Neuralink解码：建立人脑与世界的高带宽连接

马斯克于2016年夏天在美国加州建立了Neuralink，专注于入侵式脑机接口。

假设SpaceX、Tesla是马斯克改变世界的欲望，所以Neuralink所做的就是改变人类自己。

经过多年的发展，脑机接口技术日益完善。今年1月，Neuralink推出了第一次人体手术植入，让受试者实现了“心灵感应”，效果惊人。预计今年将进行10次手术。

但是，如此重要的技术革命，研究资料却不够好。

上个星期，马斯克带着四位Neuralink高级主管进行了现场直播，总结了Neuralink的最新技术进展和发展蓝图，令人惊叹。

这个研究资料很珍贵，下面我给大家解释一下其本质内容。

相信看完这篇文章，你会对脑机接口的技术现状和人机共生的未来有一个全新的认识。

温暖提示，阅读本文时请时刻注意：这是现实的前沿技术，而非科幻文学。

第一款Neuralink产品：Telepathy(心灵感应)

第一款Neuralink产品叫Telepathy，即心灵感应。

Telepathy的作用是，它可以让植入Neuralink设备的人们通过他们的想法直接控制手机或电脑。

要知道，一旦你能控制手机和电脑，基本上你就能控制任何东西。

整个交互过程只需用脑思考，不涉及眼动跟踪设备。

该产品能帮助许多脑损伤或颈髓损伤患者，使他们重新建立大脑与人体的信号连接。

Neuralink的第一位受试者Noland在手术后通过直播的方式，展示了他通过Telepathy玩《文明6》的全过程。

在Telepathy中，瘫痪的Noland重新获得了数字独立性（digital independence），只有通过思考才能控制计算机，不需要移动身体，也不需要家人的帮助。

