文｜AlphaEngineer，作者｜費斌傑
2016年夏天，馬斯克在美國加州成立Neuralink，專註侵入式腦機介面。
如果說SpaceX、Tesla是馬斯克改變世界的野心，那麽Neuralink所做的事情就是在改變人類自身。
經過多年發展，腦機介面技術日漸成熟。今年1月，Neuralink開展了第一例人體手術植入，讓受試者實作「心靈感應」，效果驚人，預計今年將開展10例手術。
然而如此重要的技術革命，研究資料卻乏善可陳。
就在上周，馬斯克帶著4位元Neuralink高級主管進行了一場直播，總結了Neuralink最新的技術進展以及發展藍圖，令人嘆為觀止。
這份研究資料非常珍貴，下面我給大家解讀一下其中的精華內容。
相信看完這篇文章，你對腦機介面的技術現狀，以及人機共生的未來，會有一個全新的認知。
友情提示，在閱讀本文時請時刻註意：這是現實的前沿科技，而非科幻文學。
Neuralink的首款產品：Telepathy（心靈感應）
Neuralink的第一款產品叫做Telepathy，即心靈感應。
Telepathy的作用是，它能讓植入Neuralink器材的人透過意念直接控制手機或電腦。
要知道，一旦你能夠控制手機和電腦，基本上你就可以控制任何東西。
整體互動過程只需要用大腦思考，不涉及眼動追蹤器材。
這款產品可以幫助許多腦損傷或脊髓損傷的患者，讓他們重新建立大腦與身體的訊號連線。
Neuralink的第一位受試者Noland在術後透過直播的形式，展示自己透過Telepathy遊玩【文明6】的全過程。
透過Telepathy，癱瘓的Noland重新獲得了數碼獨立性（digital independence），僅透過思想就可以控制電腦，無需移動身體，也不需要家人協助。
有趣的是，Noland可以在任何時間、任何地點使用Telepathy，即使在飛機飛行期間也可以。
下圖中Noland正在三萬英尺高空使用Telepathy創作貓貓表情包。
Neuralink團隊跟蹤了Noland在手術後對於Telepathy的使用情況，基本上每周使用時長在70小時以上，用於看影片、讀書、玩遊戲、使用瀏覽器等。
如果把「床」看做一款產品的話，我們每周使用「床」的總時長約56小時（一周7天× 每天睡8小時）。
而Noland每周使用Telepathy的時長遠遠超過了對「床」的使用，這足以證明Telepathy產品的價值。
不僅幫你恢復身體機能，而是賦予你超能力
Neuralink的目標並不僅僅是幫助癱瘓患者恢復此前的神經功能，而是賦予他們遠超正常人類的超能力。
如果把人類大腦看成一台生物電腦，那麽大腦與外界器材之間的通訊頻寬是非常低的，通常只有每秒1位元。
一天有86400秒，也就是說你每天向任何一台器材輸入的位元數都會少於這個數碼。
大腦與外界器材的通訊頻寬，將成為阻礙人機共生的重要瓶頸。而腦機介面能夠突破這一瓶頸。
透過在大腦中植入器材，Neuralink目前能夠實作每秒10位元的通訊速度，未來的目標是希望達到Megabit級別。
馬斯克認為當全腦介面實作後，人類大腦對外通訊頻寬有可能提升到Gigabit級別。
目前Noland植入的器材是初代版本的產品，擁有64個thread，每個thread上帶有16個電極。
經過一段時間的訓練，Noland已經能夠在光標控制測試中，以9.5 BPS的成績完勝此前人類的世界紀錄。
下一代Telepathy器材中每條thread只會帶有8個電極，擁有3000個channels。
