅性质柔软,并且与大脑组织的排异反应也较小,安全程度明显超过 Neuralink。

经过了半个多世纪的发展,脑机接口技术已经从实验室渐渐走进市场,但脑机接口的商业化落地依旧需要持续探索。

2、万脑互联:告别 AI+,迎来 HI+ 时代

除了马斯克的 Neuralink,国外还有不少脑机接口的前沿公司。

被不少媒体称为 " 马斯克最大对手 " 的 Synchron,是一家在 2021 年获得了美国 FDA 批准,可以进行人体试验的脑机接口公司,他们主打的旗舰产品 Stentrode 是一种微创脑机接口,可用作治疗肢体瘫痪。

虽然它也是一家侵入式脑机接口公司,但它的电极植入十分巧妙,从血管中借道,2 小时内抵达大脑。这个原理有些类似于心脏搭桥,技术成熟,安全可靠。

还有一家名为 NueroPace 的公司,这家公司的产品是通过在脑部植入电极产生刺激来治疗癫痫,他们的产品于 2013 年 11 月被 FDA 批准上市。

美国约有 340 万人患有癫痫,47 万名是儿童。对于癫痫,常规疗法是使用抗癫痫药物治疗。但不同患者对癫痫药物治疗的效果并不可控,但 NeuroPace 的 RNS 系统,可以用来帮助无法用药物治疗癫痫的病人。

图 /Neuro Pace 的 RNS 系统 图源 / 来自于官网

另外,国内也有包括强脑科技 Brain Co、博睿康、臻享智能、宏智力、Neura Matrix 等脑机接口公司纷纷在医疗、教育和芯片领域发力。

脑机接口除了能给我们的大脑治病外,一些巨头也在别的领域寻找着可能性。

2019 年,脑机接口领域最大的一则投融资事件是知名脑机接口创企 CTRL-Labs 被 Facebook 收购,CTRL-Labs 是一家致力于将人类大脑与计算机直接沟通的公司,他们的腕带能够将脑电信号传输到计算机中。

彼时的 Facebook 还不是现在的 Meta,也没有 All in 元宇宙,但当时 Facebook 内部的 AR 部门仍需要脑机接口技术作为 AR 系统的重要组成部分。

随后,CTRL-Labs 的首席执行官兼联合创始人托马斯 · 雷登也加入了 Facebook 的 Reality Labs 部门,这个部门当时主要负责开发 AR 眼镜。

以现在小扎布局元宇宙的视角看,脑机接口技术对于 VR/AR 具有极其重要的意义,它可以将我们的意识以脑电波的形式直接转化为行动,而不用借助语言、动作和鼠标、键盘这种低效的交互方式。

这种多模态的控制和多维交互方式,对于打造元宇宙这样的虚拟生态来讲,可以说是 " 所见即所得 "。对于将元宇宙视为虚拟的堕落深渊的人来说,脑机接口便是开启元宇宙大门的那把钥匙,它让我们对身处的世界深信不疑," 缸中之脑 " 的寓言早晚会成为现实。

在一些好莱坞科幻或动作片的设定中,往往有美国政府或中情局将某某特工改造成超级战士,以消灭恐怖分子或完成困难任务的设定。

在现实生活中,这却并不是完全的杜撰,起码在脑机接口领域并不是这样。

美军曾依据伊拉克战场的经验做过一个实验:美军士兵在 CH-47 支努干直升机的配合下执行巡逻任务。

但作战小队突然遭遇躲在建筑物内敌人的猛烈袭击,在士兵们尚未报告和呼救时,CH-47 支努干直升机快速抵达现场。根据各方数据并快速处理后,向躲在建筑物内的敌人展开攻击,并将战场态势实时传递给指挥部。

这种战场开挂的行为不是游戏效果,而是真实发生的。

这归功于美军研发的脑机接口系统,它包括集成到士兵战斗眼镜中的眼动追踪传感器,和可以测量士兵脑电波的电极。

当士兵看到敌人之前,脑电波信号已经被检测和传输。在士兵做出反应前,直升机已经展开了攻击。

2020 年 8 月,美国智库兰德公司发布了《脑机接口在美国军事应用中作用的初步评估》报告,报告将脑机接口视为在未来战场上具备实际用途的技术。

2011 年,DARPA 将电极贴在美国大兵大脑皮层的特定位置上,释放少量电流,帮助新手在短时间内提升战场学习效果。这项研究成果已被美国军方用来训练士兵的认知和决策能力,这大大减少了实际训练中的时间,提升了士兵的学习效率。

DAPRA 的一位相关负责人表示,美国空军已经使用脑机接口来训练地面的操控员操纵无人机,某些操控员已经可以实现同时操控 3 架无人机的训练成果。

一直以来,美军致力于打造战场上的超级士兵,发挥人体控制的最大潜能。外骨骼是提升单兵作战能力的最有效手段之一,将机械外骨骼附着在人体外部,再接入脑机接口后,人脑利用意念控制外骨骼运动和动作,现实版的钢铁侠将被复制产生。

