脑机接口的研究进展到什么程度了？
谢 神灯 讯飞开放平台邀 在正式的讨论之前，我们不妨看看16年前的新闻(2003年)，以‘标定’（calibrate）我们对这件事的预期： 在之前的评论 （如何评价伊隆·马斯克创办的脑机接口公司 Neuralink？） 中，我论证了如果走大批量出货和大规模应用路线，只能使用非侵入式脑机接口方案，并且这样的方案在目前的技术架构和可预期的未来存在着无法克服（理论上不可能）或者难以克服的（目前没有任何解决方案）问题，从而很难用来做大众使用的‘严肃产品’，主要原因在于： 从当前的消息来看，Neuralink计划走的是侵入式脑机接口路线，那么所面临的问题略有不同（更为复杂）。这当然包括FDA审查的问题、人体测试中难以预期的复杂性导致的意外、开颅手术的风险、伦理问题等等。先假设Neuralink能很快的完美解决这些外围问题，这样我们可以直接的讨论问题的核心，也就是当前方案在技术上需要解决问题以及理论限制，从而预估出这条路线发展的上限（显然不是媒体宣传的那么骇人听闻）。 Neuralink的技术情况可以通过两篇论文[1][2]一窥究竟。 论文1[1]是侵入式脑机接口领域的核心论文，该论文奠定了这个方向的基础，而且实际上直到今天，使用倾入式脑机接口技术来控制机械装置的效果也没有在这个基础上提升太多[3][4]。相比于该论文提出的‘经典’方法，Neuralink的改进核心在三个方面： 我们先假设这三个方面的改进都达到性能的理论上限，即 那么这样的设计能解决什么问题呢? 是不是跟2003年的报道方案本质上完全一样，跟论文1[1]本质上完全一致？ 我们在讨论脑机接口(Brain Computer Interface， BCI)问题时候，时常看到的报道，或者'业内'想要我们理解的的脑机接口是这样的架构： 可以看到这里有两条关键的通路，即1）脑->机通路 (信号从大脑提取，反映在外部世界上，控制机械等等)和2）机->脑通路（外部世界的信号传递回大脑）。有这两条完整的通路是非常重要的，这意味着完整的信号闭环，以形成闭环控制[5]的基础（闭环控制的重要性，已经在之前的评论中详细说明，这里不再赘述）。现有的侵入式脑机接口方案，无论是2003年方案的还是当今Neuralink，都依赖视觉反馈形成伪反馈回路。这样的反馈回路信号的效率相比于直接的神经信号传输和处理是非常低的，因此这样的方案都需要‘被试’进行大量的训练才能达到demo级的控制精度和速度。而在各种各样的demo中，我们还可以注意到一个非常有趣的现象：使用同样的方案，人的控制精度和速度不如猴子，而且人需要更长时间的训练。这也是当前方案或者说当前研究方向中最为尴尬的一点。 稍加总结我们可以注意到主要存在的两个问题：1）为什么人的训练配合度更好，反而训练效果更差；2）为什么不使用机->脑通路，让信号直接传递到大脑。 纫针相比与以往任何形式的电极，纵向尺度要小很多。因此纫针在植入之后会与更少的神经元接触，理论上信号会更纯粹，信噪比更好。甚至随着技术的发展，纫针可以做到更小的尺度，接触更少的神经元。但是，‘接触哪些神经元’的问题不会因此解决。我们当然希望一个电极只接触一个单一任务的神经元。现有的方案中，我们可以使用各种技巧让这些‘电极’只接触初级运动皮层或者其他运动相关皮层，但是我们需要注意到，所谓‘脑区功能’，并不是纯粹和单一的，而是具有‘多任务性’和‘多样性’的[6][7]，而且这种‘多任务性’和‘多样性’在人脑上比猴脑上表现的更为复杂。所谓‘多任务性’，是指‘运动皮层’等已经被认定的功能区还广泛的参与其他任务，所谓‘多样性’，是指参与其他任务的深入程度和复杂度在不同个体中表现各不相同，甚至可以是迥异。由于这些特性，植入运动皮层的电极会在很多其他的任务时候探测到信号，并在运动任务时候探测到其他任务的信号。即信号并不是‘任务解耦’的。这样的信号耦合在人脑上比在猴脑上表现的更为复杂，所以出现了侵入式脑机接口的运动控制训练，猴子比人效果更好的问题。信号的‘任务耦合’理论上可以通过深度学习等方法进一步的解决，但是这些方法需要的个体化的大数据从哪来呢？ 另外一个方面，我们是否掌握了使用外部信号大区域的任务定向激活大脑皮层的技术，也就是机->脑信号传递的问题呢？使用外部激控制少数几个神经元现在不是问题[8]，但是如何将外部信号准确地翻译成神经信号，以及如何将植入的信号转换成意识？这两个问题现在都是处在无从下手的阶段，其限制远不止于伦理困难。问题的根源还是在于我们对大脑“缺少了解”。如果用‘盲人摸象’来比喻认识事物片面的话，我们现在或许连大象在哪里都不知道。 很多人希望脑机接口能实现科幻小说中的场景，比如意识下载、完整的肢体控制、直接的意识交流。在这个问题上，当前的脑机接口是试图使用烟花使人上天，Neuralink则是万户式的烟花，而我们上天真正需要的是火箭。与其想象这些‘科幻’场景，不如脚踏实地地做好截瘫患者的运动康复和部分运动功能替代吧。