昨天（8月1日），在南方科技大學和騰訊共同主辦的首屆“青年科學家50²論壇”上，由騰訊讚助的“科學探索獎”曆屆100位獲獎人，基於(yu) 對當今科學熱點問題的思考和對科學發展趨勢的判斷，提出了“十大科學技術問題”。其中一個(ge) 廣受公眾(zhong) 關(guan) 注的問題是“人腦和機器是否能實現直接通訊？”

對此問題的直接回答是：“可以，而且此技術已有多年的研究曆史。”目前的主要動機是想要幫助運動和感知功能受損的殘障人士，但技術發展和商業(ye) 動力不會(hui) 止步於(yu) 此。未來會(hui) 怎樣？我們(men) 請美國喬(qiao) 治城大學神經科學係教授吳建永對此做個(ge) 幻想未來。除卻目前的繁瑣技術，可能的走向是什麽(me) ？他認為(wei) ，腦機接口技術的未來發展可能完全脫出俗套，需要解決(jue) 的科學問題遠多於(yu) 技術問題。

撰文 | 吳建永（美國喬(qiao) 治城大學神經科學係教授）

我先對題目裏的“直接通訊“咬文嚼字一下，所謂的“直接”是什麽(me) 意思。按理講我們(men) 都明白，人腦和機器直接通訊就是往腦子裏插電線唄。但是，隨著技術的進步，人機通訊可以不用“插電線”，而用超聲，用光，用磁場或微波來進行。另外“電線”的定義(yi) 也會(hui) 隨著技術進步越來越模糊。比如，用無線傳(chuan) 輸代替穿過頭皮和頭骨的電線。又比如，利用與(yu) 神經細胞大小類似的無線芯片實現通訊，這樣電線雖然還是有的，卻隻在“最後一微米”存在，變成鍍在矽片上的薄層金屬膜，一邊是個(ge) 神經細胞，另一邊是個(ge) COMS晶體(ti) 管。甚至用神經細胞膜直接當做場效應管的柵極。

所以，我把“直接通訊”理解為(wei) “繞過天然的五官或肌肉，讓神經細胞與(yu) 電子線路進行直接的信息交換”。

為(wei) 什麽(me) 要繞過感官和肌肉呢？目前的主要用途是幫助感官損壞或不能活動的殘障人士獲得比較高的生活質量。我們(men) 都看到過能讓截癱病人打字、吃油條、喝可樂(le) 的新聞。

由於(yu) 腦機接口帶來的道德考慮，目前腦機接口的受眾(zhong) 主要是殘疾人。然而隨著技術不斷完善，應用會(hui) 逐漸變寬，“幫助殘障人士”的界限也變得模糊了。比如阿爾茲(zi) 海默症失憶患者將來有可能利用腦機接口來增強記憶，恢複生活自理的能力。那麽(me) 記憶差的人是否也能用腦機接口增強記憶？繼續發展下去就變成幫正常人增強記憶和思想活動的工具，比如所謂"腦讀”設備，利用腦機接口驅動的搜索引擎，數據庫等等。設想一下不用考大學，甚至根本不用上大學就能考滿分的感覺多麽(me) “好”（這種魔幻的生活什麽(me) 樣？有興(xing) 趣的讀者可閱讀我幾年前寫(xie) 的《裝上腦機接口是個(ge) 啥體(ti) 會(hui) ？| 小爐匠沙龍》）。

回憶一下第一次工業(ye) 革命的機器幫助了人類的肌肉，把鐵鍬變成挖掘機就掀起了社會(hui) 巨變，就不難設想人腦與(yu) 機器間實現高速通訊會(hui) 造成怎樣天翻地覆的社會(hui) 變革。到時候，大腦高度互聯的超級文明會(hui) 不會(hui) 終結目前建立在個(ge) 體(ti) 鬆散連接基礎上的人類文明？