有脑机接口方面的专家表示,目前看来,脑机接口在实际应用中主要实现了 5 种应用效果,它们分别是:

· 监测,使用脑机接口系统监测人体的意识状态。包括不少非侵入式脑机接口公司,所研发的应用于消费级市场的脑环、腕带和眼动装置,这些设备可以用来进行睡眠和身体机能的监测。辅助拿到更深层次的生理数据。

· 替代,脑机接口系统的输出可以取代由于损伤或疾病而丧失机能的肢体输出。包括不少侵入式脑机接口公司,智能假肢和连接脑机接口的轮椅是这方面的典型应用。

· 改善 / 恢复,改善某种疾病的症状或恢复某种功能。包括治疗癫痫和抑郁等精神或心理疾病的设备,脑机接口直接用来采集脑电波,然也能很方便地用于改善大脑的脑电状态,舒缓大脑的不良放电,对于脑部疾病的治疗有着先天优势。

· 增强,实现机能的提升和扩展。这方面的应用以军事科技领域为主,包括超级战士和智能士兵的打造。

· 补充,增加脑控方式,作为传统单一控制方法的补充,实现多模态控制。人类对于更高效、多维和高同步交互方式的追求永远没有尽头,这也是为何 VR/AR 能够大火的原因之一。

据 Statista 数据显示,2018 年全球脑机接口市场规模约为 1.25 亿美元,2025 年有望增长至 2.83 亿美元,2018-2025 年 CAGR 为 12%。

QY Research 的数据显示,2019 年全球脑机接口市场规模已经达到了 12 亿 元,预计 2026 年将达到 27 亿元,年复合增长率为 12.4%,北美地区是全球最大市场,占总市场份额超过 6 成。

联合市场研究公司的数据同样显示,2020 年脑机接口的市场规模达到 14.6 亿美元,不论是医疗、教育还是消费,都将带来远超于十几亿美金的巨额市场空间。

Value Reports 的报告,2027 年全球脑机接口的市场规模约 230 亿人民币,年复合增长率约为 13%。

当下,脑机接口技术主要在医疗健康、娱乐、智能家居、军事等领域获得了应用成果方面的突破,这也在不断催生脑机接口未来与更多领域的结合。

3、大脑正在拖累我们进化?

很多年前,陈天桥在接受秦朔采访时,秦朔问陈天桥," 选择脑科学领域,有什么特别的机缘吗?"

陈天桥 1999 年创立盛大,2004 年上市,30 岁成为中国最年轻的亿万富翁,但他在 2010 年将盛大私有化,并出售了他在盛大子公司的全部股份。

坊间传闻他病了,但当时他本人并没有出面回应。

在正式开始脑科学事业后,陈天桥对那段经历娓娓道来。

他回忆起 2004 年自己在飞往北京的一架航班上,突然感到胸口剧痛,下飞机后医院的医生对他讲,他是惊恐症发作。2009 年,陈天桥再次发病,当时他回忆感觉自己动不了,躺下去就坐不起来,坐起来就站不起来,直至无法呼吸。

所以当他渐渐从盛大抽身后,他开始将人生的侧重点放在如何减轻这种痛苦上,后来脑科学进入他的视线。

在节目中,陈天桥讲自己专门去研究了疼痛," 疼痛不是由物理世界引起的,实际上是你大脑的反映,我们对世界的感知全部来自大脑。大脑是感觉的出发点,最终给你感知的是大脑。"

不是风动,不是幡动,仁者心动。在陈天桥开始了脑科学事业后,他开始了诸多哲学性思考。

陈天桥之前没有宗教信仰,在采访中,他却谈起了佛学," 佛陀说人终究逃不过一死。所以,我决定开启人生的第二个篇章,把侧重点放在如何减轻这种痛苦上。"

很多媒体都报道过,企业家或金融家在财富自由后追求长生不老和青春永驻,不少硅谷企业家投入了大量资金研究长生不老药或神奇的抗癌药。

很多科学家都表达过类似观点,自从人类诞生后,我们的文明发生了翻天覆地的变化,但我们的内在机体却没有巨大的改变,尤其是我们的大脑变化不大。

如果说在工业时代我们的大脑还可以适应外部世界的信息量和知识,在数字时代我们的大脑似乎有些跟不上外界物质文明的发展进程了。

马斯克在谈到为什么自己要做 Nueralink 时表示,未来的世界是 AI 的世界,人类大脑在面对 AI 时毫无胜算。因此他要开发出 HI(人类智能),而这种智能的关键设备就是脑机接口,利用脑机接口我们的大脑将从一个生物体变成一个机械与生物结合的系统。

