马斯克脑机接口公司芯片出问题，脑机接口安全性引关注

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日前，有消息称，马斯克脑机接口公司透露，其首台脑机接口测试仪的植入芯片出现问题，部分接线脱落，工作人员已修复。虽然这一问题目前并没有直接威胁受试者的人身安全，但脑机接口的安全问题再次引起人们的关注。

脑机接口，相信很多人对它的认识都是从科幻电影开始的：一根数据线将我们的大脑与机器连接起来，让我们可以随着思想“随心所欲地移动”。脑机接口到底是什么？它是如何实现的？安全吗？它会给我们的生活带来哪些改变？人机共生是不可避免的吗？

什么是脑机接口

在了解脑机接口之前，我们先简单了解一下我们大脑的工作过程。

人脑中约有1000亿个神经元细胞，这些神经元细胞通过突触连接在一起，形成复杂的神经网络。你所听到的、看到的、感觉到的、所做的、所说的，都是通过神经元细胞的“放电”来完成的。相邻的突触将这些加密的神经电信号传递到下一个突触。神经元细胞最终实现看、说、听、思考的目标。正是因为神经网络中的这种电信号的穿梭，我们才能进行复杂的思维活动。

△信息图表

脑机接口是一种允许大脑神经信号与外部设备直接进行信息交换的技术，省略了无数的神经元传输。可以简单理解为：这是一种让大脑直接与外部设备“对话”的技术。一位脑机接口领域的研究人员解释说，脑机接口一方面是阅读，另一方面是写作。 “写作比阅读更难。”

“读”的目的是完成解码和控制。

“通过特殊的电极，脑机接口可以读取大脑中的神经信号，如果用图表来呈现，就会是很多条振荡线，这就是我们每天看到的脑电图。”研究人员说，接下来你需要研究你的大脑希望你做什么。在正常人的大脑中，我们的脸部、手部、腿部和身体其他部位的肌肉和骨骼可以识别该信号并做出相应的反应。脑机接口捕捉到这个信号后，会对它进行分析、处理和翻译。转化为机器能够理解的指令，从而实现脑机连接。这就是解码。

△信息图表

接下来是帮助实现控制的机器。翻译后的信号被发送到各种设备，例如机械臂、轮椅等，这些设备将根据人的意愿移动。

所谓“写”，就是将外部信息“写入”大脑并对其进行刺激。 “中风、癫痫、帕金森等神经系统疾病的治疗都是通过写作来完成的。”

“阅读和写作很好地体现了脑机接口的交互性。”研究人员说。

大脑和机器是如何连接的？

脑机接口，大脑和机器的连接方式是关键。

“目前脑机接口主要有三种技术路径：非侵入式、侵入式和半侵入式。”这位脑机接口领域的研究人员表示，三大路径各有优缺点，最大的区别在于信噪比（接收到的有用信号的强度）之间的权衡以及接收到的干扰信号的强度）和安全性。

非侵入式，简单易懂，是非侵入性的，可以在头皮上进行。优点很明显：不感染，几乎没有风险。 “但它只能监测神经信号的整体活动，而且信号较差且不准确。”研究人员解释说，头皮、头发、角质层等非侵入性方法会极大地干扰信号。 “此外，通过头发采集脑电图时，通常会涂抹导电膏来增强信号，但导电膏在几个小时内就会干燥，信号会再次恶化。”

“侵入式方法需要将电极植入大脑皮层，直接植入神经元细胞群，数据量巨大，读取的脑电波准确，信号好。”研究人员表示，由于传输的信号量巨大，在马来西亚SK公司进行此项试验之前，只能通过电线来完成。这条线从头骨内部移动到外部。如果长时间放置在非无菌环境中，很容易发生感染。 “马斯克的公司对植入式脑机接口的人体试验已经使用了无线技术，这无疑是一个巨大的技术进步。”

“长此以往，电极会因为排异反应而慢慢失效——身体的自我保护机制会想办法把异物挤出来，渐渐地，疤痕组织之类的东西就会包裹住电极，信号就会得到情况越来越糟，直到失败，无法消除。”

