2022年12月1日，马斯克创办的脑机接口公司 Neuralink举办了一场新的发布会，马斯克表示，Neuralink一直在努力启动人体实验，并且已经向FDA递交了开始实验所需要的文件，并预计5-6个月左右，可能会把第一个Neuralink设备放入人脑。
在这场Show & Tell演示活动上，一只被植入脑机接口设备的猴子Sake，展示了意念打字能力，本文即将从Neuralink的发展历史、脑机接口的原理、及未来可能面临的挑战几个方面，一文高效解析脑机接口的过去、现在和未来。
脑机接口的缘起
1924年，德国医生汉斯·贝格尔第一次从颅骨受损的病人头部测到了极为微弱的电流。在经过近五年的漫长实验后，他终于确认了这种神秘的电流的确来自于脑部活动。关于灵魂与意识的种种假设，终于有了破解的方法。20世纪60年代后，信息学逐步创立，人类理解世界的方法下沉到了信息这个层面。伴随着生物科学的进步，信息与意识实现了跨时代意义的首次握手。我们发现，无论是打孔制片，键盘输入，亦或是语音和图片，都是让信息与意识相互转换的媒介。既然如此，信息与意识直接相连，就变成最经济，最高效的方法，并且存在利用数码能力突破生物极限的可能。
自此，几乎等待了一个世纪之久的脑机互联，跌跌撞撞的迎来了它的第一缕曙光…
如何实现脑机互联？
尽管脑机的想象空间很大，但目前为止，脑机的应用和原理依然停留在初级层面。以现在人类对脑科学知识的理解，大脑和意识的物理本质是电运动。因为脑神经在遇到不同刺激，或思考时，会打破神经细胞的细胞膜内外的电位差，形成电荷移动，从而出现局部电流。这种微弱的脑电经过神奇的运作，让人类开始思考。脑神经细胞受到刺激后，细胞膜外大量存在的钠离子会涌入细胞内，进而打破原有的电位差，行成电流。电流传递过程中会继续刺激其他神经元，最终形成意识，这些意识或被自己解读，或行成运动的指令，输出给自己的身体。
在初步掌握了意识产生的物理真相后，我们就可以通过监测，试别，改变等一系列影响脑电的行为，来实现对脑的控制和改造。脑机互联就是这种行为最极致的体现，但现在实现完美的脑机互联还为时尚早。
解读脑电信号的过程非常繁琐，实现脑机互联，主要分成五步：
• 通过探针监测到脑电信号
• 通过复杂的数学方法，展现脑电信号的不同维度
• 将有共性的信号归类，解读该类信号的大脑意图，并与之匹配
• 通过算法和测试，将信号与肢体行动幅度和准确性匹配
• 将行动结果反馈回大脑
原因是大脑太过复杂，人类的思想也千变万化，在没有更高级的思考或运算逻辑体系出现之前，我们想实现脑机互联，只能通过尽可能多的识别脑电信号与意识意图之间的对应关系来完成。所以目前，脑机的应用和原理依然停留在初级层面，离大规模商业应用还有很艰巨的科研任务需要攻克。在商业上，能够识别出更多的脑电信号是脑机互联能够有所突破的必要条件。
马斯克创立的脑机接口公司Neuralink
Neuralink这家公司成立于2016年，最开始大家都以为这是马斯克反AI的一步棋，既然未来无法对抗AI，那至少现在要学着和它共生。不过这家公司创立后一直很低调。直到三年后，2019 年的 7 月，马斯克才揭开它的神秘面纱，并概述 N1 传感器原型。全世界基本也就是在2019年开始了脑机热潮。随后的每一年，Neuralink都有突破性进展对外发布，2020 年 8 月：Nuralink 在活体猪的脑机接口上演示了基本的肢体追踪；2021 年 4 月：Neuralink 在猴子体内植入“N1 Link”芯片，猴子仅用其大脑就能控制光标在屏幕上移动；今年展示了猴子打字的相关技术。
今年发布会上马斯克表示，将在未来6个月内开始人体试验。并且已经向美国食品药品监督管理局（FDA）提交了大部分文件，以寻求无线大脑芯片临床试验上的批准。所以通过这些进展，也能看到脑机这件事，技术上的进步和它带来伦理问题的一些冲突。
为何马斯克说脑机接口的实际生产困难重重？
尽管脑机的想象空间很大，但目前为止，脑机的应用和原理依然停留在初级层面。它的最底层实现原理说起来很简单，但是难的在于信号的识别和赛博朋克的机械飞升。