有趣的是，Noland可以在任何时间、任何地点使用Telepathy，即使在飞机飞行期间。

在下面的图片中，Noland使用Telepathy在30,000英尺的高空创建猫猫表情包。

Neuralink团队跟踪了Noland术后Telepathy的使用情况，基本上每周使用超过70个小时，用于观看视频、阅读、玩游戏、使用浏览器等。

假如把“床”看作是一种产品，我们每周使用“床”大约需要56个小时(每周7天)× 每日睡眠8小时)。

而且Noland每周使用Telepathy的时间远远超过了“床”的应用，这足以证明Telepathy产品的价值。

(2)不但可以帮助你恢复身体机能，还可以给你超能力。

Neuralink的目标不仅仅是帮助瘫痪患者恢复以前的自主神经，而是赋予他们远远超出正常人类的超能力。

假如人脑被视为生物计算机，那么大脑与外部设备之间的通信带宽就很低，通常只有每秒1比特。

每天有86400秒，也就是说，你每天向任何设备输入的比特数都会低于这个数字。

大脑和外部设备的通讯带宽，将成为阻碍人机共生的重要瓶颈。而且脑机接口可以突破这个瓶颈。

Neuralink目前通过将设备植入大脑，可以实现每秒10比特的通信速度，其未来目标是达到Megabit级别。

在全脑接口实现之后，马斯克认为人脑对外通信带宽可能会提高到Gigabit水平。

现在Noland植入的设备是最初版本的商品，有64个thread，每个thread上有16个电极。

经过一段时间的训练，Noland已经能够在光标控制测试中进行9.5 BPS的成就超过了以前人类的世界纪录。

在下一代Telepathy设备上，每个thread只有8个电极和3000个channels。

如果我们能准确地放置每个电极线，那么每个电极所需的电极数量就会减少。

也就是说，通过更精确地放置电极线，可以使设备带宽轻松翻倍。

马斯克认为，在不久的将来，使用Neuralink设备的患者可以比功能完善的人类更快地交流。

未来电子竞技中可能会出现使用脑机接口的选手。

(3)工作原理：通过植入设备读写大脑神经元

Neuralink的植入设备可以读取和写入大脑中的电信号。

大脑是一种神秘的器官，但归根结底，它是通过电信号运行的。

所以，只要能够读写这些电信号，就可以实现与大脑的互动。

如果你想把这些微小的电极线植入患者的大脑，你需要通过手术机器人切除一个小颅骨，直径几厘米左右，然后用植入设备代替这个颅骨。

因此，神经元具有读写电信号的能力。

通过蓝牙进行通信，植入设备完全无线。

选择蓝牙是因为几乎每个电子产品都有蓝牙通信功能，这使得Neuralink能够与大多数设备进行交互。

Neuralink将在未来设计独特的通信协议，确保数据传输真正安全可靠。

通过电磁垫，植入设备可进行感应充电。

目前植入Noland体内的版本一次充电可达4-5小时，充电时间约为几分钟。

在不增加充电时间的情况下，下一个版本将使用时间翻倍，几乎一次可以使用8小时。

Neuralink的目的是真正实现全天使用，可在袖子或睡枕内进行感应充电。

脑机接口的理论基础：脑神经的精确分区

大脑是一个高度分化的器官。你可以准确地知道你的左手、左手、左腿和右腿在控制你的视觉、听觉和嗅觉的位置。

每一个特定功能对应的神经元位置都是高度精确的，而非模糊的。

众所周知，左脑掌握着右身体，反之亦然。

所以如果你是左撇子，植入设备应该位于右脑。

Neuralink的医生会让患者做fMRI核磁显像，以确定患者头部打洞的具体位置。

医生会要求瘫痪的患者在成像过程中想象移动手臂。

即使病人因颈髓损伤而无法真正移动手臂，仅仅想象移动手臂会使大脑中的特定区域在fMRI扫描仪中亮起，这种神经元的位置非常准确。

所以有没有可能不需要植入设备，只需在头部外侧带一个头套就能实现心灵感应呢？

马斯克认为答案是否定的。

为使传感器获得精确的神经元数据，需要使其尽可能接近信号根源。

假如只是把传感器放在体外，它就会得到人群反应的数据，很难做出准确的判断。

马斯克举了一个关于工厂的例子，比较简单易懂：

假如你想弄清楚工厂里发生了什么，你需要去工厂看看，而不是在工厂的外墙上安装听诊器。

(5)植入设备脱落的罪魁祸首：气穴

Noland作为Neuralink的第一个受试者，术后表现值得高度重视。

Noland在使用几个星期后发现光标的准确性下降，甚至出现延迟。

通过Neuralink团队的检查，他们发现85%的电极线已经移位，这导致设备收集到的大脑信号显著下降。

Neuralink的神经外科医生Matthew总结了手术经验，认为导致植入设备脱落的罪魁祸首是脑部手术过程中引入的穴位。（Air Pocket）。

在植入手术中，Noland在头骨中进入少量气体形成气穴。当气穴移动到植入体下方时，植入体就会离开大脑。

所以在手术过程中如何避免气穴是一个关键问题。

外科医生将少量气体引入头骨，这是典型的脑部手术。

通过调节血液中二氧化碳的浓度，可以使大脑在指定位置稍微扩张或收缩。

一般情况下，神经外科医生会通过降低血液中二氧化碳的浓度来缩小大脑，从而有更大的操作空间，避免损伤大脑。

然而，在未来的手术中，Matthew认为应该保持二氧化碳浓度正常或偏高，以保持患者大脑在手术过程中的正常大小和形状，从而避免引入气穴。

(6)植物设备的未来：更准确、更深、更准确、更平整

更准：

植入人脑的电极很小，它的直径只有头发的几分之一。

之所以把电极线做得很小，是因为我们的大脑一直在运动。为了防止疤痕，最好让电极线和大脑一起运动。

手术机器人必须完成植入电极的手术，精度可达微米级，超过人类所有顶级外科医生，从而绕过所有血管，防止人体免疫反应。

在Noland植入手术中，当手术机器人将所有电极植入其体内时，大脑表面没有看到一滴血。

更深：

与其它动物的大脑相比，人脑体积更大，移动范围更强。

Nueralink团队发现，当患者的颅骨被打开时，人脑的移动距离可以达到3毫米，这对于维持植入物的稳定性是一个挑战。

