金磊 杨净 发自 凹非寺 
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

如何评价马斯克的脑机接口？

「不会有永生、不会有心灵感应」。

「是错误的说法，更像是营销手段」。

给出如此犀利评价的不是别人，正是脑机接口之父，杜克大学医学院神经科学家——Miguel Nicolelis。

△ 杜克大学医学院神经科学专家 Miguel Nicolelis

而这不是Miguel第一次炮轰马斯克对脑机接口的观点。

早在2017年，他就曾公开评价道：

马斯克的脑机接口都是玩剩下的。

那么「正确打开脑机接口的方式」，应该是什么样的呢？

在今年的《2020腾讯科学WE大会——蓝点》中，Miguel 便对「脑机接口」提出的初衷，至今的发展，做了深入浅出的讲解。

除了「脑机接口之父」外，今年的WE大会还去邀请到了业界最顶级的科学家，分享了这一年来最值得关注的科学突破和前沿思想。

细细品读，静静聆听，原来这些最前沿的科学，与你如此之近。

打开「脑机接口」的正确方式

不是天马星空的幻想，那么「脑机接口」又应该是什么？

由于疫情原因，Miguel并未能来到现场做讲解。然而这丝毫没有影响WE大会传播科学的体验感。

伴随着科技感十足的舞美设计和直播技术，Miguel身临其境般地展开了他与脑机接口的故事。

Miguel先是展示了这样一张图，直接抛出了做脑机接口的「初衷」：

我们希望将活体动物或人类的大脑，与设备直接连接。

简而言之，就是实时采集实验对象准备移动身体时大脑发出的电信号，然后在不到1/3秒的时间里，将其转化为能够发送至人造执行装置的数字指令。

而这样的装置，可能就在连接对象的附近，也可能离他非常遥远。

那么时隔这么多年，「脑机接口」又是如何一步一步发展起来的呢？

最初的实验是在一只恒河猴身上展开。

通过不断的训练，Miguel团队成功让这只猴子，在自然地坐在椅子情况下，仅仅是通过「想」，便成功地让机械手臂控制光标，完成「游戏规则」，喝到自己喜爱的橙汁。

Miguel介绍道：

这只是脑机接口发展之初的情况，在过去20多年里，我们制造出了很多不同种类的脑机接口。

但至此，距离在人类身上运用这一技术还是差了「一步之遥」。

于是，Miguel等人为了达到这一目的，便成功地展开了一个决定性实验：

证明了动物能够学会使用搭载了无线传输技术的脑机接口，来控制一辆自动驾驶设备。

有了这样的发现后，Miguel等人发现，脑机接口的意义远远超过了他们38年来，一直在寻找的新的大脑研究方法：

转换成新的治疗手段，来帮助全世界2500万因严重脊柱损伤而在痛苦中挣扎的人们。

于是，他们便制造出一种计算机电子旁路，将采集到的脑电信号绕过损伤部位，以数字形式传输至一个可穿戴式的全新机械身体中。

这样一来，病人就可以通过大脑控制该机械身体  使其移动到某一位置。

他们用仅仅是贴在患者头皮表面的扁平传感器，来记录电脑信号；而后让患者在虚拟环境中观看、训练。

每一次虚拟人物的脚接触地面，病人的手臂都会收到触觉反馈，从而再次感受到在地面行走的感觉。

患者在虚拟环境中熟练了操作之后，Miguel便让他们使用机械助行器，最后再为他们装上设计好的外骨骼。

2014年6月12日下午3点半整，在圣保罗举行的巴西世界杯开幕式上，Miguel的脑机接口让全世界数十亿观众沸腾了。

这位脊柱T4以下身体瘫痪已经9年的患者，在这场世界杯中仅仅是通过想象，便将足球踢了出去。

「我感受到了球！」，这是患者喊出来的第一句话。

