大腦控制電腦 我們能用意識控制機器嗎？
科幻作品有時候能很好地預言我們的未來。在2018年電影《升級》（Upgrade）中，主角格雷（Grey Trace）和妻子遭到襲擊，他的脖子被擊中，妻子被槍殺。當格雷醒來後發現，他不僅失去了妻子，還發現自己四肢癱瘓，將在輪椅上度過餘生。
後來，格雷被植入了由著名科技創新者伊隆·基恩（Eron Keen）設計的一款名為「Stem」的電腦芯片（如果伊隆·基恩的名字與伊隆·馬斯克（Elon Musk）有任何相似之處純屬巧合），這讓格雷重新恢復了行走。Stem是一種人工智能（AI），它可以用別人聽不到的方式與他「交談」，甚至可以控制他的身體。接下來的故事你可能已經猜到。 現在，2019年中，混合有機體和電子機器的「賽博格」半機器人（生化人）技術的發展並沒有那麼激動人心，但仍然令人難以忘懷。2012年，謝爾曼（Jan Scheuermann）成為極少數植入腦-機接口的人。這個項目是匹茲堡大學（University of Pittsburgh）生物醫學工程師科林格（Jennifer Collinger）領導的研究項目的一部分，該項目由美國國防高級研究計劃局（Darpa）資助。53歲的謝爾曼因退行性疾病導致四肢癱瘓，她的頭部有兩個盒子狀的插座，連接著一個看起來像遊戲機樣的東西。 謝爾曼可以通過這個腦-機接口用她的意識控制機械手臂，讓機械手臂餵自己吃巧克力。三年後，她在電腦模擬器上成功地駕駛一架戰鬥機飛行。 美國國防高級研究計劃局自20世紀70年代以來一直在資助關於腦-機接口的研究，現在想要進一步接近電影《升級》中所看到的場景。今年早些時候，啟動的下一代非手術神經技術（Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology，簡稱N3）項目，目標是在未來消除對電極、連接線和腦部手術的需求。 隨著技術的發展，身體健全的人可以用它來與周圍的機器進行更快的交流（Credit: Getty Images） 該項目負責人埃蒙迪（Al Emondi）向來自美國六家領先研究機構的科學家們提出了一項任務，即開發一種硬件，讓它能夠從頭的外部讀取人的想法，而且體積要足夠小，可以嵌入棒球帽或頭枕中。根據埃蒙迪的說法，這種裝置必須是雙向的，能夠將信息以大腦能夠理解的形式傳回大腦。這種方法被比作心靈感應，或者創造「一個真正的腦-機接口」。 埃蒙迪要求科學家們用四年的時間，將這項新技術在實驗室完成，然而進入人體測試階段。馬斯克（Elon Musk）提出的升級版腦-機接口（Neuralink）計劃，雖然用無線通信形式取代了連接線，但仍需要進行高風險的手術才能將芯片植入大腦。 埃蒙迪說：「在職業生涯中，真正擁有改變世界的能力並不經常發生。如果能建立一個非侵入性的神經界面，我們就為一個全新的生態系統打開了大門，但這個生態系統目前還不存在。」 德克薩斯州休斯頓萊斯大學（Rice University）的電氣和計算機工程師，也是研究小組的首席研究員的羅賓遜（Jacob Robinson）說：「這個系統最常見的應用是幫助那些雙臂麻痺、四肢癱瘓和截肢的人，想像一下，如果能在不做手術的情況下，擁有與機器溝通的能力，那麼我們就可以向廣大用戶群開放這項技術，那些身體健全的人也可以用更快的方式與他們的設備溝通。」 大腦會發出各種各樣的信號，新技術必須能夠過濾才能正常工作（Credit: Getty Images） 研究人員認為，我們對腦-機接口的著迷也許有著更深層次的原因。馬里蘭州勞雷爾市約翰·霍普金斯（Johns Hopkins）應用物理實驗室的人類和機器智能研究負責人沃爾梅茨（Michael Wolmetz）說：「人類進化到目前，我們與世界互動的唯一方式是通過身體、肌肉和感官，我們非常擅長這樣做。但這也是我們與世界互動能力的基本限制。擺脫進化束縛，唯一方法就是直接與大腦互動。」 儘管美國國防高級研究計劃局對「為國家安全創造突破性技術和能力」的限制令人不安，但他在歷史上推動了許多開創性的技術，影響了人們的日常生活。互聯網、全球定位系統（GPS）、蘋果Siri等虛擬助手，以及現在的人工智能的快速發展，都得益於該機構在這些領域的資金投入。對腦-機接口的研究表明，這可能是一項足以改變遊戲規則的技術。但這並非孤軍奮戰。 馬斯克的神經鏈接項目只是眾多被腦-機接口潛力所吸引的項目之一。包括英特爾在內的主要科技公司也在這一領域開展工作。 對於那些成功取得技術突破的研究者和機構來說，他們將獲得豐厚的回報——預計到2022年，神經技術市場的價值預計將達到133億美元（合109.5億英鎊）。 在今天腦-計算機接口之所以成為可能，是因為在19世紀，科學家們試圖了解在動物大腦中發現的電活動。在20世紀20年代，伯傑（Hans Berger）發明了腦電圖儀（EEEG）來檢測人類頭骨表面的電活動並記錄下來。50年後，加州大學洛杉磯分校的計算機科學家維達爾（Jacques Vidal）進行了更深入的研究，並創造了「腦-機接口」（brain-computer interface, BCI）一詞。 然後，科學家們不得不等待計算能力的提高、人工智能和納米技術的出現，才能實現他們的願景。