“Hello World！”这是很多初学者首次接触程式语言时会撰写的内容。它对 62 岁的渐冻症患者 Phillip O’Keefe 来说，也是打开新世界的钥匙。
渐冻症是一种渐进且致命的神经退行性疾病，最后大脑将完全丧失控制随意运动的能力。
hello, world! Short tweet. Monumental progress.
— Thomas Oxley (@tomoxl) December 23, 2021
▲ 简短的推文，巨大的进步。
借助 Synchron 公司的脑机界面，O’Keefe 仅用意念“写下了”这行字，并对外发出了简单却又意义非凡的交流信号。
对于屏幕另一端，他表现得像用手指敲击的人。
和骑自行车一样自然而然
Synchron 成立于 2017 年，是一家神经科技领域的硅谷初创公司，专注于脑机界面研究（Brain Computer Interface，BCI）。
“Hello world”的推文发布在 12 月 23 日，当时 O’Keefe 接管了 Synchron 首席首席执行官 Thomas Oxley 的 Twitter 账号 30 分钟。
除了问好，O’Keefe 还发布了另一条推文，表明他无需使用键盘或者语音功能，仅用“思考”即可发布讯息。
Synchron 指出，这是第一次有人透过 BCI 直接在社交媒体上发言，这个具有象征意义的时刻，打开了患者与世界保持联系的大门。
2020 年，他们进行过类似研究，两名患者完成了打字和发送文本，只是未向大众展现这个过程。
（Source：Synchron）
造就奇迹的是 Synchron 的脑机界面设备 Stentrode──透过颈静脉植入大脑的小型支架式电极阵列，允许患者“透过思考移动四肢，无线控制外部设备”。
Stentrode 大约需要两个小时的微创手术，公司称这一过程在“广泛使用的血管造影套件”中完成，类似于在心脏中放置支架。
试验的主角 O’Keefe，在 2015 年被诊断出渐冻症；2020 年 4 月，他开始植入 Synchron 的脑机界面。大脑活动由大脑血管中的感测器收集，并透过胸部设备传输到电脑。
（Source：Synchron）
植入设备后，敲击左脚踝即可唤出“鼠标点击”；眼动追踪则用于移动游标。
那时候，O’Keefe 已经丧失很多能力，至少还能控制自己的手移动鼠标并缓慢打字。
但 O’Keefe 早有预料，他的病症最终会发展到无法打字、使用鼠标或说话的程度，对脑机界面的使用也会随着时间推移而增加。
对于完全无法移动的患者，设备需要直接与大脑互动，而不只是眼动追踪或者在轮椅上放置按钮。
所以他积极地参与最近的试验，“否则我会对现状怒不可遏”。
好在结果皆大欢喜。近日，O’Keefe 在一份声明中说，最新技术为他带来了“很大的独立性”：
这个系统令人惊讶，就像学习骑自行车一样需要练习，但是一旦你开始滚动，它就会变得很自然。现在，我只想着点击电脑上的哪个位置，然后我可以发邮件、购物或者使用社交媒体。
Synchron 首席首席执行官 Thomas Oxley 表示，他们眼前的目标是作用于运动皮层，最终希望“实现全脑数据传输”。
大脑或许是个数据系统
今年 7 月，Synchron 获得了美国食品药品监督管理局（FDA）的监管批准，它也是目前唯一一家被批准进行“永久植入 BCI 临床试验”的公司。
与此同时，开发和测试神经植入物的竞赛正在升温。
今年 5 月，史丹佛大学研究团队结合了人工智能软件与脑机界面设备，将“心理笔迹”转化为屏幕上的单词和句子──肢体瘫痪的患者想像著写某个字母，植入大脑的感测器接收信号，人工智能算法将它们转录到电脑屏幕上。
▲ 患者想像字母。（Source：史丹佛大学）
在研究中，一位被称为 T5 的参与者以每分钟 90 个字母（或 18 个单词）的速度生成文本。被要求打出例句时，字母错误率低于 1%；在自由发挥的时候，字母错误率稍高于 2%。
早在 2007 年，T5 因脊髓损伤几乎失去了颈部以下的所有运动功能。他让研究团队了解到，在身体沉寂后的十几年，大脑仍保留着精准执行的能力。
今年 7 月，2015 年成立的神经科技公司 Paradromics 筹集了 2,000 万美元，这笔资金将用于磨练其硬件 Connexus，它负责将大脑的生物电信号转换为电脑可以理解的数位信号。
简单来说，头顶的四个模组将数据传输给植入头骨的第五个模组，后者又将数据传输到胸部皮肤下的第六个模组，最后数据无线传输到夹在轮椅上的便携电脑。
透过这种方式，大脑的活动转化为可操作的命令，例如移动电脑游标，一项前身技术已在绵羊身上成功测试，人体实验将在明年开始申请。