而这样奇迹般的故事仍旧在继续，在重新评估这位患者后，从T4以下身体瘫痪，到了T11以下。

也就是说，在Miguels为他训练的这些时日里，他7节脊椎，恢复了感知 、活动和运动控制方面的功能！

正如Miguels在演讲中总结的那样：

有时候基础科学能引领你，到达你从未想象过的地方，为你带来意料之外的发现 。

这一天，我等了38年。因为亲眼见证了这一切，我的每一秒付出都是值得的。

至于脑机接口安全性问题，一直以来是备受热议的话题。

量子位在与Miguels对话时，讨论了马斯克Neuralink「开颅」等植入性方案安全性问题。他认为：

Neuralink公司的思路是一个死胡同，因为其给出的只有这样一个植入的解决方案。

而这个解决方案我认为仅仅适用于那些别无选择的、非常严重的患者。

「人造皮肤」make human more human

接下来介绍的这个领域，也跟脑机接口息息相关。

有人说，人的大脑其实非常软，像豆腐一样。随着人们的运动、呼吸，大脑会有一些移动。

而马斯克Neuralink的实验，是将在活猪身上种植1000多个电级，这些电极都是一个个很细的金属针。如果一根针进去，随着这些移动必定会对大脑有损害。

因此，下一代脑机接口的电极研发，需要用类似金属一样具有导电性能，且要具备人脑一样的柔软性的材料。

说这句话的人正是鲍哲南教授，她是斯坦福大学首位担当系主任的亚裔女性，被誉为人造皮肤领域的「材料大师」。

而上述所要制作的材料也是她研究领域——「人造皮肤」里的一个方向。

在演讲的一开始，她就提出了一个「大胆的设想」：

你今天有没有带你的手机？如果我们将来的生活根本没有手机会是怎样的？

手机的功能会融入到我们所穿的衣服当中，我们所贴在身上的电子器件和我们所种植到体内的电子器件中。

这当中的「电子器件」，也就是所说的电子皮肤的概念。

那么如何让这个设想行得通呢？鲍哲南表示，最重要的是要解决三个问题。

第一个问题，所用的电子材料不能再是刚硬的、易碎裂的，需要像皮肤一样柔软、可拉伸、自修复，甚至可以生物降解。

第二个问题，让材料可以感知到压力、温度，以及各种不同的物体，也就需要各种传感器来接收信号。

第三个问题，人造皮肤接收的信号需要跟人体结合，换句话说，皮肤感受到不同的知觉，但如果大脑不能处理这些信号，还是没有感觉。

而在过去16年的研究中，鲍哲南团队就在这三个问题上取得了重大的突破。

首先是材料。

从分子的角度去设计，再利用化学反应去制作，利用分子不同序列赋予分子不同性能。基于这个原理，鲍哲南团队提出了用自修复的化学键去制作电子材料。

就像这个可拉伸性的材料，用针去刺也不会碎裂。

在过去十年的研究中，他们有了一系列的电子材料，可导电、可拉伸、可自修复、可生物降解……

接着就是要将这些材料做成传感器，既需要有灵敏度，也要分辨不同的信号。

正如这个压力传感器，放在机器手上时，去触碰红莓但不会破坏它。

（就跟我们闭着眼睛，用手去触摸物体时一样。手能感受到压力，皮肤会变形，我们通过变形来感知不同的物体）

最后，就需要将这些信号转变成大脑可接收的信号——电信号，再直接接到神经，通过神经传输给大脑。

目前，鲍哲南团队已经成功植入到老鼠的身体，让小老鼠可以正常的运动、生活。

由此，虽然还有很多问题需要去继续解决，但是「人造皮肤」这个理念已经被证实，甚至还带来了不少启发。

比如，过去因为新生婴儿手臂跟手指一样粗细，医生就会放弃检测血压（需要用针刺进血管），从而缺少重要的信息。

现在就可以利用人造皮肤，做成只需贴在婴儿身上即可测量血压的器械。