目前按照接触类型，脑机产品可以分成三类：侵入式、非侵入式和混合式。非侵入式的实现原理和侵入式没有区别，不同的只是利用电极在颅骨外监测微弱的脑电信号而已。目前的科技水平，非侵入式脑机在识别精度问题上和侵入式有比较大的差距，所以目前科学和商业上都更关注侵入式脑机的研发。马斯克采用的是侵入式脑机，也就是说它的技术需要给人开颅，然后把带探针的芯片微微的刺入大脑皮层，用以感知刚刚说的那些电流。而另外还有一种非侵入式脑机，意在监测大脑皮层的电反应，但是核心原理和侵入式一样。我个人认为以我们现在对人类大脑的理解，非侵入脑机还有很长的路要走。
首先第一个难题，就是大脑本体与机械的接触。大脑的生物实体非常脆弱，并且人类肉体本身具备强烈的免疫特性，因此破坏性的脑机接触是不可能的。通常来讲，刺入大脑的每个电极尺寸大小不一，通常会以2毫米×2毫米为基准。在上面平均分布100根左右的探针，根据每根探针能探测的脑电信号数量作为乘数，乘以探针总数量，就是一个电极的通道数。这是目前评估电极技术水平的指标之一。而每个探针的刺入深度也是微米级别，这个工程上的巨大难题一点不亚于现阶段的芯片工艺和航天科技。
而且成功完成刺入这一步也不意味着成功。探针由合金制作而成，合金成分主要有钨、银、镍、铂等，并不是非常稀有的金属，制作过程相对简单，不需要非常高级的制作工艺。由于大脑在接触异物的时候，会产生胶质细胞，这种细胞包裹在探针上，让探针失去导电性，导致电极整体失效。所以需要在探针表面加一层涂层，以避免排异反应和失效。
总的来说，也许外骨骼是赛博朋克时代最好实现的一件事，脑机这个工艺水准，既需要材料方面的进一步研究，也需要脑神经和生物学的整体进步才有希望完成。
第二个大难题就是微弱电流的探测和识别。脑细胞的微弱电流，都是以单个神经元为出发点，但实际上人类大脑发射出的电流不可能一次只是一个神经元反应，一触动就是一片。
而且这还不是最难的地方，最难的地方在于，通常一个电流信号代表多种含义，而且不同含义的信号，他们之间的差别也非常非常小。所以针对这成片的电流信号识别，需要非常精细的算法，然后反复测试，才能确定不同的生物个体，发出的某一个大脑指令，到底代表什么含义。所以一台脑机手术完成之后，并不是就万事大吉了，程序员和手术个体，要经过漫长的试验过程，确定信号意义，以及回馈通路。
除了技术本身，伦理也是难以逾越的鸿沟
从Neuralink公司的这次发布会，我们也能看到脑机接口，在当前还面临的一些困境。在基础大脑科学不产生颠覆性变革的前提下，侵入式脑机是未来脑机互联领域最大可能的突破者，也是短期内脑科学研究取得进展的必要手段，巧的是这也是脑机行业目前面临的最严重的非科研性问题。
由于侵入式脑机需要开颅手术，将电极穿过颅骨植入到大脑皮层上。因此脑机就必然面临两个互为因果的问题，首先，脑机产业商业上的成功，必然要依靠医学，而一个新型的医学产品想要成功上市，必然要经历一系列临床案例的佐证，然而这恰恰是脑机互联目前无法大规模拓展的关键。
因为脑机互联涉及复杂的伦理问题，关于伦理，它像宗教一样既维护着社会的稳定，又束缚着社会的前进。然而伦理并没有严格的定义，它本身就像一个少数服从多数的社会风气，所以伦理问题本身就是一个伦理问题。科技的前进需要合理的勇气和无法避免的突破，未来“免费”“抽样”“试作型”新产品等商业活动，将不可避免的辅助科技产品在伦理层面的突破，无论接受与否这都是生物科学的必然选择。
刨除基础的实现技术难度以外，要通过脑机互联产品实现对物理设备的操控，还需要一层很重要的筛选机制，或者叫防火墙机制。目前实验室中的实现，都是无害型的验证，但生活中危险无处不在。比如：路怒症的司机是真正要做撞车的行为，还仅仅是一种宣泄性的想法？同样是转向，是迅捷而极速的大角度快转，还是柔和而缓慢的小角度转弯。这些都是类似行为背后脑电的细微差别，不但攻克科研课题很困难，在操作端产品设计的时候，也需要考虑复杂的防火墙机制。
总而言之，脑机技术这几年的连续突破，说明人类的技术进步没有停滞，当它能做到的事情越来越多的时候，很多现在难以理解的问题，都将迎刃而解。也期待着它能给我们的生活带来更多的美好。