歡迎關(guān)注“創(chuàng)事記”微信訂閱號(hào)：sinachuangshiji
這種納米級(jí)設(shè)備與你的神經(jīng)元無縫嚙合。
文/BRIANGALLAGHER
來源：神經(jīng)現(xiàn)實(shí)（ID:neureality）
肖恩·帕特爾（Shaun Patel）的聲音很平和。一聽，就容易明白他是怎么說服病人讓他在腦子深處搗鼓實(shí)驗(yàn)的。在他位于麻省總醫(yī)院的辦公室里（他也是哈佛醫(yī)學(xué)院的一名教員），這位神經(jīng)科學(xué)家在電話中講起灰質(zhì)，聲音柔和，像是他正領(lǐng)著我做冥想。又或許，他聲音中的興奮異常來自于他正詳述自己剛發(fā)表在《大腦》（Brain）上的一篇論文。
在這篇論文里，他展示了如何通過病人大腦的植入物刺激靠近大腦中心的尾狀核，從而加強(qiáng)大腦的學(xué)習(xí)能力。他告訴我，控制電脈沖的時(shí)長得剛剛好，主要取決于一輪沖擊中那些處于活躍學(xué)習(xí)階段的神經(jīng)元的放電活動(dòng)。一次完美時(shí)長的脈沖能加速他的病人作出正確聯(lián)想。他說，通過利用類似的方法，他已經(jīng)引導(dǎo)被試者在財(cái)務(wù)選擇上顯得更保守。他的病人甚至沒有注意到這一點(diǎn)。他們以為自己的選擇真的是自發(fā)作出的。
這只是個(gè)前奏，帕特爾和他的哈佛同事——一位納米技術(shù)先驅(qū)——查爾斯·雷柏（Charles Leiber）研究的“精密電子醫(yī)學(xué)”才是重頭戲。帕特爾和雷柏一起共事，已經(jīng)在開發(fā)一類新型的腦機(jī)接口。這種新型接口不會(huì)被大腦識(shí)別為異物。在《自然-生物科技》中，他們解釋道，這樣神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)般的網(wǎng)格會(huì)給神經(jīng)退行性疾病與神經(jīng)精神疾病提供新的治療方式，控制最先進(jìn)的義肢，還能增強(qiáng)人類的認(rèn)知。對(duì)于我來說，這樣的描述聽起來就像從伊隆·馬斯克的劇本里摘下的一頁：馬斯克和他的公司Neuralink正打賭，一旦人類能與機(jī)器融合在一起，我們將對(duì)人工智能的威脅高枕無憂。
和帕特爾聊天的時(shí)候，我們討論了Neuralink對(duì)大腦區(qū)域的新探索、大腦的語言，以及他怎么看待通過人機(jī)結(jié)合增強(qiáng)人類的前景。帕特爾憧憬著一套新的大腦控制方式，但這與一個(gè)反烏托邦的未來無關(guān)。“這純粹是好奇所致，”他說。這一好奇心在一堂講變態(tài)心理學(xué)的神經(jīng)科學(xué)課就開始了。“那節(jié)課講的全是些有趣的精神疾病，它們讓人做出難以想象的反常舉動(dòng)，”他接著說，“我們大腦里有神經(jīng)元釋放動(dòng)作電位，即一些電壓的瞬時(shí)變化。這些神經(jīng)元與其他神經(jīng)元相互連接，由此產(chǎn)生交流。在有關(guān)這些疾病的解釋里，這些交流最終導(dǎo)致那些反常行為。但沒人能更詳細(xì)地解釋這類現(xiàn)象背后的實(shí)際機(jī)制了。”自此之后，帕特爾立志要搞明白這一點(diǎn)。
圖片來源：肖恩·帕特爾