這裏不討論人類文明結束以後的事，隻談談想在這個(ge) 巨變之前，我們(men) 作為(wei) 目前社會(hui) 中鬆散連接的渺小個(ge) 體(ti) ，怎樣改進腦機接口技術，逐漸讓腦機接口變得更安全可靠、更強大。

腦機接口的基本原理我們(men) 知道神經細胞利用電信號來相互通訊。神經細胞的電信號是短促的放電（圖1A），聽起來像收音機裏劈劈啪啪的靜電噪聲。如果在神經細胞旁邊放一個(ge) 電極，就可以接收到神經的放電（圖1B）。同樣，這個(ge) 電極也可以把外界的電流送過來，這個(ge) 神經細胞受電流影響就會(hui) 放電（圖1C）。這樣，電極與(yu) 神經細胞之間就實現了雙向的收發通訊。這個(ge) 雙向通訊從(cong) 大腦的角度看，神經細胞接受外部電流引起放電就叫產(chan) 生“感覺（sensory）”，而神經細胞放的電通過電極送出去就導致了“運動（motor）”。

圖1 腦機接口基本原理 A 左為(wei) 大腦皮層中的神經細胞，中為(wei) 神經放電的電信號，放電信號很短促，隻有大約千分之一秒。右為(wei) 同一個(ge) 細胞的一串放電。神經信息是編碼在其放電的個(ge) 數、頻率（單位時間內(nei) 放電數目）以及不同神經細胞之間的協同等幾種形式上的。B 當一個(ge) 電極靠近神經細胞時，神經細胞發出的放電信號（黑色豎線）就能被電極接收。電極的構造是一個(ge) 導電的尖端（紅色）和後麵的電線構成。電線周圍包裹著絕緣層（藍色）以防止漏電。C 當給電極通上電流時，神經細胞會(hui) 受電流的影響而放電。圖中紅線代表通電流的時間和強度，黑線代表神經細胞的放電。

腦機接口的電極一般包含一個(ge) 導電的尖端和一根外裹絕緣層的長電線。尖端用來接收和發送電信號，而後邊外裹絕緣層的電線則用於(yu) 遠距離傳(chuan) 輸時防止漏電。從(cong) 細胞的尺度上看，幾厘米的距離已經是千山萬(wan) 水了。所以，實現腦與(yu) 機器直接通訊在原理上是十分簡單的，隻需要用電極靠近神經細胞就行了。但從(cong) 技術上看，又不那麽(me) 簡單：電極尖端與(yu) 神經細胞需要靠得很近，距離稍遠信號就可能被噪聲淹沒。而尖端太近了可能會(hui) 破壞了那個(ge) 神經細胞，使這條通路失效。所以尖端的尺度、電極插入的方法、電極材料能與(yu) 腦組織相容性、電極杆是否足夠細、能否隨腦組織飄動而不引起損傷(shang) 等等，都是困擾現今腦機接口應用的技術性問題。

一個(ge) 電極的腦機接口那麽(me) 用一個(ge) 電極的腦機接口有多大效果呢？其實效果還是很可觀的。1960年代，耶魯大學腦機接口的先驅荷塞·德爾加多（J.M. Delgado）就成功展示了用1-2根電極的腦機接口可以讓一頭憤怒的公牛掉頭逃走（圖2）。其原理非常簡單，就是把一根電極植入腦子裏負責產(chan) 生恐懼感的結構（杏仁核）。當公牛向他衝(chong) 過來的時候，他通過遙控器向那個(ge) 電極傳(chuan) 入電流，讓杏仁核裏的神經細胞興(xing) 奮起來。這時牛就會(hui) 產(chan) 生一種無比巨大的恐懼感，掉頭跑掉。但是實際用的時候發現牛衝(chong) 得太快，讓人來不及躲。於(yu) 是他又在牛腦內(nei) 控製的結構（尾核）裏加了一個(ge) 電極。這個(ge) 電極一通電就能攪亂(luan) 牛跑步的動作, 感覺像踩上香蕉皮，牛就會(hui) 急刹車，立刻慢下來。從(cong) 那個(ge) 時代至今，已經有很多刺激腦皮層以下關(guan) 鍵結構的研究，也產(chan) 生了驚人的效果，如超過一切真實體(ti) 驗的欣快感或恐懼感，能讓衝(chong) 鋒的公牛突然僵住或讓僵住的巴金森病人瞬間恢複自由活動能力等（就是醫院裏常說的“腦起搏器”）。