被“失效”电极覆盖的神经元对应的功能还能用脑机接口实现吗？

“针对这个问题，马斯克公布的解决方案针对剩余信号优化了算法。这种处理方法重新实现了预期的功能，但这不一定是长期解决方案。”

有没有安全信号的好方法？

“这就是半侵入性方法想要解决的痛点。”为了便于理解，这位脑机接口领域的研究人员将大脑的结构与鸡蛋的结构进行了类比：头骨就是蛋壳，蛋壳与蛋清之间的薄膜就是它。就是脑硬膜，大脑就在脑硬膜下面。 “半侵入式方法是指将电极放置在脑硬膜外，不会引起排斥反应，可以避免颅骨的屏蔽，直接获得比无创法更准确的数据。”更清晰的神经信号。”

另一方面，相比侵入式，由于技术原因，半侵入式需要的信号较少，因此信号可以无线传输，大大降低了感染风险。据悉，清华大学团队自主研发的设备选择了这条技术路径。

三种技术路线各有利弊，相辅相成。当前，我国正在积极推进三种发展道路。 “以前，我们的脑机接口领域在国际上处于追赶阶段，但经过20多年的发展，近年来我们在某些领域已经赶上了甚至超越了。”研究人员说道。

生活的哪些领域已经“连接”了？

脑机接口虽然不像智能手机、智能家居那样普及，但在一些特殊领域已经实现了“连接”。

医疗的

科学家研究脑机接口技术的最初动机来自于医学领域，目的是帮助患有严重运动功能障碍的患者重建肢体运动能力。目前，它的初衷已经得到很好的实现：脑机接口在医疗领域展现出了巨大的生命力。

脑机接口可以成为瘫痪患者大脑与其外部“躯干”之间的一座桥梁，帮助他们用思维找回物体；它还可以使残疾人的假肢更准确地执行大脑指令。由于大多数药物难以通过血管进入大脑，传统药物对于治疗帕金森症、癫痫等神经系统疾病效果不佳。脑机接口技术可以直接调节和干预脑神经，达到意想不到的治疗效果。

例如，在帕金森病的治疗中，电极可以用来准确检测大脑的哪些区域出现问题，刺激大脑的运动神经，抑制大脑的异常放电，缓解帕金森病患者的震颤等症状。

2023年10月，清华大学医学院洪波教授团队与首都医科大学宣武医院合作，将自主研发的半侵入式无线微创脑机接口植入高位截瘫患者大脑中。经过3个多月的康复训练，一名瘫痪15年的患者实现了大脑独立控制喝水，手臂变得有力，甚至能感觉到冷热。

“目前，侵入式、半侵入式方法的伦理审查要求非常严格，只有患有癫痫、高位截瘫等疾病的患者才允许进行植入，这也是出于对患者负责的态度。”脑外科医生。计算机接口领域的研究人员表示：“但随着技术的发展，未来更多疾病类型的患者将受益于脑机接口。”

未来，随着技术的不断升级，脑机接口还可以利用外部干预来减轻焦虑、抑郁、恐惧和疼痛；他们还可以安装外部视觉，将外部视觉信号直接插入大脑视觉皮层，以降低眼睛受损的风险。视网膜受损或失明的人可以恢复视力。

△用于深部脑刺激治疗的类起搏器装置的国外样品。其电极植入大脑的特定部位，可以为抑郁症患者提供“情绪开关”。

行业

“工业领域是目前除了医疗领域之外应用最广泛的领域。”北京华奥科技发展有限公司创始人唐在熙表示，可应用于矿山、基础设施、石油石化、电网建设等领域，提高施工安全性和效率。

“我们使用干电极，不需要涂抹导电膏。我们通过自主研发的自动滤波器解决了噪声识别和处理的问题。”唐在熙介绍，脑机接口硬件嵌入日常安全头盔中。该安全帽可用于预警和干预，并能根据作业人员的状态及时提供精准作业人员的实时状态分析，避免因状态不佳导致操作失误，造成重大损失；此外，通过对工人身体状况进行实时监测，避免因身体状况急剧下降而造成人员伤亡。 “目前，我国的高原建设和地铁建设，如北京13号线的延长线、重庆、广州的地铁建设，都使用了脑机接口功能。”