鲍哲南教授有一个目标：「make human more human」 （让人更加人性化）。

正如演讲最后所说：

人造皮肤将会改变我们将来的生活。可以使得我们人和人之间更加多地沟通，可以使我们人和人之间更加多地互相的理解。

在接受量子位采访时，她简单的列举了这两个例子：

在未来的世界，真的可以用电子皮肤来感受周围情况时，就有可能测出这个人情绪是怎样的，知道她是开心还是难过。

以及当人触摸到水果时，除了触觉、嗅觉感知以外，还可以检测到水果细菌有多少，有没有洗干净等等。

潘建伟眼中的「新量子革命」

信息交互，这是一个从古至今一直在「交替变革」的主题。

从远古「智人」的符号和语言、到有了书和纸、中西方的「百家争鸣」、第一次/第二次工业革命，信息交互的效率一步一步地在提高。

而与此同时，信息交互的发展，让其安全性，又成为了一个重要的内容。

在数据、算力等爆炸增长的当下，又该如何保证信息交互与安全的平稳发展呢？

中国科学院院士潘建伟给出了答案：

量子通讯和量子计算。

△ 中国科学院院士 潘建伟

潘建伟先是对「量子」、「量子叠加」、「量子比特」、「量子纠缠」等基本概念做了详实且通俗的介绍。

当人们有能力将一个个量子比特，按照需求进行单个调控时，便催生出了一个新的学科——量子信息科学。

潘建伟表示，量子通讯可以一种原理上无条件安全的通信方式，利用量子计算可以提供非常强大的计算能力，用于各种各样的复杂系统的研究。

量子通讯的第一个应用，便是量子密钥分发。

这是由于量子具有不可分、测不准等特性、原理，所以一旦有「窃听者」想要对其「图谋不轨」，就会被发现。

除此之外，还可以利用量子纠缠，把一个粒子的量子信息从一个地方的转移到另外一个粒子上，而不用传输这个物体本身。

潘建伟举了一个非常形象的例子：

假如我在合肥要来深圳腾讯总部开会，坐飞机来不及了怎么办？

如果两个地方的实验室，刚好有一团纠缠物质，那么就可以把合肥的潘建伟，跟这个纠缠物质做一个操作，把他纠缠起来。

而后便可以得到一种信息，再通过网络，可以在腾讯的实验室中，把潘建伟再构造出来。

这个过程，就是我们所熟知的量子隐形传态。

当然，目前的技术无法对非常复杂的事物做这样的操作，只能是几十个、几百个甚至几百万个粒子组成的系统。

而这，便构成了量子计算机的一个基本单元。

由于量子比特可以处于叠加状态，所以其计算能力是呈指数级增长。潘建伟对此举了个例子：

利用一台万亿次的经典计算机分解一个300位的大数，大概需要15万年；但当你利用一台万亿次的量子计算机，只需要一秒钟就行了。

有这样的能力，在量子通信方面，可以利用光纤，非常方便地在城市里面把秘钥送给千家万户。

在两个城市之间，可以利用所谓的中继器进行连接，实现城市之间的量子通信。

更大范围的，可以利用卫星中转，来实现远距离的量子通信。

例如，2016年8月，中科院便成功发射「墨子号」量子科学卫星，实现了三大科学任务：

• 实现了星地的量子密钥分发。

• 实现千公里量子纠缠的分发，证明了两个纠缠粒子，具有爱因斯坦所说的「遥远地点之间的诡异的互动」功能。

• 实现了千公里量级的量子隐形传态，这对未来的量子互联网具有很大的意义。

最后，潘建伟对量子通讯、量子计算做了一些展望。他希望：

• 经过10-15年时间，能够完整地发展天地一体广域量子的通讯网络技术体系，为形成下一代的国家信息安全生态系统的奠定基础。

• 希望在量子计算方面，通过对数百个量子比特的相干操纵，能够对一些现实的问题的求解，能够超越目前的超级计算机，并且能够来解决一些重大的科学问题。