2004年，一位四肢癱瘓的患者，植入了第一個先進的電腦接口。這讓被刺傷後從頸部以下癱瘓他，只要想一下就能在電腦上打乒乓球。 任何需要外科手術植入的技術在身體排斥它之前，只能維持很短的時間（Credit: Getty Images） 儘管取得了這些成功，但問題依然存在。羅賓遜說：「我們所能傳輸信息的質量受到頻道數量的限制。而且這種接口需要在顱骨上開一個洞，使電極直接與大腦接觸。在身體排斥它之前，設備只能運行有限的時間；如果設備出現故障，很難把它們取出來。」 為了實現一個不需要腦部手術就能工作的接口的目標，埃蒙迪的團隊正在探索使用超聲波、磁場、電場和光等技術的組合來讀取想法並回傳到大腦。問題是如何從大腦發出的雜音中分辨出有用的神經活動。它還必須能夠通過頭骨和頭皮接收信號。 約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室團隊的首席研究員布洛吉特（David Blodgett）說：「當你考慮通過散射介質成像時，你必須面對幾毫米的頭骨相當於幾十米的海洋和大氣中幾公里的問題。」 埃蒙迪說：「但是我們仍然相信我們可以得到非常有用的信息。」 一些團隊正在研究埃蒙迪所說的「微小的侵入性手術」。他說：「可以在體內植入一些東西，但不能通過外科手術來做。」這意味著你必須吃東西，但要採用注射或者把它噴到鼻子裏的方法。也有團隊正在研究納米粒子，當它們到達大腦的目的地時，就會充當「納米傳感器」。這是一種非常小的粒子，其大小相當於空氣中75微米大小的顆粒，可以將外部磁場能量轉化為向大腦發出的電信號，反之亦然。另一項研究是利用病毒將DNA注入細胞，使其發生改變，從而完成類似的工作。 這一突破可能對截肢或四肢癱瘓患者有很大幫助（Credit: Getty Images） 如果這些技術有效，微創侵入性接口的性能應該與外科植入人體的芯片的性能相當。 接下來的挑戰是將信息從設備傳輸到計算機，並在瞬間給出響應。 埃蒙迪說：「如果你把鼠標和電腦連在一起，點擊鼠標，然後需要等上一秒鐘，才能開始工作，那麼這項技術就永遠不會起步。所以，我們要做的是超高速的事情。」 這些接口需要有「高分辨率」和足夠「帶寬」，或通信通道，以駕駛真正的無人機，而不是移動機械臂。 但即使能做到這些，我們又該如何溝通呢？我們是用文字還是圖片來交流？我們是和朋友聊天還在線支付賬單？每個人都有很大的獨特性？沒有人能知道這些問題的答案，因為規則還沒有寫出來。 巴特爾（Battelle）項目的聯合研究員甘澤（Patrick Ganzer）說：「所有的新界面都需要一些練習來適應。很難說這種新的腦-機接口使用起來會有多簡單。我們不希望用戶必須學習數百條規則。一個有吸引力的選擇是，將用戶的腦-機接口的輸出與半自動設備進行通信。用戶不需要控制每一個動作，而只需在計算機系統中設置一個『動態過程』。」 埃蒙迪更進一步說：「隨著人工智能越來越先進，我們與之交互的系統將變得更加自主。根據不同的需要，我們可能會說，『我想要那個球』，機器人就會自己去拿。」 然而，電影《升級》可能暗示了一個問題：到底是誰在控制局面？ 但也有一些線索。科林格說。「到目前為止，大多數腦-機接口已經從大腦活動中提取了詳細的運動或肌肉相關信息，即使用戶正在更廣泛地思考目標，我們可以在大腦活動中檢測出他們想要移動一個物體的方向，以及何時想要握緊手，由此產生的運動是直接指向物體的，使他們能夠把它拿起來。用戶不需要思考向左、向前、向下這些動作。」 目前還沒有像堡壘之夜（Fortnite）這樣的遊戲冠軍玩家自願植入芯片（Credit: Getty Images） 「操作BCI所需要的腦力在不同的參與者中會有所不同，但對非侵入性接口來說通常需要更大的努力。對於N3所帶來的任何技術能否讓用戶同時處理多項任務，還有待觀察。」 還有一個更關鍵的問題。沒有一個健全的人願意選擇嵌入一個接口，為了玩視頻遊戲如堡壘之夜或網上購物，所以無法知道他們的行為會不會因為一個接口而有所不同，如果芯片是在一個棒球帽裏，情況會不會有所改變。 面臨的道德困境也是巨大的。埃蒙迪說：「這項技術帶來的好處必須大於風險。但如果並不為恢復失去的某些功能，而選擇這項技術那就不一樣了，這就是為什麼非侵入性方法如此有吸引力。」 埃蒙迪補充道。「不能認為非侵入性方法，就對個人的神經接口沒有傷害——微波是非侵入性的，但它不會是一件好事。所以，這是有限制的。使用超聲波，必須在一定的壓力範圍內工作。如果是電場，就必須在一定的功率範圍內。」 強大的腦-機接口的發展，可能幫助人類在假想的技術奇點中生存，當人工智能超越人類智能並能夠自我複製時。人類可以利用技術升級自己，與這些新對手競爭，甚至與人工智能合併，這是馬斯克在推銷神經連接線時明確指出的。 沃爾梅茨說：「我們的人工智能系統越來越好。現在的問題是，人類在什麼時候會成為我們所使用的系統中最薄弱的環節。為了趕上人工智能和機器學習創新的步伐，我們很可能需要與這些系統直接對接。」 最終，這可能沒有任何區別。在電影《升級》的最後，Stem完全控制了格雷的身心。機械師的意識停留在田園詩般的夢境中，他沒有癱瘓，並和妻子生活在一起。 請訪問 BBC Future 閲讀 英文原文。