肖恩·帕特爾指出，當(dāng)年也許有人對(duì)晶體管有著“宏大愿景”。晶體管是現(xiàn)代電子學(xué)的關(guān)鍵所在，或許是二十世紀(jì)最偉大的發(fā)明?！暗愫茈y想象這些人能夠預(yù)料得到晶體管今天的進(jìn)步?！倍J(rèn)為自己今天對(duì)網(wǎng)格接口的想象也有類似的局限，“我們只能盡力猜測，但它在未來的成就依然是不可想象的?！?/p>
下面是和肖恩·帕特爾的對(duì)話
“
和我們說說你正在做的腦植入網(wǎng)格吧。
這些（網(wǎng)格）是徹頭徹尾被重新構(gòu)想的接口。神經(jīng)組織的密度超乎人類最瘋狂的想象。我們有神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞以及這些細(xì)胞里更小的組成部分。這些接口極小，尺度與腦細(xì)胞相當(dāng)。同時(shí)它們還極其靈活。它們能在被植入的時(shí)候不引發(fā)免疫反應(yīng)或者副作用。這一特性徹底改變了我們應(yīng)用神經(jīng)電子學(xué)來治療腦部障礙的思路。要是你能理解大腦的語言和編碼，理解它在空間上定位的神經(jīng)放電模式，你也就能用電刺激的方式將信息人為地輸入大腦，以控制思維和行動(dòng)。
“
要掌握大腦的潛能，理解神經(jīng)編碼是關(guān)鍵所在嗎？
通過理解神經(jīng)編碼，我們就能解鎖融合大腦與機(jī)器的技能。這種神經(jīng)組織狀的電子設(shè)備是首批有可能讓我們大幅提升對(duì)神經(jīng)編碼理解的技術(shù)。因?yàn)樗鼈兡芎痛竽X本身和諧共處——它們可以較為持久地記錄一組神經(jīng)元，時(shí)間長達(dá)一年以上。
“
如果人普遍接入電子網(wǎng)格的那一天到來，大腦會(huì)產(chǎn)生什么變化，我們對(duì)大腦的理解又會(huì)有什么改變？
一件會(huì)發(fā)生的有意思的事情是，我們將擁有一個(gè)特殊的機(jī)會(huì)來想想看如何給大腦輸入新類型的信息。不論你通過一個(gè)穩(wěn)定的腦機(jī)接口構(gòu)想了些什么，大腦都將學(xué)會(huì)識(shí)別這些模式并且賦予這個(gè)器官意義，這就如光線照射視網(wǎng)膜，空氣分子震動(dòng)耳蝸。眼睛和耳朵不過是我們建構(gòu)的兩類傳感器——穩(wěn)定的接口——而你可以想象一類新傳感器，在大腦發(fā)育的同時(shí)與之整合。
大腦才不管輸入的信息是什么。與我們以往認(rèn)為的不同，神經(jīng)元的相互聯(lián)結(jié)并不是由某種特定程式完成的。不同的神經(jīng)元識(shí)別線與角，其他神經(jīng)元編譯顏色、運(yùn)動(dòng)和視差等等原始的視覺特征。這些神經(jīng)元把他們的軸突伸向大腦其他部分，隨后那些部分結(jié)合、重組這些原始特征。我們對(duì)當(dāng)前視野的感知來自這個(gè)過程。這是一個(gè)分解和重組世界的過程。要做到這一切，大腦需要經(jīng)過一系列試錯(cuò)，反饋，樹突剪切等發(fā)展過程。
“
一個(gè)新的接口處理之下，新的輸入會(huì)給我們的知覺領(lǐng)域或者心理空間帶來什么呢？
這就屬于幻想與推測了。但新的輸入會(huì)帶來什么——或者更可能是帶走什么——是我們面臨的桎梏。（接口的）帶寬只有這么多。有篇最近發(fā)布的特別有趣的論文，它展示了人世間各種語言承載信息的能力是大致相同的，這相當(dāng)意外和有趣。我認(rèn)為通過人體器官溝通，語言承載信息的速率是39比特。而腦機(jī)接口則能通過技術(shù)——或是攝像頭或是互聯(lián)網(wǎng)或不論什么——來減少帶寬上的限制。你可以把這想象為與某人的信息處理中心進(jìn)行直接溝通。