△脑机接口智能监控平台

脑机接口在采矿中的应用也将在一定程度上减少采矿事故的发生。 “未来，矿山等高风险场景将是脑机接口工业应用的主战场。”

此外，驾驶领域也将受益。 “在危化品运输、长途客运等方面，一旦发生事故，将会造成严重的人员伤亡。”唐在熙解释说，脑机接口可以实时识别驾驶员的状态，并进行预警干预。 “我们会在出现风险时提前通知人们。”

△监控重型矿车司机的驾驶状态

学习

脑机接口能否帮助我们提高学习效率？上述脑机接口领域的研究人员对此表示肯定：“虽然目前还没有广泛应用，但利用脑机接口探索人脑的潜力还是值得期待的。”

“目前脑机接口对于运动员的注意力训练非常有效，将采用经颅电刺激的方法来提高运动员的表现，听说美国NBA球员都用这种方法进行训练。”

“我们大胆地认为，如果脑机接口发展到非常强大的阶段，人们不需要读书就可以学到很多知识，只需要把书上的内容直接‘写入’到相应的大脑皮层中，就会研究人员笑着说，这就像《哆啦A梦》中的记忆面包一样，只要吃一块面包，就能知道上面印着的一切，“如果能实现的话，那就很有趣了。”那么竞争的将是大脑中芯片的内存大小。”

△信息图表

2019年，一份学术期刊发表了一项有趣的研究。鸟类必须向父母学习唱歌。如果一只鸟从出生起就从未听过父母唱歌，它的唱歌方式就会与其他鸟不同，也就无法与其他鸟交流。这项研究找到了一只自出生以来就没有与其他鸟类接触过的小鸟，然后利用技术手段将其他鸟类歌唱的旋律“写入”小鸟的大脑中。小鸟通过“写”的歌声，还可以与其他鸟儿交流。

心灵感应可能吗？

那么我们在科幻电影中看到的一些场景——

用人类的意念控制另一个星球的分身；佩戴设备玩游戏，犹如身临其境，感受真实；人们可以通过心灵感应直接交流，无需说话......

是否可以？

△电影信息图

“这些还是太科幻了，我们距离这一天还有很长的路要走。目前，由于人类认知水平和大脑科技水平的限制，我们还无法达到这个水平。”这台脑机接口领域的研究人员解释说，解码人脑非常困难，语义解码更是困难。研究人员表示，目前人们对于脑机接口设备的开发通常都有明确的目标，或者至少在运动控制层面有具体的目标，比如举起机器人手去拿一杯水。

直到今天，我们还不知道在哪里放置脑机接口，放置多少个，以及如果我们想要读取思想而不是仅仅关注运动，如何避免大脑充满电极。

很多人梦想脑机接口能够成为普通人都能使用的技术，成为我们意念控制的重要辅助设备，像使用手机、电脑一样方便。

“目前，健康人最常见的用例是玩游戏，主要依靠脑机接口来增强人们的认知和感官能力，从而实现游戏控制。”研究人员补充道，但由于目前大多数非侵入式设备都比较笨拙，需要使用导电膏，而且游戏体验不佳。 “未来，如果干电极领域能够有重大突破，不需要涂抹导电浆料，可以佩戴使用，当然成本也会降低。到那时，可能会有更多的是日常应用。”

安全性如何？

说了这么多应用场景，如果没有强有力的安全保障，脑机接口就不可能实现大规模应用。

目前脑机接口的安全性如何？上述脑机接口领域的研究人员表示：“虽然脑机接口的安全性正在逐步提高，但距离大规模、安全应用还有一段距离。”

首先是提高硬件安全性的问题。目前，植入式脑机接口仍无法解决排斥问题。 “在生物相容性方面仍然存在巨大的挑战，如何最大限度地减少甚至消除电极植入后的排斥反应，需要大量的时间来研究和解决相关材料。”

另一方面，目前医疗水平的植入手术可以保证基本没有问题，但植入后的长期安全性却无法得到保证。目前的临床试验数据表明，脑机接口在小规模应用中是安全的，但大规模应用还需要进一步验证。这包括术前评估、术中精确度以及术后恢复和监测。

