导语：如果有人问你当下最热门的科技话题是什么，你可能会毫不犹豫的回答：人工智能或者SpaceX。但事实上同样处于这场科技革命浪潮中的还有不可思议的脑机接口技术。虽然这听起来如同科幻电影中的概念场景，但是在现实世界中科学家对它的研究正在如火如荼进行着，并且取得了令人瞩目的成绩。
正如古希腊人幻想飞行一样，在现代，我们梦想通过大脑和电脑的融合来对抗死亡。脑机接口技术（BCI）可以直接与人工智能，机器人或其他智能相结合，但是它真的可以超越人的局限性吗？
在过去的50年中，全球各大高校实验室和科技公司的研究人员在实现这一愿景方面取得了令人瞩目的进展。最近，诸如马斯克（Neuralink公司）和BryanJohnson（Kernel公司）等人已经宣布了通过脑机接口来提升人类能力的计划。
那么为我们离真正成功地将我们的大脑与机器融合还有多远？当我们的思想被插入其中时会有什么影响？脑机接口是如何运作的？它们又能发挥怎样的作用？不妨让我们一探究竟。
脑机接口的起源：康复治疗中的偶然发现
运动神经工程中心（CSNE）的研究员EbFetz是最早尝试将大脑与机器相连的先驱之一。在私人电脑出现之前的年，他就已经发明了一种“针”，猴子可通过放大大脑信号来控制表盘上移动的指针。
我们也早已有了通过植入物来提高人类视力和听力的仿生技术，对于严重有视力障碍的人来说，最早版本的仿生眼早已被全面投放市场了，而升级版本也正在临床实验中。另一方面，人工耳蜗已经成为最成功和最流行的仿生植入物之——遍布世界各地超过30万用户使用耳蜗植入物来恢复听觉。
基于这些医疗上的研究，大部分科学家对脑机交互技术有了初步的想法。BCI中的大部分工作旨在改善瘫痪或严重运动障碍者的生活质量。根据最近的报道：匹兹堡大学的研究人员使用脑内记录的信号来控制机器人手臂；斯坦福大学的研究人员甚至可以从大脑信号中提取瘫痪患者的动作意愿，让他们能够遥控平板电脑。类似地，一些有限的虚拟感觉也能够通过在脑内或脑表面传递的脑电波最终再次被发送回大脑，不过这些都只是信息的单向传递。
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双向脑机接口（BBCI）可以记录大脑的信号，并通过刺激将信息发回大脑。
图像来源：感觉运动神经工程中心（CSNE），CCBY-ND
最复杂的脑机接口技术是“双向”BCI（BBCI），因为它们既要能够记录神经信号，又要能对神经系统作出相应的刺激。在BCI的研究中心，他们正在探索BBCI作为中风和脊髓损伤康复工具的可能性。研究成果显示，BBCI可用于加强两个脑区域之间或大脑和脊髓之间的连接，并重新规划和整理损伤脑部区域周围的信息，以再次驱动瘫痪的躯体。
有了迄今为止的所有这些成功，你可能会认为脑机接口会成为下一个必备的消费品，但是真的是这样吗？
任重道远
不是所有的BCI都需要植入，确实存在不需要手术的无创BCI;它们通常基于来自头皮的电信号记录来进行运作，并且，它们已被证明可运用于对光标，轮椅，机器人手臂，无人机，人形机器人的控制，甚至大脑与大脑之间的通信。但是在对于现有的BCI进行详细调查后就会发现这里还有一个很重要的问题需要解决：当BCI的相关产品产生位置移动时，与身体健全的人能轻而易举的通过他们的四肢完成日常工作相比，BCI产品的同步率慢很多，也不那么精确和完备。仿生眼睛提供的仅仅是极低分辨率的视觉;耳蜗植入物可以传递有限的电子语言信号，但却会完全扭曲音乐的体验感受。为了使这些BCI技术起作用，必须通过手术植入电极——这是当今大多数人不曾考虑过的未来。
年，华盛顿大学神经系统实验室中关于通过无创大脑控制人型机器人“阿凡达”（Avatar）的第一次实验演示，被命名为Morpheus。该无创BCI会根据大脑中所需对象或位置的图像来推测和指挥机器人应该选择什么物体。
因为所有这些实验和演示都在实验室中。房间十分安静，被试验者不会分心。实验的时间设置足够长久，因为只有通过足够长的持续实验才能证明这一技术（无创CBI机器人）是可行的。实验室中这些绝对的、高要求的环境条件足以证明，这些系统在灵敏度和实用性方面的表现令人失望，更别提大量运用于现实生活中了。
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一种正在测试电特性的用于检测大脑表面电变化的电皮质网格。
图片来源：Credit:感觉运动神经工程中心，CCBY-ND
并且即使是在BCI中运用植入电极的方法，要成功尝试读取意念的另一个难题还来自于我们的大脑结构。我们知道，每个神经元及其周围成千上万的连接点形成了一个不可思议的巨大而复杂的网络。这对神经工程师来说意味着什么？