“
你怎么看待伊隆馬斯克和他的公司 Neuralink 開發(fā)的腦機(jī)接口？
他們的接口是基于過去已經(jīng)在開發(fā)的技術(shù)路線的延續(xù)。馬斯克顯然是一個(gè)在解決難題方面出了名的人，而我認(rèn)為我們開始著手的正是一個(gè)非常棘手的問題。要達(dá)到他們今天的程度肯定要付出相當(dāng)多的努力。如果你想對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行商業(yè)化，在構(gòu)造和生產(chǎn)這些東西中包含的許多技術(shù)細(xì)節(jié)是具有很高價(jià)值的，也是他們不會(huì)對(duì)外透露的——這些細(xì)節(jié)實(shí)際上也不大有趣。我很好奇一兩年后他們會(huì)達(dá)到什么地步，但我不認(rèn)為那將從根本上改變游戲規(guī)則。
這件事的挑戰(zhàn)在于你不可能讓接口深入大腦太多。并且植入接口意味著大腦的三維結(jié)構(gòu)會(huì)有所改變。而對(duì)于電子網(wǎng)格，你可以把它植入在大腦的任意地方——它是三維結(jié)構(gòu)，所以限制不多。這么做，你應(yīng)該能得到一些信息了。問題來了：你需要多少信息？要做到這個(gè)程度你需要什么？簡單的答案是你得在非常穩(wěn)定的接口里有非常多的通道。這是你能設(shè)想的最極端好的接口了，做夢般好的接口。我認(rèn)為電子網(wǎng)格就是這樣的存在。
圖片來源：哈佛大學(xué)雷柏研究組
“一種非常穩(wěn)定的植入物”，肖恩表示，神經(jīng)組織狀的電子（圖中的紅色物質(zhì)，穿梭在表示成綠色的神經(jīng)元中）是“構(gòu)造穩(wěn)定接口必不可少的一個(gè)組成部分”。但在不論醫(yī)學(xué)或其他方面要以“有意義有用的方式”應(yīng)用這種接口，還需要提升電池技術(shù)和微處理器設(shè)計(jì)，以及對(duì)大腦功能更充分的理解?！俺晒偸遣钜稽c(diǎn)點(diǎn)的，不是嗎？”
“
你相信腦機(jī)接口能把我們的認(rèn)知能力增強(qiáng)到不必?fù)?dān)心被人工智能趕超的程度嗎？
我不大清楚別人是怎么看待這個(gè)問題的，但如果是我，我的重點(diǎn)不在于讓我們的大腦和人工智能一樣又快又好，而在于創(chuàng)造一個(gè)兩者之間的鏈接。假設(shè)我已經(jīng)開發(fā)出了一種人工智能——可能是個(gè)機(jī)器人，也可能是個(gè)語音識(shí)別算法。我想做的是合并那個(gè)機(jī)器和我的大腦的帶寬。這不是說我想讓我的大腦下載世上所有的知識(shí)并且通過處理它們發(fā)明一套腦內(nèi)算法。發(fā)明算法是谷歌的工作。我真正想做的是能夠利用那些感知輸入。
譬如我波士頓的工作室就在水邊，我可能看著一艘船，琢磨著這是條什么樣的船，要花多少成本：要是我的大腦能高帶寬地與一個(gè)信息倉庫建立聯(lián)系，讓我提取其中的信息，如同直覺一般得到答案，那不是很酷嗎？這個(gè)倉庫說著我的大腦能聽懂的語言，因此這不同于看著手機(jī)屏幕瀏覽幾個(gè)不同的網(wǎng)站的情況。這才是我想象的腦機(jī)結(jié)合。
“
你目前有將網(wǎng)格接入人體嗎？
其實(shí)我們目前正在準(zhǔn)備第一次人體試驗(yàn)?？梢韵胍姡坏┲踩氲膶?duì)象變成人，我們得做額外工作確保材料安全方面的問題，如何消毒等等額外的事。距離首次人體試驗(yàn)已經(jīng)很近了。