當我們能夠精確地放置每條電極線時，每條線上需要的電極數量就可以減少了。
換句話說，透過更加精準的放置電極線，能夠讓器材頻寬輕松翻番。
馬斯克認為不久之後，使用Neuralink器材的患者能夠比功能健全的人類以更快的速度進行交流。
未來電子競技中可能出現使用腦機介面的參賽選手。
工作原理：透過植入器材向大腦神經元進行讀寫
Neuralink的植入器材能夠向大腦讀取和寫入電訊號。
大腦是一個神秘的器官，但是歸根到底，它是透過電訊號來執行的。
所以，只要能夠讀寫這些電訊號，就可以實作與大腦互動。
為了在患者大腦中植入這些細小的電極線，需要透過手術機器人切除一小塊頭骨，差不多幾厘米的直徑，然後用植入器材取代這塊頭骨。
這樣一來，就使得神經元具備了讀寫電訊號的能力。
植入器材是完全無線的，透過藍芽進行通訊。
選擇藍芽是因為幾乎每台電子器材都具備藍芽通訊功能，這使得Neuralink能夠與幾乎所有器材互動。
未來Neuralink會設計自己獨特的通訊協定，確保數據傳輸真正安全可靠。
植入器材可以透過電磁墊進行感應充電。
當前植入Noland體內的版本一次充電可以使用4-5小時，充電時間大約幾分鐘。
下一個版本將會在不增加充電時間的前提下，將使用時長提升一倍，差不多一次能用8小時。
Neuralink的目標是真正實作全天使用，可以在衣袖或者睡枕中進行感應充電。
腦機介面的理論基礎：大腦功能的精確分區
大腦是一個高度分化的器官，你可以精確的知道大腦中的哪個部位在控制你的左手、右手、左腿、右腿，哪一部位在控制你的視覺、聽覺、嗅覺。
每個特定功能對應的神經元位置是高度精確的，而非模糊的。
我們都知道左側大腦控制著右側身軀，反之亦然。
因此如果你是左撇子，植入器材應該位於右側大腦。
為了確定在患者頭顱上打洞的具體位置，Neuralink的醫生會讓患者做fMRI核磁成像。
在成像過程中，醫生會要求癱瘓的患者想象移動手臂。
即使患者因為脊髓損傷而無法真正移動手臂，只是單純想象移動手臂，就會使得大腦中特定區域在fMRI掃描器中亮起，這個神經元的位置是非常精確的。
那麽有沒有可能不需要植入器材，只在腦袋外面帶一個頭套來實作心靈感應呢？
馬斯克認為答案是否定的。
為了讓傳感器獲取精確的神經後設資料，需要讓它盡可能靠近訊號源頭。
如果只是把傳感器放在體外，它得到的是群體反應的數據，無法實作精確判定。
馬斯克舉了一個關於工廠的例子，比較通俗易懂：
如果你想要搞明白工廠裏正在發生什麽，你需要走進工廠去看看，而不是在工廠外墻上安一個聽診器。
植入器材脫落的元兇：氣穴
作為Neuralink的第一位受試者，Noland的術後表現值得高度重視。
使用幾周後，Noland發現光標的準確度下降了，甚至出現延遲。
經過Neuralink團隊檢查，它們發現植入器材上的電極線有85%已經出現位移，這導致器材采集到的大腦訊號顯著減少。
Neuralink的神經外科醫生Matthew總結了手術經驗，認為造成植入器材脫落的罪魁禍首是開顱手術過程中引入的氣穴（Air Pocket）。
Noland在植入手術過程中，顱骨中進入了少量空氣形成氣穴。當氣穴移動到植入體下方時，會推動植入體離開大腦。
因此如何避免在手術中產生氣穴是一個關鍵的問題。
在典型的腦部手術中，外科醫生會將少量空氣引入顱骨。
透過調整血液中二氧化碳的濃度，可以讓大腦指定部位產生輕微的擴張或收縮。