• 能够研发具备基本功能的通用量子计算原型机，来初步探索对密码分析、大数据分析等方面的相关应用。

不计回报地投入，单纯让「科普」变得更好

作为腾讯WE大会举办的第8个年头，也是最特殊的一届。

这一次，没有掌声，没有欢呼，腾讯首席探索官网大为 （David Wallerstein）在空无一人的北展会场里开启了「腾讯科学周」的序幕。

他点出了此次WE大会的主题：蓝点。

这是一张地球的标志性照片：暗淡蓝点。它时刻提醒着我们要保护这唯一的家园。科学家和天文爱好者们，一直在寻找类地行星、智慧生命，也不断提醒着我们，地球有多么特殊。

与网大为同样独身一人站在舞台上的，还有7位来自4州6个国家的顶尖科学家们。

腾讯青年发展委员会副主席李航在接受量子位的采访时表示，这次在美国、瑞士、英国、加拿大都搭建了一模一样的演讲舞台。

如果只是简单的视频连线的话，那跟其他的学术研究没有什么区别。

我们坚持搭这样一个舞台，让科学家能成为上面的「明星」。

李航分享了一段经历，在加拿大拍摄快速射电暴的捕捉者Victoria Kaspi教授时，深圳团队北京团队、新西兰制作团队、美国导演团队，跨越时差、距离全都在线。

当时Victoria Kaspi教授就感叹道，整个世界好像都在为我醒着。

还首次在兰州市五十一中学、衡水中学、贵州师范大学等地同步举办「线下观影会」，邀请学生老师一起探讨前沿科学话题。

以及数位百万级电竞大V在那天集体搞了场「不打游戏」的直播，搞起了科学……

在采访中，听李航提到的最多的一个词，就是「不计回报」，做了那么多，投入了那么多，就是单纯为了科普大会办的更好，让「科普」体验更好。

但在整个科学周筹备过程中，他们发现，科学家要比想象中的要热情。

比如，这次分享「异种培育人体器官」项目的中内启光教授。他就特意从日本飞到了美国，隔离14天之后，再来演播厅录制演讲。

再比如，霍金曾受他启发、此次揭秘“基本粒子标准模型”理论、87岁高龄的诺贝尔物理学奖获得者Steven Weinberg，是本次最早接受邀约的科学家。

还有包括此次发现金星存在生命迹象的天文学家Jane Greaves，研究突破刚出来不久，很快就答应参加WE大会。要知道，一般科学突破刚出来时，去请那个科学家是非常难的。

在8个年头里，腾讯总共请了82位科学家。一开始邀请嘉宾时，李航坦言，还是比较难的。但现在有了科学家们的认可，自带「朋友圈」效应，就比以往容易的多。

当然，也少不了合作伙伴Nature的支持。

还记得刚敲定合作时，Nature就专门派总编从英国总部过来，当时总编就表示：

我没有见过这种规模和水准的科学大会，觉得是非常好的一件事情。

而这热情的来源、支持的来源，正是腾讯、跟所有科学家、合作伙伴的共识——「科技向善」。

我们知道，基础科学的命题，单靠几个企业、几个科学家花很长时间都很难产生一点起色。

但依旧有那么多企业，那么多科学家们去「不计成本」的投入，愿意以实际行动带动科学和科普，让基础科学辐射到每一个年轻人。

诺贝尔物理学奖获得者Steven Weinberg，87岁高龄仍受邀参加WE大会。在演讲的最后，勉励着年轻一代的科学家们：

你们有你们的使命，那就是解释与自然界不同现象有关的这些巨大的、神秘的数字。

就像是把手里的接力棒交到我们手上，希望下一个Steven Weinberg、下一个霍金、下一个诺贝尔物理学奖获得者，能够在我们当中产生。

— 完 —

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