“
你們的腦機(jī)接口會(huì)改變大眾看待腦部障礙的方式嗎？
會(huì)，這真的十分激動(dòng)人心。因?yàn)楝F(xiàn)在很多疾病都有非藥物療法了，尤其是認(rèn)知層面的疾病，譬如心理疾病、神經(jīng)退行性疾病。給腦部障礙貼標(biāo)簽——諸如抑郁癥、強(qiáng)迫癥和創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙——是糟糕的描述方式，因?yàn)檫@種方式?jīng)]有涵蓋癥狀的復(fù)雜之處。那只是試圖用一個(gè)詞概括一類復(fù)雜癥狀。
但設(shè)想，你有知識(shí)和能力通過解讀對(duì)應(yīng)的神經(jīng)編碼——選擇、學(xué)習(xí)和遺忘——來評(píng)估所有這些不同的認(rèn)知功能。要是你能做到這一點(diǎn)，那么你就能把一個(gè)復(fù)雜的疾病描述為一系列導(dǎo)致它的認(rèn)知癥狀的作用總和，對(duì)吧？例如抑郁癥，你或許能看到?jīng)Q策能力上的變化，你可能看到自主行動(dòng)上的變化，你在多大程度上有意識(shí)地活動(dòng)、探索、利用周遭環(huán)境。漸漸地，我們能開始想象我們?nèi)绾文苡脭?shù)據(jù)量化這些癥狀，而不是使用《精神疾病診斷與統(tǒng)計(jì)手冊》（DSM），它本質(zhì)上只不過是個(gè)列出癥狀的清單。
“
神經(jīng)編碼，究竟是什么？
大腦用它來呈現(xiàn)信息。神經(jīng)元就是個(gè)例子?？创粋€(gè)神經(jīng)元有很多方式。它是種很復(fù)雜的細(xì)胞，常見的是在動(dòng)作電位的層級(jí)上理解它。你可以把它想作硅電路中的晶體管。晶體管使用二進(jìn)制，用0或1。而一個(gè)神經(jīng)元是類似的。它比起晶體管更復(fù)雜也更微妙，但它要么處在放電狀態(tài)，要么處在不放電狀態(tài)。人大概有860億個(gè)神經(jīng)元，它們在特定時(shí)刻的狀態(tài)要么是放電的，要么是不放電的。在下一時(shí)刻，它們在自己所在的空間和時(shí)間模式中——此刻神經(jīng)元在大腦中哪個(gè)位置，所連接的是哪個(gè)神經(jīng)元——也是放電或不放電的狀態(tài)。
這種編碼的模式，放電與否的模式，是一種語言。它像是有語法，有詞匯。而通過這種編碼，我們周遭世界的信息才得以呈現(xiàn)。編碼由我們的感知系統(tǒng)產(chǎn)生，來自聲香味觸之感。但這編碼也從我們的大腦自身產(chǎn)生，來自我們的記憶與經(jīng)驗(yàn)。我們的大腦能內(nèi)部互聯(lián)、塑造個(gè)性，正是編碼的結(jié)果。正由于我的神經(jīng)元組織放電的特定方式——特定的時(shí)間-空間模式與動(dòng)作電位——我才得以呈現(xiàn)我周遭的信息，完成各類復(fù)雜的認(rèn)知任務(wù)。
“
我們目前理解多少神經(jīng)編碼？
我們理解了不少?；谏窠?jīng)活動(dòng)來轉(zhuǎn)碼人類的語言模式的絕佳例子已經(jīng)有好一些了。它通過解讀你的大腦活動(dòng)，把你的想法說出口。有些是增強(qiáng)記憶的實(shí)例。有些是植入記憶的實(shí)例。我們理解神經(jīng)編碼的進(jìn)程十分驚人。
“
神經(jīng)組織狀的電子設(shè)備能幫助愈合腦損傷嗎？
