从思考到创造 2022-12-02 10:07
马斯克的猴子，正在推动一场脑机革命
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本文来自微信公众号：硅星人 （ID：guixingren123），作者：光谱 杜晨，原文标题：《马斯克的猴子正在推动一场脑机革命，代价只是“香蕉奶昔”》，题图来自：Neuralink
脑机接口的革命，来得实在太快了。
马斯克在硅谷举行的Neuralink沟通会上透露：首款脑机接口产品名为N1，最快6个月内就可以启动人类测试。
“为了我们的首次临床测试，我们正在非常努力地加紧各项工作准备。”马斯克轻描淡写地表示，“我们绝大部分的文书资料已经提交到了FDA。我们估计大约再过6个月时间，大家就可以看到Neuralink装到人的脑袋上了。”
Neuralink 拟推出的 N1 脑机接口（内部构造） 图片来源：Neuralink
香蕉奶昔，赛博朋克的第一生产力
整场发布会看下来，硅星人有一个最核心的感受：如果没有香蕉奶昔（banana smoothie），这场脑机接口的革命，恐怕不会来得这么快……
为什么这么说呢？
大家可能知道Neuralink这家公司过去以来一直是用猴子和猪等动物进行实验的。有名有姓的猴子，就有至少8只，没名字的预备役更是数不胜数。
但是根据规定，Neuralink不能强迫它们参与配合实验……
更何况，早在启动活体实验的初期Neuralink就已经明白一个道理：强扭的瓜不甜。让这些猴子做实验哪怕它们有一点被迫、不情愿，对实验效果都会有影响。
于是Neuralink 开发出了一套“自愿参与”原则的激励方案：只要来做实验，就有无限量的香蕉奶昔供应！
图片来源：Neuralink
具体来说，就像条件反射那样，Neuralink 的饲养工作人员参与设计了一套强化机制：每当猴子参与了当前的实验，完成了一次操作，就会得到香蕉奶昔……
这样，越做实验，喝的越爽。久而久之，就形成了刺激强化的反馈机制。
下图你可以看到，这些猴子一边做着实验，一边从面前的管子里嘬着饮料。
简直可以说是：高高兴兴做实验，开开心心喝奶昔……
这样的反馈机制，在 Neuralink 最近两年的研发工作中，扮演了相当重要的角色。
首先来看下面这个脑控光标的实验：
图片来源：Neuralink
（虽然看起来猴子都会打字了，然而并非如此，猴子怎么可能懂英语呢？）
下一个键要按什么，实验工作人员早就设计好了，会在猴子面前 MacBook 的虚拟键盘上，会以黄色显眼的方式注明。
而在激励机制的作用下，只要猴子通过意念脑控光标“移动”到下一个要按的键上，并发出“按下”的信号，管子里就会流出香甜可口的香蕉奶昔……
在对于甜品的渴望驱使下，猴子打出了这么一句话：搞点点心恰恰吧 (can i please have snacks)……
图片来源：Neuralink
但 Neuralink 并不满足于让猴子用光标打字。毕竟它的阶段性目标之一，是让（瘫痪）的人们可以通过脑机信号来操控包括手机在内的常用电子设备。
所以，这家公司的猴子大军，正在香蕉奶昔的驱动下，做着各种各样的训练工作，包括并不限于：
点按和拖拽
滑动输入
手写
手势识别
等等……
图片来源：Neuralink
以手写为例：
“一开始还是虚拟键盘。现在我们已经可以直接用脑机界面来读取信号，结合画面中的图形，和训练得到的信号模式，来精准地判断猴子在屏幕上写的是什么字。”一位 Neuralink 技术专家透露。
这样下去，猴子恐怕真要“学会”写字、拼词了？以及，香蕉奶昔还能刺激猴子自己去给脑机接口充电！
这样简直是给 Neuralink 的工作人员，省了大麻烦了……
具体机制是这样设计的：
他们将一棵树做成了“奶茶店”，然后把充电板放在了装饰的树杈里：
图片来源：Neuralink
这样，只要猴子想喝香蕉奶昔了，就会跑过去嘬管子。
结果它的脑袋会正好对准充电板，一边喝饮料，一边充电。
这设计，脑回路实在是很有意思。
图片来源：Neuralink
这场发布会的各嘉宾发言，总的来说给硅星人一个感觉，就是：
我们在实验中遇到了一个技术问题 → 想了很多办法都解决不了 → 哎最后还得香蕉大法 → 没办法香蕉它真的管用啊！
没想到实现赛博朋克，香蕉奶昔竟成了第一生产力……
（期待回头 Neuralink 实现产品多元化，推出自主品牌的香蕉奶昔……）
从香蕉奶昔，到猴脑的可塑性
当然，除了香蕉之外，Neuralink也在用一些更加“正经”和更“高科技”的刺激方式，来训练出更厉害的猴子，好让它们转而更好地训练 Neuralink 开发下一代脑机接口产品需要的各种信号解码器、算法模型、测试工具等等。
而在下面这个例子中，Neuralink 就是利用了更复杂的刺激方法。
这家公司有两个阶段性目标，刚才提到了一个，也即帮助（瘫痪）人士获得运动功能。
而另一个阶段性目标，则是视觉义体：通过外部设备+脑机接口的方式，帮助那些一直生活在黑暗中的视障人士，重获光明。
绝大多数视障者，问题都出在眼球里，他们的视神经，大脑中的视觉皮层，很有可能仍然是完好的。于是 Neuralink 希望能够用脑机接口的方式，通过外置传感器（摄像头）来将信号直接传入视觉皮层，从而让失明者重获光明。为了实现这个目标，Neuralink 在猴子的猴脑视觉皮层部位开了颅，装了脑机接口进去。