可以想象一下，你正在试图理解一群朋友之间关于一个复杂话题的对话，但是你只能听一个人的谈话。你也许能找出这个话题的大致主题，但绝对不可能了解整个讨论的所有细节。同样的道理，即使是我们最好的植入物也只能一次读取一小块大脑区域中的意念。尽管我们可以发明一些高超的仿生技术来读取部分大脑的意念，但是我们不可能理解整个大脑。
还有一个困难，我们称其为语言障碍。神经元之间通过电子信号和一系列复杂的化学反应相互交流。虽然这种电化学信号可以通过电路板来模拟，但非常困难。同样地，当我们试图用电路刺激大脑时，它所传递的电子化学信号的“口音”很重。“这让神经元很难在其它正常进行的神经活动中分辨出这种‘人工’信号试图传达的信息。”研究人员说道。
最后，还有脑损伤的问题。脑组织都是非常柔软而灵活的，而我们的大部分导电材料——连接到脑组织的电线——往往是具有硬度的。这意味着植入的电子设备通常会造成大脑产生疤痕和免疫反应，随着时间的推移，这些植入物会逐渐失去反应。但是，较为灵活的生物性兼容纤维和阵列最终可能会起到改善作用。
大脑的适应性和兼容性
尽管我们面临着种种挑战，但我们对仿生技术的前景仍然很乐观。BCI不需要十全十美，因为我们的大脑具有惊人的适应性，也许它们能够通过学习如何使用BCI来主动适应它，就像我们学习如何驾驶汽车或使用触屏界面一样。同样的，大脑也可以学习解读非侵入性的感官信息，例如磁脉冲。
总之，科学家们认为，大脑与BCI会发生双向的“共同适应”的过程。万事万物都是相互影响的，我们影响着世界，世界也影响着我们。在学习过程中，大脑会不断适应电波并持续进行反馈，这可能是构建神经连接的必要步骤。构建这样的双向适应的BCI是研究中心的目标。
令人兴奋的是，最近BCI在治疗糖尿病等疾病方面取得了成功——使用“电药”——一种实验性的小型植入物，病人植入后不再需要药物治疗，而是直接通过向内部器官传递电信号来治愈疾病。
同时，研究人员发现了克服大脑电波交流中电信号与化学信号的语言障碍的新方法。例如，可注射的“神经织网”（neurallace）被证明是一种很有发展潜力的方法，这种方法能让神经元逐渐适应它们，而不是发生排斥反应。基于纳米线而生成的生理探针，灵活的神经元支架和光滑的的碳界面同样可以让大脑和机器在我们的身体中无障碍的共存。
BCI辅助性工具在不同领域的扩张
埃隆马斯克的新公司Neuralink的终极目标是通过BCI来提高人脑的机能，使我们能在与人工智能的竞赛中取得胜利。他希望，通过脑机接口的技术发展，人类的大脑能够增强其自身的能力——这可能避免潜在的反乌托邦未来的出现，即人工智能远远超越了人类的自然能力。当然，在现在看来，这种未来可能遥不可及，但我们不应该忽视这种想法。毕竟，自动驾驶汽车在十年以前还处于科幻小说的范畴，我们现在面临的未来也一样。
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埃隆马斯克创办Neuralink公司
将我们的大脑直接连接到机器上，是人类文明在不同发展阶段上因为技术进步而发生的一个自然过程。从使用轮子来克服我们的双足限制，到在粘土片和纸上做记号来增强我们的记忆，以及像今天的电脑、智能手机和虚拟现实一样，当它们最终到达消费者面前时，它们可能令人人兴奋，也可能令人沮丧，在充满危机的同时也充满了希望。在不远的未来，当脑机技术恢复了残疾人的康复功能，使身体健全的人拥有了超越了人类本身的自然能力，我们需要敏锐地意识到一系列与准入、隐私、身份识别和公正息息相关的问题。目前，一个由哲学家、临床医生和工程师组成的团队正在积极地处理这些伦理、道德和社会公正问题，并努力在研究进一步深入之前率先提供这些神经研究的伦理准则.
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BCI可以在多个维度上发生变化:它与外围神经系统(神经)或中枢神经系统(大脑)的都有接口，无论它是侵入性的还是非侵入性的，以及是否有助于恢复失去的功能或增强功能。
对脑机接口的研究已持续了超过40年，在多年来动物实验的实践基础上，应用于人体的早期植入设备早已被设计及制造出来，用于恢复损伤的听觉、视觉和肢体运动能力。科学家做的这一切也旨在提高人类的生活质量，挖掘人类的极限能力。利用外界智能设备，与人脑实现交互，进而充分发挥大脑的强大能力。可以预测，未来这一革命性的技术实现势必将极大地改变现有世界的规则体系和社会智能的多样性，我们能做的除了等待，还应该严肃的