通常情況下，神經外科醫生會透過降低血液中二氧化碳濃度使大腦萎縮，這樣就有更大的操作空間，避免損傷腦組織。
但在未來的手術中，Matthew認為應當保持二氧化碳濃度正常或略高，使得手術期間患者大腦保持正常大小和形狀，這樣就可以避免引入氣穴。
植物器材的未來：更細、更深、更精準、更平整
更細：
植入人腦的電極線非常細小，其直徑只有發絲的幾分之一。
之所以把電極線做得非常細小，是因為我們的大腦每時每刻都在運動，為了避免留下疤痕，最好讓電極線和大腦一起運動。
植入電極的手術需要由手術機器人來完成，精度可以達到微米級，超過所有人類頂尖外科醫生，這樣就可以避開所有血管，避免人體產生免疫反應。
在Noland的植入手術中，當手術機器人把所有電極都植入到他體內後，大腦表面沒有看到一滴血。
更深：
相比其他動物的大腦，人類大腦體積更大，移動振幅也更劇烈。
當開啟患者頭骨時，Nueralink團隊發現，隨著心臟跳動和正常呼吸，人類大腦的移動距離可以達到3毫米，這對保持植入物的穩定帶來了挑戰。
最好的解決方案是把電極線插入得更深，並且控制每個電極線的精確植入深度。
更精準：
從解剖學上看，大腦就像是一個折疊起來的洋蔥，由一層一層的神經元組成，覆蓋在大腦表面並形成褶皺。
植入器材的電極應該盡可能靠近那些編碼了有用資訊的神經元。
如果插入電極的位置特別靠近某個褶皺，就可能會完全避開其他有用的神經元。
因此，Matthew認為在未來的手術中，應當把電極插入到褶皺頂點之間的位置，並確保它們穿過皮層的第五層。
更平整：
另一個降低植入風險的措施是讓植入物和顱骨內輪廓平齊。
在第一位受試者Noland身上植入的器材，其底部與大腦之間存在一定的間隙，導致顱骨內側並不光滑平整。
在未來的植入手術中，Neuralink團隊計劃對植入體表面進行雕刻，讓它與患者顱骨內側表面輪廓對齊，盡可能減少二者間隙。
這樣可以有效降低電極線上的張力，讓這些細線盡可能松弛，避免它們產生收縮排而脫離大腦。
馬斯克認為未來Neuralink器材植入手術將實作100%自動化，就像LASIK眼科手術一樣。
如果一個眼科醫生手裏拿著激光切割機，顫顫巍巍的給你的眼睛做視力矯正手術，那也太可怕了。
Neuralink器材植入手術也是同理，手術需要極高的操作精度，只有機器人才能完美勝任。
醫生只需要監督手術機器人，確保設定正確。
你只需要坐下來，選擇要安裝植入的模組，手術機器人會在10分鐘內完成所有操作，就像【Cyberpunk】遊戲中安裝義體一樣。
下一款重磅產品：盲視（Blindsight）
在Telepathy之後，Neuralink準備推出的第二款產品叫做Blindsight（盲視）。
顧名思義，Blindsight的作用是讓完全失明的患者（甚至是失去雙側眼球的患者）重見光明。
這種聽起來科幻的功能，已經在包括猴子在內的動物身上得到成功驗證。
為了讓使用者大腦中呈現視覺資訊，需要對大腦視覺部份的神經元發出電脈沖，這會在其大腦中啟用一個視覺像素點。
你可以向猴子大腦中特定神經元發出電脈沖，猴子接收到視覺訊號，會看到一個閃現的像素點，你會發現猴子的眼睛迅速轉向像素點對應的位置。
註意，這裏螢幕上沒有任何像素點，像素點是由猴子大腦中的視覺皮層直接啟用的。
目前Blindsight的分辨率還比較低，只能呈現類似Atari遊戲那樣的圖形類別。
但是隨著時間的推移，它可能會實作比正常視覺更高的分辨率，讓盲人擁有「鷹眼」。
