ARPA:腦機接口：我思，故我“動”

卡圖原創

作者：倪劍光

假如未來有一類“黑科技”，它既能扮演“讀心術”，幫你猜出心儀妹紙的心思；也能解讀腦電波，讓人與人之間無需使用語言文字就能輕松交流；或者讓你的大腦可以掛在“云”里上傳或下載記憶，復制傳遞美好的體驗，輕松刪除創傷陰影：你一定會認為這些完全是在啥扯淡。

沒錯，這些“黑科技”今天來看確實“有一點點”扯淡。筆者之所以敢在這里使用“有一點點”作為修飾詞，是因為身后有從法蘭克福到赫爾辛基，從五道口職校到哈佛廣場，成千上萬英勇無畏的科研猛士們此時此刻正在實驗室前仆后繼。早在1999年，一位叫楊丹的華人女神經科學家在加州伯克利大學用線性解碼技術還原了一只貓所看到的圖片信息。也就在兩年前的2013年，麻省理工學院教授利根川進實驗室利用c-fosTetTag及光基因技術成功給老鼠大腦植入了在它腦子里原本不存在的恐懼記憶。當然，這些都是在實驗動物身上進行的“有創的”實驗，還未在人類大腦“無創”地實現。筆者可能是個天生的樂觀派。半個多世紀之前的二戰時代，人們恐怕也難以相信個人電腦，互聯網和智能手機能在今天出現和熱銷。

但所有的這些“黑科技”的實現，都離不開腦機接口。腦機接口技術源自20世紀70年代。廣義上，它是指介于大腦和大腦外部電子設備之間的通訊界面。狹義上則指介于中樞神經系統和外部計算機之間的界面。這個通訊界面可以向大腦“寫入”信號(writein)，通常是按某種特定時間模式編碼的電刺激序列，向大腦傳達人工指令。它也可以從大腦“讀出”信號，通過計算機解碼之后控制外部設備。例如下文將要介紹的BCI技術幫助癱瘓病人控制機械義肢。或者，同時“寫入”和“讀出”信號，實現閉環控制。可以預見，多通道神經信號的穩定獲取,對大腦信息編碼規律的把握以及計算機解碼算法的進步，讓人類分分鐘逼近這些“黑科技”。

Ledger：Cool Pets和Fractures持有者將能參與Ledger x Cool Cats Quest:金色財經報道，自托管錢包服務提供商Ledger在社交媒體宣布，Cool Cats旗下NFT系列Cool Pets和Fractures持有者將能參與Ledger x Cool Cats Quest以贏取PoK NFT并獲得定制Cool Cats Nano的使用權。Cool Cats于今年二月宣布與Ledger達成合作并推出品牌教育計劃LedgerQuest，通過其教育平臺Ledger Quest創建Web3內容,并計劃進行更多涉及全息圖和游戲的活動。[2023/3/9 12:51:05]

1999年，一部科幻電影讓腦機接口技術風靡全球。那時候世貿大廈還傲然聳立，一個名叫Neo的帥哥黑客不斷地“翻墻”想解答他心中一個困惑：那個高大上的神秘的“Matrix”到底是指什么。他當時并不知道，即使在米帝，“翻墻”也可能是要被AgentSmith們“查水表”的。多少年后，某天朝上國成功買斷了這套建“長城”“查水表”的知識產權，于是愛國青年們“翻墻”蔚然成風，這是后話。電影里，一個看似偶然的機會讓Neo跟幾個神秘的男女取得接觸。幾經周折之后，Neo被告知事實上他并不生活在真實的世界。一個計算機程序，比人類聰明無數個數量級的人工智能(A.I.)程序，通過逼真地模擬人類大腦的六種感知：視，聽，聞，觸，味，穩，把人類糊涂蟲們的精神世界從出生那一刻起就給困在了一個虛擬的世界，奴役了人類種族，它就是大名鼎鼎的Matrix。Neo被帶到了真實世界，雖然不太相信這是事實，卻還是愿意一探究竟。在一個隱蔽的飛船里面，他閉眼躺臥，一根接通Matrix入口的數據線插入他腦部的芯片接口，瞬間他再次進入了虛擬世界，與A.I.的狗腿子Smith們斗智斗勇。自1999年到現在，黑客帝國三部曲早已成為科幻領域的Cultmovie，精彩地演繹了腦機接口和虛擬現實技術，雖然情節的展開不乏邏輯漏洞。當然，與電影中的技術相比，目前的腦機接口技術還遠未成熟。在無數可能的應用前景之中，腦機接口幫助肢體癱瘓病人利用自我意志控制機械假肢，從而恢復一定的運動能力，目前已經逐步變成現實。