（Source：Paradromics）
Paradromics 称，他们的优势之一在于电极数量多，每个模组上的电极数量达 400 个，这意味着更理想的数据品质和数量。Paradromics 首席首席执行官 Matt Angle 认为，大脑就是一个数据系统：
一旦你开始意识到描述大脑的最佳方式是透过数据，你会重新定义许多经典的、难以治疗的疾病。例如，解决失明的生物学方法可能是尝试使视网膜再生，而我们的方法是使用电脑，将视觉数据传送到大脑的右侧部分。
马斯克在 2016 年创立的神经技术公司 Neuralink，则推出了一种植入头骨的 AI 驱动芯片。
（Source：影片截图）
这款芯片约一枚硬币大小，连接到超薄的柔性导线。每根导线大约 5 微米厚，比头发还要细 20 倍，总共包含 1,024 个电极，并在大脑内呈扇形分布。
电极透过感应或刺激神经元读取大脑活动，在理论上甚至能够写入大脑活动。
与芯片相配的是一款精密机器人，它负责将芯片和超细导线植入大脑，人类双手往往难以做到如此稳定。安装过程只需几个小时，最终留下一个小疤痕。
▲ 精密机器人。（Source：影片截图）
今年 4 月，他们曾在猴子身上使用过这款芯片。在展示影片中，猴子得到了一个与影像游戏相连的操纵杆，当它成功移动游标就可以吃到香蕉冰沙。
当猴子使用操纵杆时，芯片记录其大脑活动，并将数据发送回电脑，分析当猴子移动手时它的大脑做了什么；然后让操纵杆失效，虽然猴子习惯性地用操纵杆控制游戏，但实际上这一过程完全由被解码的神经活动实现。
First @Neuralink product will enable someone with paralysis to use a smartphone with their mind faster than someone using thumbs
— Elon Musk (@elonmusk) April 9, 2021
理论上，同样的技术可用于控制义肢──另一种“失效的操纵杆”。马斯克当时在Twitter上表示，“它将使瘫痪的人比使用拇指的人更快地使用智能手机”。
与大脑互动的更好方式
被《时代》赋予“小丑、天才、实业家”等称号的马斯克，也曾对脑机界面技术的潜力发表过疯狂言论：
它可以在人脑和电脑之间创造“共生”；允许人们“保存和重播记忆”；治疗瘫痪、失明、记忆力减退和其他神经系统疾病；启用“超人视觉”，或者让人们能够透过心灵感应召唤他们的特斯拉。
但脑机界面技术还处于早期阶段，距离马斯克的愿景路途遥迢。它的长期安全性需要在更多患者中评估，也存在许多需要克服的挑战。
首先，任何脑机界面设备都有风险，时间一长，进入组织的电极可能会引起发炎。开发人员正在研究能够长时间植入人脑而不会自我恶化或引起感染的材料。
研究人员也在寻找其他方法来获取大脑活动，例如在头骨或耳朵中放置无创感测器，但这也增加了脑细胞和感测器之间的距离，进而影响记录的分辨率，患者能做的事情也就更为有限。
其次，为了实现更多活动，读取数据的芯片需要更快的速度和更高的分辨率，解释数据的算法需要更为准确，电线也需要更深地插入大脑。
神经生物学副教授 Jason Shepherd 博士曾指出，一些神经退行性疾病很难透过当前的脑机界面解决，因为“复杂的行为、学习和记忆不只由大脑的一个区域调节”。
再者，随着脑机界面日渐成熟，必然会出现一些安全、隐私和道德问题。毕竟，在人脑植入芯片来获取原始大脑数据，在理论上并非不可能。
目前，神经技术方面的最新工作是记录尽可能多的脑细胞或脑区，以便科学家更精确地读取支持言语、行走和抓握等活动的信号，然后将这些神经记录转化为指令，这些指令再输入机器人设备或返回神经系统，以产生运动、视觉甚至触觉。
▲ 另一位植入 Stentrode 设备的患者。（Source：Synchron）
一个可见的趋势是，越来越多的风险投资家关注脑机界面领域。分析公司 PitchBook 数据显示，截至 7 月，脑机界面初创公司今年以来已经筹集了 1.328 亿美元，这比该行业去年全年筹集的资金多出三分之一。
据 Business Insider 报导，很多神经科学公司都处于开发阶段和应用阶段之间，谈发展阶段为时过早，还有大量工作要做。
至少，被各种原因剥夺运动能力的人们，可以从中看到曙光，享受科技带来的联系、希望和自由，再次轻松地打下一句“Hello World”。
（本文由 爱范儿 授权转载；首图来源：Unsplash）
延伸阅读：
- 用想的就能打字！新脑机界面研究让瘫痪者未来也能上网与人沟通
- 马斯克发表脑机界面新产品！三只小猪现场展示
- Neuralink 脑机界面 2022 年换人类上场，猴子实验成功证明够安全