“隐私问题不容忽视。”唐在熙表示，脑机接口会读取大脑信号，涉及个人隐私数据。 “就像手机中的隐私数据一样，脑机接口中的数据也必须受到保护，免受攻击和泄露。”这需要多层次的安全保护措施，以及制定严格的隐私政策和法律以及确保用户数据不被滥用的法规。我国相关产业政策对此已有涉及。 “但目前脑机接口还处于早期阶段，应用基本都在医疗领域，主要是要保证患者信息不泄露。”

△信息图表

“总体来说，脑机接口还处于测试阶段，距离真正做到让所有人安全无忧，还有一段路要走。”研究人员表示，随着技术的进步和更多临床数据的积累，我们有理由相信脑机接口将变得越来越安全，并最终广泛应用于医疗、教育和生活的各个方面。

瓶颈与发展

虽然脑机接口设备的技术路径和愿景很明确，但其目前的发展面临着很大的瓶颈——人类对大脑的了解非常有限。可以说，当前脑机接口应用层面的技术正在向“知道正在发生什么”的维度发展，而“知道为什么会发生”的层面还处于迷雾之中。到目前为止，还没有人能够解释神经元之间电信号和化学信号的传递如何导致感觉、情绪和决策。

“人类对大脑的解码还太少。目前已知的领域都是基于一百多年的积累，因为研究本身就非常困难。光是获取数据就很困难：实验对象无法轻易找到，但很难进行大规模研究。”

脑机接口领域的研究人员补充道，如何破译“脑密码”并将其转化为机器可以读取的数据流，是当前脑机接口应用面临的巨大挑战。 “采集到的脑电信号就像一本圣经，如果你不研究它，你不会知道它代表什么。如果你想在外部设备上形成机械力，无论是电动开关窗帘还是电动开关，其他的东西，你需要将其转换成机器可以理解的代码。”

△信息图表

另一个有点出乎意料的瓶颈不是芯片，而是包含电子器件和其他设备的“小盒子”必须如何密封和连接。

“植入体内的设备含有电子元件，这些元件无法与人体直接接触，需要密封。要留下一个口来传输电子信号并防止大脑中的液体进入，这是非常困难的。其中之一“关键部件叫馈通”，研究人员表示，现在这种装置只能进口。 “据我所知，这款设备海外只有一家公司能够生产符合标准的植入物。业内有人曾经采购过一批，回来后发现不达标，就直接说：“我不想要这个。 “这让你很不舒服。”据报道，目前还达不到标准，已经有国内团队在寻找国内厂商，看看能否投入研发去做东西。

△信息图表

对于脑机接口的盈利问题，专家直言还是在花钱。

脑机接口作为新兴科技产业，发展潜力巨大。然而，如何发展优质相关产业，是脑机接口面临的挑战之一。

“整个脑机接口行业还处于投资期。”唐在熙指出，事实上，技术研发仍然需要与市场需求相结合，形成良性循环。 “我们公司的研究与市场紧密结合，我们在商业化过程中进行研究，利用市场的力量来驱动工业脑机接口的健康发展。”

上述研究人员表示，我们不能同时进行研发和生产设备。 “科研机构与产业的结合，可以避免研发走弯路，减少研发时间。”除了产学研紧密联动外，行业内各领域的开放共享也将加速相关产业的发展。比如上面提到的装电极的“小盒子”，研究人员表示希望将其打造成一个通用的平台：科研机构可以用它进行科学研究，医院可以用它进行治疗，同时，相关设备的上下游厂商也能从中获利。 。

△信息图表

未来，脑机接口会像手机、笔记本电脑一样融入我们的生活吗？人类和机器可以共存吗？

“也许二十年前，我们还在讨论人们是否应该每天使用手机，但今天手机已经成为我们不可或缺的一部分。而脑机接口现在也被广泛讨论。”脑机接口领域的研究人员表示，目前来看，它给正常人带来的好处大于坏处。一方面需要开颅植入或者佩戴非常不方便的设备。另一方面，能够实现的功能还很少。 “但当脑机接口极其安全、极其方便，甚至具有比正常人强得多的功能时，事情就会改变。”

制片人/李哲 主编/王兴东

撰稿：石萌，校对：高绍卓

部分图片来源/视觉中国

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