关乎|陈根：脑机接口，一个关乎“人”的终极神话( 二 ) 神经元|陈根|大脑|脑干|关乎

文章插图
脑机接口的技术两难
根据脑机接口与大脑的连接方式，可以分为非侵入式性、侵入式性和半侵入式性脑机接口。
【 关乎|陈根：脑机接口，一个关乎“人”的终极神话】在非侵入式脑机接口中，脑机接口设置在颅骨外，头部的上皮点位是其收集脑电信号的主流方法之一。但是这种方法收集的信号存在着伪迹过大（如眨眼伪迹和面部肌肉信号伪迹），信号带宽过低（一般小于70 Hz）和信号强度低（因为颅骨阻挡）的问题。而信号的质量直接影响了结果的质量，显然，再好的算法也救不回被污染的数据。
侵入式性脑机接口要求微电极植入头骨下的大脑皮层中，直接接触神经元细胞以此来获得更纯净的信号。在这种情况下，信号可能会被以高质量产生采集，但随着时间的推移容易出现疤痕组织，从而影响后续的信号接收此外，而一旦种植了侵入式性脑机接口/探针，就不可能将其移动来测量大脑的其他部分。
现有的电极阵列再怎么精密，考虑到实际的实验情况，一次能够同时记录到的神经元信号数目也基本都只有两位数，相比于整个大脑，甚至仅仅一个脑区或者核团之中天文数字的神经元总数，这么一点样本量究竟能说明多少问题本身都是个问题。
此外，侵入式脑机接口还面临慢性神经炎症，局部脑组织损伤等健康风险。比如，马斯克和他的团队使用的就是在皮质上植入和皮质里植入相结合的方式，将类似于微丝阵列（用于皮层上）和密歇根式探针（用于皮层中）的电极植入到人的脑内。尽管马斯克和其团队提到这个电极植入机器人可以避开脑血管，进而不打破脑血屏障，避免炎症的发生。
但是，与皮层相关的植入方式还面临着慢性神经炎症，局部脑组织损伤，以及局部脑组织损伤带来的细胞反应（小神经胶质反应和星形胶质细胞反应）还有电极穿透时引发的细胞外基质变化的反应。这些都是因电极植入引起的慢性脑组织反应，他们不仅会影响信号长期收集，还会引起人脑可能的恶性变异。
归根结底，脑机接口的输入信息也只是电极采集的大脑电活动。显然，若是用非侵入式的头皮电极，就只能隔着头皮、颅骨和脑膜记录到大脑宏观层面的脑电波（electroencephalogram, EEG），精度很差。而使用侵入式电极记录具体的神经元电活动，破解了精度局限，但数量和安全又成了问题。
事实上，无论之后的数据处理算法多么给力，但巧妇难为无米之炊，只要源头数据的问题没有解决，整个脑机接口技术就难以出现赛博朋克作品里那种爆发性的应用狂潮。

文章插图
一个关乎“人”的终极神话
脑机接口的发展其实与脑科学的进步密切相关。只有脑科学进一步发展，脑机接口的设计才能更加可靠。
事实上，目前的脑机接口，虽然也有各种意义上的进展和应用，比如通过记录分析脑电，让全身瘫痪的患者也能用电脑输入文字、甚至操纵机械臂和无人机，但这些依然是通过精妙的算法分析，在信息量极其有限并且满是噪音的原始数据中实现翻译，这也依然和科幻作品中的构思大相径庭。
脑机接口的神话是人脑与人的意识可能大幅提升，包括无限的记忆，更高速的运算，正面感受的增强，更好的专注度，视觉听觉的提升，甚至是心灵感应等超自然的想法。
另一方面，究其根本，神经冲动就是电与化学信号形成的网络，这就意味着可能转化为模拟信号和数字信号，这既可以让神经系统直连电子系统，甚至可以将人的记忆和意识彻底电子化，进而实现数字永生。
但显然，这是一个漫长的神话，在脑机接口走向神话前，必然要面临的是人们思维与意识的解码困境。而在目前的神经科学的研究中，科学家们对于脑内思维活动的分析还并不能做到直接读取到个体的所想和所思考。从科学研究的角度出发，脑内活动的理性理解，大部分是从事件跟神经活动的关联性出发的，其理解过程很依赖于研究者对关联形式主观判断的准确性。

文章插图
此外，现阶段，科学家对意识的产生的研究，对记忆塑造的方法以及不同脑皮质分区合作的机理尚没有定论。这些问题与脑机接口是否能实现让大脑与互联网或者个人服务器相连接的功能实现息息相关。
以记忆存储为例，事实上记忆的物理形式是什么？是神经网络的结构状态，还是分子网络的组学状态，这本身就需要界定。而要实现记忆的存储甚至转移，首先需要了解记忆的编码形式并能进行读取。