能。由于它們與大腦的相似性，這些神經(jīng)組織狀的電子設(shè)備出現(xiàn)了一些腦機(jī)接口不曾考慮的有趣特性。人類大腦有兩個(gè)區(qū)域是神經(jīng)源（neurogenic），這兩塊區(qū)域能產(chǎn)生新的腦細(xì)胞。為了抵達(dá)其他腦區(qū)，新的腦細(xì)胞沿著其他神經(jīng)元搭造的腳手架移動(dòng)，沿途到達(dá)神經(jīng)元的一部分特定區(qū)域軸突，而軸突伸展觸及其他神經(jīng)元。就這樣，神經(jīng)元彼此連接。就這樣，我們在子宮里發(fā)育，腦細(xì)胞得以各就其位。它們的移動(dòng)得益于其他神經(jīng)元搭造的路線。
一個(gè)已經(jīng)觀察到的現(xiàn)象是，神經(jīng)元也沿著電子網(wǎng)格移動(dòng)。這相當(dāng)有意思，因?yàn)檫@為我們對(duì)于療法的思考開辟了一條全新的道路。若某人中風(fēng)，大腦某個(gè)特定區(qū)域由于血液流動(dòng)不足而缺乏氧氣和營養(yǎng)，這塊腦區(qū)會(huì)死亡。而如果你能通過電子網(wǎng)格的腳手架連接兩塊神經(jīng)源腦區(qū)，打入新神經(jīng)元的儲(chǔ)存庫，最終抵達(dá)由中風(fēng)損傷的腦區(qū)，你就擁有了一個(gè)能重組腦細(xì)胞的新機(jī)制，有利于治療。
“
你怎么看待腦深部電刺激？
腦深部電刺激提供電刺激以減輕不必要的癥狀，就像心臟起搏器作用于心臟那樣。在譬如帕金森氏癥的運(yùn)動(dòng)障礙里，這種方法成效顯著。但到今天，這種方法尚受制于我們使用的技術(shù)，特別是接入大腦的電極。現(xiàn)存的大部分電極的特點(diǎn)是體積較大、質(zhì)地較硬，而這金屬外來物同大腦的組成有著根本的不匹配。它還以開環(huán)的方式工作，這意味著它不給予反饋。如果你正睡覺，它仍然按指定量級(jí)輸送電流。它就是沒有變化。而你的大腦是個(gè)高度閉合的回路。你伸手去夠一杯水，這時(shí)候你肌肉里的本體覺纖維會(huì)回返信息，告訴你你的手正在哪。你的大腦則持續(xù)矯正你的動(dòng)作，確保你的手能夠到目標(biāo)。因此，如果你足夠了解神經(jīng)編碼，足夠了解它呈現(xiàn)你打算治療的腦部癥狀的方式，你就能想象，或許有更智能的方法來開關(guān)、加強(qiáng)刺激曲線，從而提升治療效果。
參考文獻(xiàn)
1.Bick, S.K., et al. Caudate stimulation enhances learning. Brain 142, 2930-2937 (2019).
2. Coupé, C., Mi Oh, Y., Dediu, D., Pellegrino, F. Different languages, similar encoding efficiency: Comparable information rates across the human communicative niche. Science Advances 5, (2019).
翻譯：漢那
校對(duì)：曹安潔
編輯：Dianna、酸酸
http://nautil.us/issue/77/underworldsnbsp/the-implant-that-can-control-your-brain
將數(shù)據(jù)牢牢攥在手中的本地存儲(chǔ)，無疑是更為安心快速的方式和保障，無論手機(jī)內(nèi)置空間，還是存儲(chǔ)卡、移動(dòng)硬盤，都是因此而生。詳細(xì)