圖2 德爾加多和他用腦機接口戰勝暴怒公牛的實驗

但德爾加多的實驗還不算真正意義(yi) 上的腦機接口，因為(wei) 它的電極影響了周圍一大堆神經細胞，隻是對正常神經過程進行幹擾。

1980年代，科學家做了一個(ge) 更精細的實驗說明操控少數神經細胞就能對決(jue) 斷產(chan) 生影響。這個(ge) 實驗是讓猴子看一個(ge) 屏幕，上麵有許多亂(luan) 飛的點點，類似於(yu) 圍著桌子飛的一群蒼蠅。這時讓猴子做個(ge) 遊戲，判斷是從(cong) 右向左飛的點點多還是從(cong) 左向右飛的點點多。如果猴子認為(wei) 向右飛的多，就按右邊的電鈕，認為(wei) 向左飛的多就按左邊的電鈕。猜對了有獎！剛開始的時候先玩80:20，即100個(ge) 點子裏有80個(ge) 向一個(ge) 方向飛，另外20個(ge) 向反方向飛。猴子很快就學會(hui) 了。然後研究人員就提高難度，75:25，70:30， 65:35 …… 越來越難。然而猴子都是打電玩的高手，玩了幾天，技能就提高到50:49。即滿屏飛行的點點裏哪怕有1% 的不對稱 ，猴子也能猜對。然後研究人員就開始耍賴，讓給猴子看沒差別的屏，即50：50。這種情況下猴子無論如何努力，都隻能蒙對一半。這時研究人員用一個(ge) 單電極腦機接口影響大腦皮層視覺區中少數幾個(ge) 神經細胞的放電，結果發現這樣微小的影響居然能改變猴子的猜左或猜右的決(jue) 斷。對這個(ge) 實驗您可以腦補一下，您在做決(jue) 定去看電影還是去喝咖啡時，腦子裏會(hui) 有萬(wan) 億(yi) 神經細胞在七嘴八舌地吵。這時是不是可以用影響其中很少數幾個(ge) 神經細胞的活動來讓您改主意？

多個(ge) 電極的信息優(you) 勢隻用一個(ge) 電極的腦機接口有兩(liang) 個(ge) 很大的缺點：一是通訊的信息量非常少，隻能在小範圍內(nei) 變化。第二是可靠性太差，如果這個(ge) 神經細胞“走神了”即不去參加您想控製的腦活動，或者躺平死了，那麽(me) 控製就失效了。所以，目前的腦機接口都需要很多電極。舉(ju) 兩(liang) 個(ge) 有新聞效應的例子，一個(ge) 是用一百多個(ge) 電極實現對手指的虛擬感覺（圖3），另一個(ge) 是用一百多個(ge) 電極實現截癱病人快速打字等等。

圖3 用多個(ge) 電極產(chan) 生虛擬感覺 A 把假手的每個(ge) 手指分成八個(ge) 區域（1-8），把每個(ge) 區域的壓力傳(chuan) 感器信號轉化成電流通進一個(ge) 電極。這樣假手上不同位置的不同壓力就能轉化成對不同神經細胞的不同發放頻率，以產(chan) 生虛擬感覺。B 電極植入腦皮層的位置示意圖，虛線代表腦皮層上的主要地標“中央溝”，中央溝後麵就是身體(ti) 感覺的手區。C 病人腦皮層上實際的感覺區與(yu) 電極的相對位置。淺黃色為(wei) 手掌感覺區，橘黃為(wei) 小指區，淡紫色為(wei) 食指區，紅色為(wei) 拇指區。灰色方塊為(wei) 電極陣的位置。從(cong) 圖中可以看出，植入電極的範圍雖然遠比手感覺區小，而且手指手掌的位置也和感覺區對不上。但是通過手眼結合的訓練，病人逐漸能學會(hui) ，產(chan) 生逼真的虛擬感覺。（圖源：Flesher et al., Sci. Transl. Med. 8, 361ra141 (2016) ）