图片来源：Neuralink
然而这次的工作更为复杂：不再是读取脑信号控制外设这种简单的逻辑，而是完全反过来，从外部获取的视觉内容，将它编译为原始的脑神经信号，传回到大脑里。
猴子不是人，没有办法告诉实验人员自己看到了还是没看到、看到了什么东西。于是，Neuralink 又设计了一套新的刺激机制（逆相关reverse correlation，神经科学常用的方法）：
图片来源：Neuralink
1）用脑机接口输入的人工干预信号，刺激猴子的眼球进行移动；
2）用外置的眼球追踪设备，验证实际的眼球移动矢量，是否与人工信号相符；
3）当结果相符的时候，使用香蕉奶昔进行激励。
如下图所示：绿色线代表眼球的移动路径，闪现的白点作为对照。你会看到，猴子的眼球突然朝着没有出现白点的位置移动，正是因为通过脑机接口收到了人工干预的信号。
最一开始，眼球的移动矢量和人工信号的相符的程度并不高。
然而有趣的是，随着测试时间变长，次数增加，猴子越做越熟练，符合程度越来越高。
图片来源：Neuralink
大脑是一种具有可塑性的组织，简单来说也即大脑内部的突触、神经元之间的连接可以由于学习和经验的影响建立新的连接，从而影响个体的行为。
Neuralink 团队正是寄希望于这种可塑性，通过不断的训练来让猴子在外界信号的辅助下，获得一种非原生的低维视觉。
而如果将这种技术的应用规模进一步扩容，让信号的复杂程度变高，从单一的矢量，升级为线、面、形状、颜色，让像素数量进一步增加……
那样，不就能够让那些失明的人，重获视觉了吗？
想法是伟大的，前景是乐观的。然而挑战仍然重重，还有很多技术门槛需要跨越。
Neuralink 提供了一张模拟图。它展示了在不远的未来，通过Neuralink脑机接口的视觉义体技术，大致能够获得的视觉（注意这并不是真实图片，只是模拟的效果）。
在一个理想的视觉义体套件中，通过一个安装在眼部高度的摄像机获取图像，传入手机进行信号处理，再通过脑机接口传输到大脑中的视觉皮层。
图片来源：Neuralink
这不禁令我想起了《赛博朋克2077》。在游戏中，主角拿到的头两件赛博义体（cyberware）之一，就是视觉义体 Kiroshi Optics。有了它，主角在正常视觉的基础上，还获得了扫描电子器件并对其进行黑客攻击的能力……
图片来源：TriggerStudio/CD PROJEKT RED/Netflix
回到现实世界，视觉义体暂时还没有在游戏里那么酷。
麻省理工科技评论的一位生物科技作者写道指出：
“马斯克宣称义体能够‘恢复’视觉——也许在很久以后的未来才能实现。能够通过义体产生的视觉并不是你和我所拥有的视觉。它更像是点状的光斑，也许能够通过组合的方式来形成一种简单的显示效果，就像老式的灯泡记分牌那样。”
图片来源：@antonioregalado
图片来源：MERIT
即便如此，让失明者重获光明，仍然是一项有着重大意义的技术使命。
当然，赛博朋克作为一种文化的诸多优秀文艺作品，也为人类过于依赖科技的未来敲响警钟。尽管Neuralink掀起的这场脑机接口技术革命令人兴奋神往，它的诸多风险仍然不可小觑。
在过去一年时间里，Neuralink 也在加紧提高技术安全性，更重要的是确保使用者的生命安全。该公司的努力包括：
开发了在实验室环境下，用于测试工作的，对人脑组织进行替代的技术，比如使用培养皿培植的皮质细胞进行电极测试（下图）。
“最终目标是在未来产品研发和测试中，降低甚至完全消除对活体动物和临床试验者的需要。”一位 Neuralink 专家表示。
图片来源：Neuralink
开发了无需在脑膜 (dura) 上开创，直接在脑膜外进行电极植入的机器人手术技术（在脑膜上开创会导致恢复过程中生成大量组织，覆盖包裹住接口设备，容易带来感染隐患，并且非常不便于后期设备维护）。
图片来源：Neuralink
将向上兼容能力（可升级性 upgradability）作为技术研发的核心原则之一。正如前一条，在颅骨上开一个硬币大小的口子，就算尽力控制创口，仍然会面临后期愈合而产生的组织的问题，对设备的后期移除带来巨大困难。升级硬件困难，所以硬件必须最大限度保证软件升级的能力。
“毕竟没人想像每年换一台 iPhone 那样换脑机接口，最好的就是一步到位，”马斯克说到。
现实世界中，这场赛博朋克的革命的第一把火，看来也已经点燃了。
没准将来的 Neuralink，能够成为像“荒坂” (Arasaka) 那样的赛博格技术巨头……
“我笑了，因为伊隆·马斯克通过NeuraLink.™直接将一个表情包发送到我的前颅皮层。哦，我的天啊，这太棒了。我眨了两次眼睛，用NeuraLike™赞了它，然后非常认真地想：“谢谢先生！请发送比特币。”我睁开眼睛，突然发现天已经黑了，而我正在掐着一个人的脖子。”
图片来源：Twitter
本文来自微信公众号：硅星人 （ID：guixingren123），作者：光谱 杜晨
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