NFT初創公司Metagood完成500萬美元Pre種子輪融資:12月8日消息，NFT初創公司Metagood宣布完成500萬美元Pre種子輪融資，Animoca Brands、Morgan Creek Capital創始人兼首席執行官Mark Yusko和Virgin Group投資經理Freddie Andrewes等參投。

Metagood旗下NFT系列“OnChainMonkey”在創造代幣化價值基礎上推動社區資助社會公益項目，此前還與聯合國兒童基金會（UNICEF）、NFT市場Snowcrash Labs、以太坊基金會等合作推出了NFT系列“Patchwork Kingdoms”。（TechCrunch）[2022/12/8 21:31:48]

人類使用義肢已有上千年的歷史。早在公元前1000-1500年，一部印度神話故事提到一位名叫Vishpala的女兵，她的大腿由于在戰爭中受傷而截肢，但她憑借一根鐵柱作為失去的腿部的替代品走回了部隊，成為印度版本的“鐵拐李”。1858年，意大利南部發現了一塊產自公元前300年可能是人類最早的銅制材料的義肢。14世紀以來，由于火藥傳到歐洲以及火器的發明，戰爭中軀體損傷者明顯增多，截肢手術也不斷進步。一個典型的例子是美國內戰時期，一位有名的北方聯軍將軍StephenJosephMcGroarty損失了一只手臂。由于他在當時政壇的影響力，大量的聯邦經費開始涌入截肢領域，大大推進了美國在截肢醫學和假肢技術的進步。

腦機接口的前奏出現在20世紀60年代初。耶魯大學的西班牙裔教授JoseM.Delgado設計了一款名為stimoceiver的無線電遙控的腦部電刺激儀，大小似50美分硬幣，這也可能是最早的腦部芯片(BrainChip)。Jose早期受西班牙諾獎得主同時也是現代神經科學先驅的圣地亞哥-拉蒙-卡哈爾的影響,從眼科醫生轉行進入神經科學領域，最終在馬德里的CajalInstitute拿到PhD。他的一系列在貓，猴子，精神病人身上進行的腦部電刺激實驗對后世影響深遠，雖然在倫理上爭議極大。最為出名的一個實驗是在1963年的斗牛場。實驗對象是一頭極具攻擊的公牛，頭部事先已經在基底神經節的尾狀核埋入了刺激電極。他步入斗牛場后，公牛朝他跑來發起進攻。但他并不畏懼，手持遙控器啟動電刺激，使得公牛在他面前停了下來，從狂躁轉變為收斂，最終放棄了攻擊。JoseM.Delgado是一位充滿傳奇色彩的早期神經工程專家，筆者將在接下來的幾期專門介紹他的生平和軼事。

Immutable X協議上線NFT報價功能:12月2日消息，以太坊二層擴容方案Immutable X宣布正式上線NFT報價（Offers）功能，允許NFT買家對資產提出報價，賣家同意買家提出的價格。Offers的推出將調節當前NFT市場，為Immutable X支持的NFT市場增加更多的流動性。目前，Offers處于測試階段，存在部分限制，測試期結束后將全面推出。[2022/12/2 21:17:44]

1969年可以稱作腦機接口元年。西雅圖華盛頓大學教授EberhardFetz通過操作性條件反饋，訓練一只猴子控制自己腦部單個神經細胞的興奮性。在提供聲音或視覺的反饋以及食物獎賞的條件下進行訓練，初級運動皮層所記錄的單個神經元的電發放幅度的改變可以達到50%-500%。此后，更多關于中樞神經系統編碼的發現層出不窮，多通道的神經元記錄技術不斷進步。同時，人工義肢的制作技術也逐步提高。1997年，微處理器控制的人造膝蓋C-LEG面市。使用者可以個性化設置參數，甚至可以穿戴此設備參加體育競技比賽。2013年被指控槍殺女友的南非運動員OscarPistorius就是此類技術的受益者。他在11歲的時候的雙腿膝蓋以下被截肢，使用義肢后通過訓練成為一名短跑健將，成為世界上第一個同時參加奧運會和殘奧會的運動員。1999年，Duke大學的Chapin和Nicolelis成功訓練一只大鼠通過自主控制初級運動皮層46個神經元的集體發放，操控機器手臂取得飲水。這是最早利用生物腦部信號控制外部機器設備的研究。隨后，非人靈長類動物的類似實驗也取得進展，實時解碼運動皮層的神經元群體活動預測動物的手臂在一緯或三維空間的運動軌跡，這些預測被用來控制機器手臂的運動。布朗大學的JohnDonoghue,匹茲堡大學的AndrewSchwartz和加州理工的RichardAndersen改進了解碼算法和記錄技術，在猴子上用較少數量的神經元實現了類似的操作。在2012年，Donoghue實驗室更是成功實現癱瘓病人的腦機接口操作，病人控制機械手臂完成喝飲料的動作。