Neuralink與Optimus結合：機械義體有望成為現實
目前Neuralink可以與任何帶有藍芽介面的器材進行通訊互動，其中就包括馬斯克自家的Optimus擎天柱人形機器人。
如果一個人失去了說話的能力，他們依然可以透過Neuralink來與Optimus進行心靈感應交流。
更酷的是，你可以透過直接對映大腦訊號，來直接控制Optimus機器人的物理手臂來執行各種操作。
這時Optimus就是你的機器人分身。
如果某人失去了一條手臂或者大腿，你可以直接使用Optimus的手/腿部件，用Neuralink與其相連，組成自己的義肢。
這樣一來，你大腦中原本會傳遞到生物手臂上的運動指令，現在可以傳輸到你的機械手臂上，義肢的使用體驗會非常自然。
事實上，大腦訊號傳遞到機械手臂的速度可能比傳遞到你生物手臂的速度更快。
想象一個鋼琴家同時用機械左臂和生物右臂進行演奏，機械左臂的動作可能會更加靈敏。
Neuralink的下一個目標：幫助癱瘓患者康復、治療精神疾病
癱瘓，從本質上講，是一個通訊問題。
大腦的運動皮層發出訊號，對應的身體軀幹接收訊號，做出具體動作。
癱瘓患者的頸部或者脊柱存在神經受損點，阻礙了神經訊號的傳輸。
如果我們能夠將大腦運動皮層發出的電訊號直接橋接越過神經受損點，就能從本質上解決癱瘓問題，使其恢復全部身體機能。
這是一個很難的技術問題，但是從物理角度看是可以實作的，需要積累更多實驗數據和經驗。
目前Neuralink僅完成了一例人體實驗，今年內有望完成5-10例人體實驗。
馬斯克希望在未來幾年內，能夠有數千例受試者從中獲益。
除了癱瘓問題之外，未來Neuralink有望治療各種嚴重的精神疾病。
馬斯克認為，精神類疾病從根源上看，只是大腦這台生物電腦發生了一個故障，而且是一個可以修復的故障，就像是修復一個發生短路的電路一樣。
在未來，Neuralink有望幫助患有嚴重精神疾病的患者過上正常生活。
隨著年齡的增長，人類的記憶力會衰退，有時你的祖父祖母會忘了你是誰、今天是星期幾。Neuralink也有望在這一方面取得突破。
I/O設計的範式遷移：從「手」到「腦」
當前幾乎所有輸入器材都是以人類的「手」為中心進行設計的，馬斯克把手指稱為「可以移動的小肉棒」。
我們用這些「小肉棒」來操縱滑鼠、鍵盤、XBOX遊戲手柄等互動器材。
如果你可以透過心靈感應來傳遞訊號，就可以擺脫對「手」的依賴，這些傳統的控制機制都將被革新。
在未來，一個人甚至可以將一個抽象的概念，透過心靈感應完整的傳達給其他人，確保100%無失真傳達。
這種通訊效率，是語言、文字這種通訊手段所無法比擬的。
人類與AI共生的未來
目前人類對大腦的理解仍然非常初級。
馬斯克認為，隨著更多人體實驗的推進，Neuralink團隊對大腦的理解將會快速加深。
在腦機介面誕生之前，人們只能透過fMRI來研究大腦皮層訊號，這顯然遠遠不夠。
透過在大腦中植入電極，研究人員能夠極大的提升對大腦的認知。
Neuralink作為一種研究工具的價值被顯著低估了，它正在推動人們解開大腦的謎題，理解人類意識的物理實質。
最後，讓我們一起看看馬斯克對於Neuralink短期、中期、長期目標及願景的定義：
短期目標：幫助腦損傷、脊髓損傷、精神疾病的患者，重新建立大腦與身體的正確連線。
中期目標：實作人類大腦與外部世界的高頻寬連線。
長期目標：透過促進人類和AI之間更緊密的伴侶關係，來降低AI對人類的風險。
這不是科幻，這是滾滾而來的現實。