用多個(ge) 電極獲得的信息量不是簡單的加和，而是一加一大於(yu) 二，能在好幾個(ge) 方麵獲得單電極測不到的信息。

首先，單電極隻能看到眼前一個(ge) 神經細胞放電速率的改變，卻不知道這是否隻有這個(ge) 細胞在“發神經”， 還是周圍很多神經細胞都在活動。而用多個(ge) 電極則很容易分辨這兩(liang) 種情況。這個(ge) 有多少個(ge) 神經細胞一起活動的信息很重要，因為(wei) 一般大腦想做點什麽(me) 事都需要大量神經細胞的參與(yu) ，因此看到很多神經細胞都在放電就意味著有一個(ge) 正在進行的神經過程。

其次，多電極可以看到不同神經細胞之間活動的關(guan) 聯。關(guan) 聯有正有負。正相關(guan) 指神經細胞A和B的活動同時增加或同時減少；而負相關(guan) 則是A增加對應於(yu) B減少，A減少對應B增加。細胞間的活動關(guan) 聯信息對於(yu) 解讀腦子想幹什麽(me) 很重要。比如在上麵提的用100個(ge) 電極實現快速打字的例子裏，神經細胞A， B，C的活動可能在病人想畫順時針圓圈的時候出現正相關(guan) ，而D，E，F活動出現負相關(guan) ；而當想畫右折角的時候，則出現B，D， F正相關(guan) ，A，C，E負相關(guan) 。這樣把多個(ge) 電極測到的放電送給AI的神經網絡去分類，再跟病人的具體(ti) 意願進行對比，就能更準確地猜出病人想寫(xie) 什麽(me) 字母串。

第三，用多個(ge) 電極可以獲得不同神經細胞放電信號之間的時間關(guan) 係。神經放電信號很短促，隻有1 毫秒（千分之一秒）的時間。如果A放電後B也緊跟著放電，就可以說二者間活動是同步的。同步是比相關(guan) 更強的聯係，提示二者間可能有物理聯係或共同接收另一個(ge) 神經細胞的信號。一個(ge) 神經過程經常是幾百萬(wan) 到幾億(yi) 神經細胞協同活動，其中包含高度複雜的相關(guan) 、同步和因果關(guan) 係。可以想象，腦機接口的電極數量越多，就越能透徹地分析出大腦想幹什麽(me) 。

如果把大腦比作一個(ge) 世界，每個(ge) 神經細胞比作一個(ge) 人，那麽(me) 顯然同時與(yu) 很多人通訊才能更準確地把握世界的動態。

多少根電極才夠用？目前鋼鐵俠(xia) 馬斯克的“縫紉機”已經能在動物腦子裏插3千多個(ge) 電極了。腦機接口的進化也符合指數定律（圖4），而將來的新技術有可能會(hui) 出現很快的增長。

圖4 腦機接口的電極增長速度 圖中藍色為(wei) 半導體(ti) 芯片上晶體(ti) 管增長數目，紅線為(wei) 腦機接口記錄到的神經細胞數量。從(cong) 曆史上看，晶體(ti) 管數目約每2年增加一倍（摩爾定律），腦機接口記錄神經細胞的數量大約是每7年增加一倍。丨圖源：Hong and Lieber, Nature Reviews Neuroscience (2019)
https://doi.org/10.1038/s41583-019-0140-6