Moonbirds Oddities系列NFT近24小時交易額增幅超400%:金色財經報道，據OpenSea數據顯示，Moonbirds Oddities系列NFT近24小時交易額為136 ETH，增幅達474%。24小時交易額排名位列OpenSea第11。[2022/9/12 13:23:20]

來自Duke大學的巴西裔神經科學家NicolelisMiquel作為腦機接口技術的積極倡導者和早期實踐者，近年來風頭正勁。熟悉南美人性情的朋友可能了解，那個大陸的人喜好“忽悠”，言語夸張，動作奔放。筆者見識過的不少科學界的巴西同行，性格都大致如此，Nicolelis可以說是他們的典型代表。2014年足球世界杯在巴西舉行，這位巴西教授意識到，這個有數10億觀眾的全球賽事可能是推銷自己的百年一遇良機。于是，他提出了一個震驚世界的方案：用腦機接口技術幫助一個癱瘓青年在世界杯開幕式上開球！

Nicolelis把這個項目稱之為WalkAgainProject。他的技術思路是，用一個32通道的EEG電極帽從癱瘓青年大腦頭皮讀取腦電波。腦電波無線傳輸到背在后背的一個計算機控制的液壓動力系統用于控制動力外骨骼。這個動力外骨骼裝置將在青年自我意志的控制下，幫助青年從輪椅上站起，走到足球前，最終將足球踢出去。理論上來講，這套技術流程成功的可能性是存在的，雖然極其挑戰。僅僅32通道的電極帽能讀取的有效腦電信息非常有限。Nicolelis在全世界宣傳他的方案，讓五大洲的神經科學家都對此翹首以待。畢竟，如果這個項目一旦成功，對腦機接口甚至整個神經科技領域的促進作用將是難以想象。世界杯開幕式于2014年6月12日在巴西圣保羅舉行。我們單位一個做腦機接口的研究員早早在法蘭克福Main河邊預定了場地邀請同事集體觀賞。開幕式在充滿南美風情的舞蹈和WeAreOne的歌聲中緩緩拉開帷幕。在16分50秒的時候，高潮終于到來。直播鏡頭轉到一個癱瘓少年背負動力外骨骼出現在了主會場旁邊。但非常奇怪的是，他需旁邊兩個工作人員的扶助才能站立。只見一個足球從他的腳下滾出，隨即被球童撿起，主播宣告開球！讓我們詫異的是，整個過程只有不到3秒的鏡頭，讓人無法辨別到底是腳踢開了皮球還是通過其他的“黑科技”讓皮球滾了出去。同時，我們并沒有見到這個青年如何自己從輪椅上站起然后走到足球前。事后大量的圖片爆料顯示，這個年輕人是被高爾夫車送進球場的。盡管各種黑幕各種謎團，巴西人Nicolelis教授還是在自己的推特帳號上高呼“Wedidit!!!”。全世界神經科學家的三觀從此被他刷新。

Ovrnft項目Discord服務器遭到攻擊:金色財經消息，據CertiK監測，Ovrnft項目Discord服務器遭到攻擊。請社區用戶不要點擊、鑄造或批準任何交易。[2022/8/26 12:49:27]

說了那么多巴西人的不靠譜，還是來聊點靠譜的吧。RichardAndersen教授是加州理工學院的神經科學家。多年來，他在后頂葉皮層的研究揭示了這個大腦區域的神經元會在特定方向的手部運動或者眼球快速掃視啟動之前發放，暗示PPC可能是一個與大腦的運動意愿，運動安排以及注意力控制有關的高級認知區。他的實驗室正在研究利用這個區域的神經信號幫助病人恢復運動控制能力。

下面這個視頻是在不久前Andersen教授在TEDxCaltech做的關于腦機接口技術幫助癱瘓病人控制機器手臂的一個非常精彩的講演。

在講演中，Andersen教授首先介紹了項目的相關背景，提到他與另一個加州理工教授JoelBurdick在神經假肢方向共事多年。最近幾年，他們分別在不同的方向將腦機接口的基礎研究向臨床推廣。Joel將會在接下來的一個講座里介紹脊柱修復的刺激技術。Andersen教授則主要介紹他們實驗室基于大腦皮層的工作。