这个系统兼具人脑的创造性、想象力和情感,又兼具机器系统的逻辑性、计算力和巨大的脑存储容量。

从某种角度讲,脑科学研究是解决人类内部自我与人类外部文明进化矛盾的一部分,如果这个矛盾无法解决,人类文明的进程将由此停滞。

对于包括脑机接口在内的脑科学研究,各国政府建立了长期规划并拨款支持相关研究。

美国于 1989 年提出了脑科学计划,把 20 世纪最后 10 年命名为 " 脑 10 年 "。

2013 年,奥巴马宣布 " 脑计划 ",旨在探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图、推动神经科学研究、针对目前无法治愈的大脑疾病开发新疗法,整个 " 脑计划 " 的启动资金逾 1 亿美元。

日本脑 / 思维计划于 2014 年 6 月启动,该项目研究集中在三个领域:对普通狨猴大脑的研究、开发脑图绘制技术和人类脑图谱,其中相关研究涉及脑机接口技术。这个计划在 10 年内受到日本教育部、文化部及日本医学研究与发展委员会共 400 亿日元的资助。

我国同样非常重视脑科学与类脑研究,并将其上升为国家战略。

中国脑计划——脑科学与类脑科学研究 ( Brain Science and Brain-Like Intelligence Technology ) 自 2016 年启动,我国的 " 脑计划 " 研究分为两个方向:以探索大脑秘密并攻克大脑疾病为导向的脑科学研究,和以建立并发展人工智能技术为导向的类脑研究。

图 / 中国脑科学工程框架 图源 / 来自于官网

另外,在去年的 " 十四五规划和 2035 年远景目标纲要 " 中,类脑计算和脑机融合技术研发是重要领域之一。

脑机智能融合系统可广泛应用于神经康复,包括认知监测和神经调控等方面,也广泛应用于动物机器人等生物智能领域。

宏大的国家脑科学研究计划在未来有可能将我们的大脑进化速度大大加快,这是人类自诞生以来,第一次靠人工手段实现人体机能的可控进化。这对于人类来说,无疑是一次对于自然界规律的 " 挣脱 "。

但包括脑机接口在内的脑科学应用当前仍处于实验室和商用量产之间的过渡期,哪怕是最有刚性需求,且技术成熟度最高的医用康复领域,脑机接口的实际效果也只能说承担起了缓解和辅助治疗的作用。

它对重度偏瘫、帕金森缺乏治疗手段的患者而言,脑机接口技术无法为这类疾病的治愈带来突破性的帮助。

在娱乐和 VR/AR 领域,脑机接口带来的人工交互手段也并没有比现有的鼠标和键盘手段更实用。消费级的脑机接口产品成本依旧高企,仍只能是小众领域的尝鲜需求。

并且,对于脑机接口的大规模应用还面对着法律、行业标准制订、医学安全和伦理讨论等诸多问题。

尾声

1963 年,英国精神科医生威廉 · 格雷 · 沃尔特在一次治疗癫痫病人时,为了确定病灶位置,在病人贴近大脑皮层的地方放置了可以用来监测细微神经活动的电极。

一天,沃尔特医生突发奇想,将病人欣赏幻灯片时大脑皮层所产生的神经活动信号,转换成控制幻灯片播放的控制信号。每当病人想切换幻灯片的时候,幻灯片已经先于行为操作,自行切换了。

于是,人类历史上第一次脑机接口试验,就这样在无意中完成了。人类第一次实现了用意念直接控制外部设备。

但与脑机接口技术诞生同步到来的,便是对脑机接口的伦理讨论。

未来,如果当脑机接口成为人类生活的一部分,我们是否还有自由意志可言?我们的每一次意识都被大脑中植入的电极所采集到,我们也将没有任何隐私可言,哪怕是在自己的大脑中。

另外,我们会被电极中的芯片操纵吗?我们的脑电是否会长久地受到外来的干扰和影响,导致做出与我们想法不符的行为。

脑机接口技术的运用是否更合理?比如使用高科技手段辅助教育,这是否加剧了教育不公,并且高效率的技术比起补课家教来说,这将会给不同家庭情况的孩子带来更大的差距。

类似于整形手术给患者带来的术后后遗症问题,在脑机接口的应用中也同样会出现,脑机接口会改变人的自我认同感和长期以来形成的同一性。

曾有一位抑郁症病例,在经过 7 年的脑电波刺激治疗后出现了对自我认知的怀疑。他不清楚自己与外界的交往和行为是自己实现的,还是自己在所佩戴设备的指挥下实现的。

去年 11 月,腾讯科学大会上美国杜克大学医学院神经教授米格尔 · 尼可莱利斯对媒体表示," 对于马斯克的说法,我一个字也不同意。"

尼可莱利斯不同意马斯克的说法,毕竟,对于脑机接口技术来说,不必太快也是有益的。

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