那麽(me) 究竟需要多少電極才夠用呢？我們(men) 可以根據教科書(shu) 星空体育官网入口网站來粗略估計：

首先看觸覺：人的一個(ge) 手指尖的精細感覺需要大約3000個(ge) 壓力感受器，有這樣的分辨率才能讓您摸出沒洗臉的粗糙或使用高級化妝品後的細膩。如此，兩(liang) 手十指加上手掌，幾萬(wan) 個(ge) 電極不算多吧？

然後看視覺：眼睛是心靈的窗戶，大腦接收的外界信息有90% 來自眼睛；與(yu) 大腦相連的視神經占大腦與(yu) 整個(ge) 身體(ti) 相連神經總數的40%；50%的大腦用於(yu) 視覺信息的處理。視神經內(nei) 大約有120萬(wan) 根神經纖維（每根纖維由一個(ge) 神經細胞長出來，用於(yu) 把自己的活動信息送進大腦）。如此看來，要想通過腦機接口看電視，總得有百萬(wan) 數量級的電極吧？

最後看思想：我們(men) 知道腦殼裏有左腦和右腦，各自有自己的思想和脾氣，相當於(yu) 兩(liang) 個(ge) “人”住在一個(ge) 腦子裏。那為(wei) 啥您感覺不到這兩(liang) 個(ge) 人打架呢？因為(wei) 左右腦之間有很好的溝通。這種隨時隨地，非常良好的溝通需要有兩(liang) 億(yi) 根神經纖維。所以您雖然有時會(hui) 感到自己科學範兒(er) 和藝術範兒(er) 的矛盾， 或者用直覺做出違反邏輯判斷的決(jue) 定，但基本上思想還是和諧的，沒有左右腦互相想離婚的感覺。可以設想，若要讓大腦和機器無縫對接，和諧相處，需要億(yi) 數量級的電極。有這樣多的電極就能實現人腦-機器融合在一起的現象，腦子和機器不再會(hui) 鬧變扭，也不再會(hui) 有人想把腦機接口關(guan) 了，因為(wei) 關(guan) 機以後會(hui) 感覺腦子突然空了，突然變成傻子一樣。

大腦皮層中有約二百億(yi) 個(ge) 神經細胞，他們(men) 之間廣泛聯係，但主要的“互聯網絡”都是在附近幾毫米內(nei) 完成的，而遠程聯係（如左腦右腦之間）隻有很少量的一部分。所以最終腦機接口能達一億(yi) 根電極，即腦細胞數量的百分之一左右，是符合神經係統中短程和長程連接比例的。

回到本文的題目，人腦和機器直接通訊應該是沒問題的，而真正的技術挑戰是怎樣能讓通訊的容量超過自然速度，即超過大腦通過天然的感官和肌肉與(yu) 世界的通訊速度。由於(yu) 神經細胞本身速度的限製，增加電極的數目是增加通訊速度的唯一辦法。按視神經裏百萬(wan) 根神經纖維的編碼容量，我們(men) 可以估計出大腦天然的通訊速度大約與(yu) 一個(ge) 視頻通道相當。而大通訊容量腦機接口的關(guan) 鍵就是“最後一微米”工程。即怎樣讓大量的電極與(yu) 大數量大神經神經形成可靠的連接。

從(cong) 一萬(wan) 個(ge) 到一百萬(wan) 個(ge) 電極達到一萬(wan) 電極大概不難，也許馬斯克的縫紉機幾年內(nei) 就能做到。但是繼續增加幾個(ge) 數量級的電極就不再能用目前的軟電極技術了，因為(wei) 要插入腦皮層的電線實在太多了。

連接一百萬(wan) 個(ge) 電極的腦機接口有可能采用不用插入的平麵電極陣。這個(ge) 電子技術目前已經有了，類似於(yu) 手機上相機上用的CMOS芯片。手機相機輕易能達到幾百萬(wan) 個(ge) 像素，其中每個(ge) 像素就是一個(ge) 測量光強的感受器。如把光感受器改成電感受器（電極），就可以變成有幾百萬(wan) 電極的腦機接口。我們(men) 看看手機的相機，可以發現幾百萬(wan) 光感受器的信息並不需要幾百萬(wan) 根電線通出來，而是把信號在相機矽片上已經整理好了，從(cong) 一根電線上循序導出。類似地，人們(men) 可以把神經細胞放電的信息在芯片上進行預處理，然後再用一根線把神經細胞放電的信息順序導出。這個(ge) 技術也叫“CMOS電極陣”，目前已經用於(yu) 研究工作。