早在16世紀，法國的笛卡爾思考大腦功能時已經發現了人體簡單反射的基本通路。軀體的感覺信號必須經由脊柱中轉至大腦，大腦計算之后再反饋回軀體做出反應。脊柱癱瘓病人由于信號的中繼站被切斷，大腦就失去了對軀體運動的控制。由于與“中央”失聯，癱瘓部位的肌肉及神經很可能相繼萎縮。在視頻里，Andersen教授舉了下圖一個手部運動的例子。某人想伸手去拿一個物體，正常情況下，視覺系統將該物體在空間位置和形狀等信息傳遞給運動皮層，各聯合皮層包括小腦協同處理之后，由運動皮層編碼手臂運動的命令，經脊柱下傳給手臂及手掌肌肉。當脊柱切斷之后，這個動作自然無法完成。但好在這個通路的大部分“零件”依舊完好。神經科學家可以使用腦機接口技術繼續使用這些完好的通路幫助病人。當然，另外一條技術思路是設法恢復部分中斷的脊柱功能，例如通過電刺激療法。

為了記錄神經元信號，一個微電極整列植入運動皮層，最多能夠同時記錄80-100個神經元的動作電位。這些神經信號接下來被計算機解碼，然后去控制機械手臂或操控一個平板電腦。一般情況下，實驗首先在非人靈長類動物身上開展，然后才能在病人身上開展。美國國防部高級研究局(DARPA)資助了他們一個叫革新義肢技術計劃的研究項目。Andersen教授與約翰霍普金斯大學的應用物理實驗室緊密合作，制作了一款非常精細的，高自由度的機器人手臂，與人的手臂非常相似。從視頻中你可以看到它們非常靈活，幾乎能在所有人類手臂自由度的活動空間里靈活運動。它不但可以操作軟的物體，還能使用工具。視頻里有一段展示了猴子如何使用機械手臂。猴子的任務是控制機械手臂去緊握一個小皮球，握的越緊得到的橘汁獎勵越多，它玩地不亦樂乎。

這個RPP項目的一部分是與匹茲堡大學的Schwarz教授合作，幫助癱瘓者恢復運動能力。一位名叫JanSheuermann的女士由于頸部以下脊柱退化而無法運動。幾千年來，這種疾病對于人類來說都是不治之癥。不過今天的神經科學家們聯合神經手術專家，在她大腦的初級運動皮層埋植一個多陣列電極。經過幾周的訓練之后，你從視頻可以看到，她能成功的用自己大腦信號操縱機器手臂，抓到巧克力送到了嘴邊。當然，技術的不足之處是需要做開顱手術。手術是有失敗和傷口感染的風險的。

在這個課題里，電極是埋藏在運動皮層。這是一個發布最終運動命令啟動運動的區域。在接下來的研究中，Andersen教授計劃埋植電極到后頂葉皮層，因為這是與運動意愿有關的區域。他們希望這個基于認知功能的腦機接口方法可以提供更靈活的數據讀取工具。他們首先在猴子上做了實驗，將電極埋藏在了PPC。實驗中，猴子并沒有動它的手臂：它只是在虛擬現實環境中想去移動這個手臂，最終訓練后，猴子完全憑借意愿移動了鼠標。當然，這類技術存在缺陷。對癱瘓病人來說，雖然視覺信息可以提供手臂的位置信息，讓大腦矯正計算信號，但這與手掌接觸物體所提供的本體感覺反饋是有差別的。病人沒辦法提供這類反饋。所以，科學家采集了手部運動在皮層的神經信號特征，再使用這些信號去刺激體感皮層。這樣一來，他們需要在病人大腦植入兩個不同的芯片，一個芯片用來讀取腦部信號，供計算機解碼運動參數。另一個芯片用來刺激體感皮層反饋手部的本體感覺信號，形成一個閉環。演講視頻的最后部分是三個應用實例：猴子控制虛擬現實空間的3D手臂運動去觸摸一些物體；刺激體感皮層讓手臂運動到特定方向；解碼腦部信號操控平板電腦，點擊一款應用App的標符。

大家可以看到，腦機接口技術生長在神經科學與人工智能的交叉點。幫助癱瘓者恢復運動能力僅僅是腦機接口眾多可能應用前景中的一例。人類千百年來一直在追求自由，夢想擺脫束縛：來自的重力的，光速的，時間的，空間距離的束縛，等等。科學技術每前進一步，人類的自由度就增加一分。如果說“我思，故我在”還只是一個純粹思辨的哲學命題，那么“我思，故我動”則直接被腦機接口技術所證實，暗示精神擺脫軀體束縛的時代已經到來。腦機接口及其他神經科學技術能否讓人類超越自己的精神世界，我們將拭目以待。

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