最好的解决办法是将电极线插入更深，并且控制每条电极线的精确植入深度。

更准确：

从解剖学的角度来看，大脑就像一个折叠的洋葱，由一层层神经元组成，覆盖在大脑表面，形成褶皱。

植入装置的电极应尽可能靠近那些代码有用信息的神经元。

若插入电极的位置特别靠近某一褶皱，则可完全避开其它有用的神经元。

所以，Matthew认为，在以后的手术中，应将电极插入褶皱顶点之间的位置，以确保它们穿过皮层的第五层。

更平整：

另外一项降低植入风险的措施是使植入物与头骨内部轮廓对齐。

植入第一个受试者Noland的设备，其底部和大脑之间存在一定的间隙，导致头骨内侧不平整。

Neuralink团队计划在未来的植入手术中雕刻植入体表面，使其与患者头骨内侧表面的轮廓对齐，最大限度地减少两者之间的间隙。

这能有效地降低电极线上的张力，使这些细线尽可能地松弛，防止它们从大脑中产生收缩。

就像LASIK眼科手术一样，马斯克认为未来Neuralink设备植入手术将实现100%自动化。

假如一位眼科医生手里拿着激光切割机，颤抖着给你的眼睛做视力矫正手术，那也太可怕了。

Neuralink设备植入手术也是如此，手术需要极高的操作精度，只有机器人才能完美胜任。

医师只需对手术机器人进行监督，确保设置正确。

您只需坐下，选择要安装植入的模块，手术机器人将在10分钟内完成所有操作，就像《Cyberpunk》同样的义体安装在游戏中。

(7)下一个重磅产品：盲目（Blindsight）

Neuralink准备在Telepathy之后推出的第二款产品叫做Blindsight(盲目)。

正如其名称所示，Blindsight的作用是让完全失明的病人(甚至失去两侧眼球的病人)再次看到光明。

这一功能听起来像是科幻，已成功地验证了包括猴子在内的动物。

为使用户的大脑呈现视觉信息，需要将电脉冲传递给大脑的视觉部分神经元，这样就可以在大脑中激活视觉像素。

你可以把电脉冲传递到猴子大脑的特定神经元。当猴子收到视觉信号时，他们会看到一个闪烁的像素点，你会发现猴子的眼睛很快变成了像素点对应的位置。

请注意，屏幕上没有像素点，像素点是由猴子大脑中的视觉皮层直接激活的。

现在Blindsight的分辨率还比较低，只能呈现类似Atari游戏的图形类型。

但随着时间的推移，它可能会实现比普通视觉更高的分辨率，使盲人拥有“鹰眼”。

(8)Neuralink与Optimus的结合：机械义体有望成为现实

当前，Neuralink可以与任何含有蓝牙接口的设备进行通信交互，包括马斯克自己的Optimus擎天柱人形机器人。

假如一个人失去了说话的能力，他们仍然可以通过Neuralink与Optimus进行心灵感应交流。

很酷的是，你可以直接控制Optimus机器人的物理手臂，通过直接映射大脑信号来执行各种操作。

这个时候Optimus就是你的机器人分身。

假如有人失去了一条胳膊或大腿，你可以直接使用Optimus的手/腿部件，用Neuralink连接，形成自己的义肢。

这样，生物手臂上的运动指令就会在你的大脑中传达出来，现在可以传递到你的机械手臂上，使用义肢的体验会非常自然。

事实上，大脑信号传递到机械臂的速度可能比传递到你的生物臂的速度要快。

想像一位钢琴家同时使用机械左臂和生物右臂来弹奏，机械左臂的动作可能会更灵敏。

Neuralink的下一个目标：帮助瘫痪病人康复，治疗精神疾病

从本质上讲，瘫痪是一个通信问题。

脑部运动皮层发出信号，相应的身体接收信号，做出具体动作。

瘫痪患者的颈部或脊柱有神经损伤点，阻碍神经信号的传递。

若能将大脑运动皮层发出的电信号直接桥接过神经损伤点，则能从本质上解决瘫痪问题，使其恢复全部身体机能。

这种技术问题非常困难，但从物理学的角度来看是可以实现的，需要积累更多的测试数据和经验。

现在Neuralink只完成了一个人体实验，预计今年将完成5-10个人体实验。

在接下来的几年里，马斯克希望有1000多名受试者从中受益。

Neuralink有望在未来治疗各种严重的精神疾病，除了瘫痪问题。

马斯克认为，从源头上看，精神疾病只是大脑的生物计算机出现了故障，这是一个可以修复的故障，就像修复一个短路电路一样。

Neuralink有望在未来帮助患有严重精神疾病的人过上正常的生活。

随着年龄的增长，人类的记忆力会下降。有时候你的祖父和祖母会忘记你是谁，今天是星期几。Neuralink也有望在这方面取得突破。

（10）I/O设计范式转移：从“手”到“大脑”

目前，大多数输入设备都是以人类的“手”为中心设计的，马斯克称手指为“可移动的小肉棒”。

在鼠标、键盘、XBOX游戏手柄等交互设备中，我们使用这些“小肉棒”。

若能通过心灵感应传递信号，就能摆脱对“手”的依赖，这些传统的控制机制将得到创新。

将来，一个人甚至可以通过心灵感应将一个抽象的概念完全传递给他人，保证100%的无损传递。

这一通信效率，是语言、文字等通信手段无法比拟的。

(11)未来人类与AI共生。

现在人类对大脑的认识还很初级。

马斯克认为，随着更多人类实验的推进，Neuralink团队将迅速加深对大脑的理解。

大脑接口诞生之前，大家只能依靠fMRI来讨论大脑皮质信号，这显然是不够的。

通过将电极植入大脑，研究人员可以大大提高对大脑的认知。

作为一种研究工具，Neuralink的价值显著被低估了，它正在推动人们解决大脑谜题，理解人类意识物理的本质。

最后，让我们一起来看看马斯克对Neuralink短期、中期、长期目标和愿景的概念：

短期目标：协助脑损伤、颈髓损伤、精神疾病患者，重新建立大脑与身体的正确连接。

实现人脑与外界高带宽连接的中期目标。

长期目标：通过促进人与人工智能之间更加密切的共生关系，可以降低人工智能对人的危险。

那不是科幻小说，而是无穷无尽的现实。

本文来自微信微信官方账号“Alpha Engineer”（ID:Alpha-Engineer），作者：费斌杰，36氪经授权发布。

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