那麽(me) 百萬(wan) 電極的技術瓶頸在哪裏呢？瓶頸就是怎樣讓神經細胞和電極形成一對一對的聯係。我們(men) 知道電極必需靠近神經細胞才能接收或發送信號。在一個(ge) 有百萬(wan) 電極的兩(liang) 維芯片上，怎樣讓百萬(wan) 神經細胞每個(ge) 都湊近一個(ge) 電極接點，形成穩定的信號通路呢？這情況看著有點像在一個(ge) 萬(wan) 人體(ti) 育館裏，記者席上密集排列一萬(wan) 個(ge) 麥克風。這時讓觀眾(zhong) 席上的每一個(ge) 人對著其中一個(ge) 麥克風說話，達到既能聽見又互不幹擾的目的，看著像個(ge) 不可能完成的任務。

但是這個(ge) 問題也許可以通過對神經細胞的操控來解決(jue) 。我們(men) 知道神經細胞上有很多枝叉，用來傳(chuan) 遞和處理信息。這些枝叉不是像樹枝一樣是固定的，而是像章魚觸手一樣可以動來動去。在生物實驗中培養(yang) 神經細胞的時候，很容易觀察到單個(ge) 神經細胞可以自己長出長長的觸手 (neurites)，和周圍其他的神經細胞聯係起來（圖5）。由此可知神經細胞有向外生長，尋求刺激的原始動力。神經細胞枝叉的生長速度和方向受幾種神經生長因子的調控。

圖5 人工培養(yang) 的神經細胞之間形成的連接 圖中白色亮圈所圍繞的圓形物體(ti) 是神經細胞，暗色的條狀物是神經細胞長出的枝叉，神經細胞靠這些枝叉互相交聯傳(chuan) 遞信息。神經細胞在開始培養(yang) 時，像一個(ge) 個(ge) 小球，互相獨立，之後幾天內(nei) 就長出枝丫並與(yu) 周圍的其他細胞接觸。

既然神經細胞有持續生長的動力，如果電極點上釋放吸引神經生長的化合物，並且在電極表麵提供與(yu) 神經細胞膜粘結的小分子，那麽(me) 就有可能吸引神經突長過來，在芯片上形成大量穩定的電極-細胞界麵。

這個(ge) 思路叫“神經生長電極”（neurotrophic electrode)，由腦機接口的前輩菲爾·肯尼迪（Philip Kennedy）發明。在他的原型器件裏，電極尖端是放在一個(ge) 玻璃管裏了，管內(nei) 含有神經生長因子（圖6）。菲爾是個(ge) 傳(chuan) 奇性的人物，十幾年前因為(wei) FDA的手續問題和NIH研究經費的問題，他失去了在美國進行人體(ti) 試驗的能力。可是他不甘自己的發明和自己一起在沒經費的狀況下逐漸老去，於(yu) 是自費飛到規矩不嚴(yan) 的巴西，讓醫生在他自己的腦子裏植入了這種電極。不幸的是，他在自己身上的實驗也失敗了。

圖6 菲爾·肯尼迪和他的神經生長電極 A 肯尼迪的神經生長電極，箭頭所指的綠色錐形管是個(ge) 吸引神經生長的玻璃管。B 玻璃管的放大照片，裏麵有兩(liang) 根記錄電極。C 菲爾在他的實驗室裏，背後的儀(yi) 器可以看出是1950-60年代的水平。D 神經生長電極的原理圖，采自他2008年的文章。上麵是實際記錄到的神經發放，信號質量非常好，下麵示意當電極埋入大腦皮層後，遠處的神經細胞受生長因子的吸引長入玻璃管。

