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大腦無疑是人體中最復雜、最神秘的器官。

作為智力的中心，運動的策劃者以及我們感官的歌喉，大腦不僅僅是一個被外殼和液體包裹著的3磅重的器官。相反，它是定義自我和廣義上的人性的皇冠上的明珠。

幾十年來，研究人員一直在探索將我們自己驚人的生物“計算機”與實際物理主機連接起來的潛力。這些所謂的“腦機接口”（BCI）在治療一系列疾病方面顯示出前景，包括癱瘓、耳聾、中風，甚至精神疾病。

這一研究領域的重要參與者之一是埃隆·馬斯克(Elon Musk)，他在2016年創建了Neuralink。該公司的短期任務是開發一種腦-機接口，以幫助患有神經疾病(如帕金森氏癥)的人。長期的使命是引導人類進入“超人認知”時代。

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神經科學基礎知識

但首先，我要講一些神經科學基礎知識。

神經元是傳遞和接收信息的特化細胞。神經元的基本結構包括樹突、胞體和軸突。樹突是信號接收器。胞體是連接到樹突的細胞體，作為傳遞信號的結構。軸突，也稱為神經纖維，將信號從胞體傳輸出去。

神經元通過突觸(即軸突-樹突連接)相互通信。神經元通過動作電位相互傳遞信息。動作電位可以定義為沿軸突向下傳遞的電脈沖，引起神經遞質的釋放，從而抑制或刺激下一個神經元(導致另一個動作電位的啟動)。

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植入物如何獲取和解碼腦信號？

那么，該公司和其他BCI公司將如何利用這個進化古老的系統來開發一種能夠獲取和解碼大腦輸出信息的植入物呢?

Neuralink 植入物由三部分組成：Link、神經線和充電器。

由神經外科醫生控制的機器人系統會將植入物植入大腦。 Link 是核心組件。它處理和傳輸神經信號。微米級的神經線連接到 Link 和大腦的其他區域。這些線還包含電極，負責檢測神經信號。充電器可確保通過無線連接為電池充電。

這種植入物具有侵入性，可以精確讀出來自大腦的電信號——不像非侵入性設備那樣敏感和特異。此外，由于其體積小，工程師和神經外科醫生可以將該設備植入非常特定的大腦區域，并定制電極分布。

Neuralink植入物將通過藍牙連接與應用程序配對。其目標是讓植入這種芯片的人通過簡單的思考來控制他們的設備或電腦。該應用程序提供了一些練習，以幫助指導和培訓個人如何將植入物用于其預期目的。這項技術將使有神經障礙(如癱瘓)的人更容易通過文本或語音合成進行交流，以及參與攝影等創造性活動。

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最近的一些研究進展

現有的文本和語音合成技術已經在進行中。例如，BCI平臺公司Synchron正在研究用Stentrode治療嚴重癱瘓的人。這種神經假肢旨在幫助人們通過藍牙技術(如短信、電子郵件)將思維與運動聯系起來。在一項用于肌萎縮側索硬化癥患者的研究中，初步結果顯示，通過直接意念，該設備改善了功能獨立性。

斯坦福大學的FrancisR. Willet博士正在開發利用BCI技術實現高性能手寫的軟件。這項技術也顯示出了前景。

Willet說:“我們已經了解到，在身體失去執行這些動作的能力后的整整十年里，大腦仍保留著制定精細動作的能力。”他最近報告了一項關于全身癱瘓患者的筆跡轉換的BCI研究結果。通過一種循環神經網絡解碼方法，BrainGate研究的參與者僅用意念就能每分鐘輸入90個字符，原始準確率高達94.1%，這個結果令人印象深刻。

雖然不是完全可植入的大腦裝置，但研究人員也研究了這種經皮植入物在慢性中風患者中恢復手臂功能的能力。由托馬斯杰斐遜大學助理教授 Mijail D. Serruya 醫學博士領導的 Cortimo 試驗的初步結果是積極的。研究人員植入微電極陣列，以解碼 2 年前經歷過中風的參與者的大腦信號和運動功能。參與者能夠在他們癱瘓的手臂上使用電動手臂支架。

Neuralink 最近發布了一段視頻，演示了在名為 Pager 的猴子使用操縱桿玩游戲時如何使用該界面。公司研究人員將一個稱為 N1 Link 的 1024 電極神經記錄和數據傳輸設備插入左右運動皮層。使用植入物，神經活動被發送到解碼器算法。在整個過程中，對解碼器算法進行了改進和校準。幾分鐘后，Pager 能夠用他的意念而不是操縱桿來控制屏幕上的光標。

馬斯克希望進一步開發Neuralink，不僅改變我們治療神經系統疾病的方式，也改變我們與自己和環境的互動方式。當然，這是一個遠大的目標，但在不久的將來似乎也不可能實現。

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未知數：倫理困境

BCI 技術未來面臨的一個主要難題是，研究人員并未完全了解有關大腦信號、人工智能 (AI) 軟件和假肢如何相互作用的科學。盡管計算卸載提高了人工智能算法的預測性，但存在身份和個人代理問題。

我們怎么知道一個動作真的是一個人自己思考的結果，或者更確切地說，是人工智能軟件的結果？當我們時間緊迫、用一只手打字或因為方便時，打字時的自動更正功能會非常有用。然而，它也很容易創建和發送意外或不適當的信息。

這些算法旨在從我們的行為中學習并預測我們的下一步行動。然而，一個問題是，我們是自己思想的作者，還是僅僅是在外力控制下傳遞信息的裝置。

“人們可能會質疑，他們經歷的新的性格變化是否真的代表了他們自己，或者他們現在是植入物的產物(比如，‘這真的是我嗎?’;“我是作為一個人成長了嗎?還是因為技術?”) 這引發了關于代理和我們作為人的問題，”多倫多大學Temerty醫學院的臨床生物倫理學家和助理教授Kerry Bowman博士說。

制定保護措施以確保我們思想的隱私非常重要。在數據就是貨幣的時代，建立邊界以保護我們的自主權和防止剝削（例如，被私人公司或黑客）是至關重要的。盡管 Neuralink 和 BCI 通常肯定會以深刻的方式推動神經工程的界限，但重要的是要注意這項技術的生物學和倫理意義。

正如鮑曼所指出的那樣:“在整個人類歷史中，在囚禁和酷刑等最惡劣的情況下，對所有人來說，唯一安全的地方就是自己的心靈隱私。”沒有人可以干涉，拿走，或捕獲到這些想法。然而，這項技術挑戰了個人隱私——這項技術(以及公司)可能會意識到這些想法。”

作者與參考信息

Leanna M. W. Lui, HBSc, is an MSc candidate at the University of Toronto in the Mood Disorders Psychopharmacology Unit.

Toward 'Superhuman Cognition': The Future of Brain-Computer Interfaces

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