在科學研究上，失敗是日常，成功則是奇葩。也許過幾年哪個(ge) 億(yi) 萬(wan) 富翁會(hui) 撿起這個(ge) 概念，把生長因子和CMOS 電極陣組合起來，創造一個(ge) 風頭超過馬斯克1000倍的腦機接口。注意，目前的腦機接口電極與(yu) 神經生長電極的理念是非常不一樣的，腦機接口是把電極暴力插入，憑運氣靠近神經細胞。而神經生長電極則是用生長因子吸引遠處的神經細胞長過來，這種方法技高一籌的原因是，電極可以長的離神經細胞非常近而避免插電極時對這個(ge) 神經細胞造成損傷(shang) 。而常規插電極的腦機接口總會(hui) 造成電極附近的神經細胞損傷(shang) ，畢竟插到很近又不損傷(shang) 細胞是個(ge) 小概率事件。此外，由於(yu) 神經生長電極是自己長到電極上的，因此結構比較穩定也能隨著電極運動。實際測量證明，這種技術可以穩定記錄十幾年時間，這是目前其他電極難以達到的。

怎樣達到一億(yi) 個(ge) 電極億(yi) 級數量的電極應該遍及各個(ge) 腦結構，而不是集中在一個(ge) 腦區。另外那麽(me) 多電極已經不可能再有電線，應該用無線網把神經信號傳(chuan) 給外麵的接收器。目前的IPv4互聯網已經能同時連接四十億(yi) 個(ge) 器件，所以電子工程並不是瓶頸。而瓶頸是微小的電池和把大批微小的腦機接口布置到腦皮層裏。把電子線路做得像神經細胞一樣小並不難，但是要給這億(yi) 萬(wan) 個(ge) 摻雜在神經細胞間的“小手機”充電可就太難了。目前的一種辦法是用超聲波供給能量，但為(wei) 了提供足夠的能量卻需要一塊很大的晶體(ti) 來接收聲波，如此就不能把無線裝置做得像神經細胞這麽(me) 小。

另一種辦法是血糖電池，就是利用葡萄糖氧化的能量提供電力。目前血糖電池理念還比較傳(chuan) 統，即利用氧化還原電極和催化劑，或利用降解葡萄糖的酶來提供電子。這類裝置的缺點是有自己的使用壽命，而且還使用不能生物降解的材料。能不能有一種永遠不會(hui) 磨損的血糖電池呢？

我個(ge) 人的想法是利用身體(ti) 本身的細胞來發電。我們(men) 都知道的電魚產(chan) 生的高壓電能輕易電倒一頭牛。細胞發電原理已經研究得很清楚，首先是細胞內(nei) 部有一套完善的代謝係統，逐步承接糖氧化產(chan) 生的高能電子，並儲(chu) 存在高能分子ATP中，然後再用ATP帶動細胞膜上的離子泵積聚化學能（像水壩蓄水），再利用離子通道把化學能變成電能。身體(ti) 裏大部分細胞都有離子泵和離子通道，所以都是小電池，而腦組織裏的小膠質細胞不但能發電，而且能不斷再生的，是取之不盡用之不竭的電池。我們(men) 需要的隻是在芯片上建一些停泊細胞的“采電樁”讓小膠質細胞緊密停靠。采電樁的周圍需要一些蛋白分子防止漏電，即利用組織之間緊密結合的蛋白結構（tight junction），而采電樁本身則需要用另一種導電的蛋白結構（縫隙連接，gap junction）與(yu) 膠質細胞的膜融合。這兩(liang) 種蛋白結構都是現成的，被億(yi) 萬(wan) 年的生物進化優(you) 化過，也是電魚產(chan) 生高壓電使用的常規零件。我們(men) 現在需要的是搞清這些蛋白分子的結構，知道他們(men) 連接的具體(ti) 位點，這樣就可以用芯片上的小化學分子模擬連接的結構，把細胞固定在采電樁上。

當能源問題解決(jue) 以後，像細菌那樣小的電子線路就可以用來把神經信號變成無線電信號。測量神經電信號的電極可以由自組裝的微米器件構成（圖7A 紅色小球）。因此這種小裝置會(hui) 有個(ge) 與(yu) 神經細胞類似的長長外形（圖7A）。

另外一個(ge) 科學難題是怎樣把一億(yi) 個(ge) 小裝置布置到腦子裏？一個(ge) 仿生的辦法是讓改造後的巨嗜細胞把電路吞吃進去（圖7C），然後讓巨嗜細胞從(cong) 毛細血管裏通過血腦屏障，遊走進腦組織再把電路釋放出來。

圖7 微型無線腦機接口 A 構造示意圖。1，電極觸手由自組裝微米顆粒構成；2，無線接口芯片；3 充電樁；4 停泊在充電樁上的小膠質細胞。B 小膠質細胞的照片（綠色）和周圍的神經突起（紅色）。C 血液中的巨嗜細胞，可以經過改造後攜帶微型腦機接口，並通過血液送進腦組織。D 布置在大腦皮層深部的微型無線腦機接口（想象圖），左麵圖中深色斑點是腦皮層中的神經細胞。

電極太多是不是內(nei) 卷？應該提一下，業(ye) 內(nei) 有些人並不認可電極越多越好這種說法，就連上麵提到的大神菲爾·肯尼迪也認為(wei) 可靠連接比數量多更有意義(yi) 。他們(men) 的論點是這樣的：大腦活動的時候雖然有大量神經細胞參與(yu) ，但大家是協同幹同一件事，互相不擰巴。假定用一百個(ge) 電極去測量，就能基本上明白大腦想幹什麽(me) ，精確率達到90%。那麽(me) 把電極數量提高十倍，也許精確率會(hui) 提高到99%，電極數量再提高一萬(wan) 倍呢？精度達到99.99%。照這麽(me) 算，有必要為(wei) 了不到1%的改進而增加99%的費用嗎？是不是有點煤老板受騙的感覺？

但是另一派認為(wei) 目前的腦機接口隻能幹些非常簡單的事，要幹比較複雜的事，就一定需要與(yu) 大腦皮層大量神經細胞廣泛互動。比如上麵說的用腦機接口看電視就需要很高的通訊速度。另外如用腦機接口代替小腦的功能，就需要用大數量大電極讀取全身許多肌肉的張力，並配合人運動的意向來發出大量運動指令控製不同的肌肉。

結語腦機接口技術在未來的發展可能完全脫出俗套，需要解決(jue) 的科學問題遠多於(yu) 技術問題。科學上的問題比如怎樣讓電極吸引神經突觸，怎樣製造細胞電池的采電樁，怎樣讓芯片從(cong) 血液裏進入腦組織等目前還處在幻想階段。但幻想經常是新技術的動力，腦機接口本身也是來源於(yu) 科幻小說。

從(cong) 哲學層麵上講，有人認為(wei) 腦機接口早晚會(hui) 終結人類文明，其後果甚至遠比核大戰更壞，因為(wei) 核大戰之後至少還能留下可以進化的原始人，而腦機接口則會(hui) 讓人類變成螻蟻一般的低級生物。但另一種說法是，人工智能也許不用腦機接口就可以輕易戰勝人類， 讓人類不如螻蟻。而腦機接口的發展相當於(yu) 給人工智能的文明摻入人類文明的成分， 或讓人類在網絡的雲(yun) 裏得到永生。

然而，我們(men) 都知道“我思故我在”這句名言，意思是說人的“思想”“意識”和“生存”這些概念都是和“我”這個(ge) 概念緊密相連的。腦機接口讓“我”融入雲(yun) 端，這樣“我的意識”也就變成了雲(yun) 端的一些運算過程。如此，我將非我，那“我”還存在嗎？

內(nei) 容來自：返樸（ID：fanpu19222）

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