尼奥也是人
我对“脑机接口”的认知,一直停留在电影《黑客帝国》时代。尼奥后脑勺插根插头,就能在不同世界移形换步,呼风唤雨。怎么可能!我无法理解、事实上也不知道的是,这种转换不仅仅是一个科幻的创意,它早已从大脑里跑出,跑向苍茫大地,成了现实生活中的一门“科学技术”,成了真有人从事的一项“工作”,一个“饭碗”。
人类对脑机接口的研究史,不过区区40来年。感谢尼奥,他好好助推了一把。人们先是从实验中获得大量知识,然后在动物实验基础上,发明制造出初代人体植入设备,用以恢复损伤的听觉、视觉和肢体运动能力。研究的主线,是大脑不同寻常的皮层可塑性。渐渐地,人们可以像控制自然肢体那样控制假肢。
脑机领域眼花缭乱的变化,让我想起一句话,“任何充分发展的科技,都与魔法无异”。我们总以为世上另有魔法师存在,其实魔法师就藏在人类当中。尼奥也是人。尼奥最初是个天天打卡上班的怯生生的小白领,那些奇思妙想、天马行空、恣意妄为、胆大包天,对苍生人类的热爱,全都是一步步激发出来的。有的人敢想,有的人敢做,有的人敢想敢做,世界的改变者和推动者从来都来自人类这个充满无限可能的集合体。“我们所想象的一切,都会变为现实”——我越来越确信这话。(刘功虎)
孙瑜,碳材料研究学家,高分子系博士,脑机接口硬科技公司“柔灵科技”创始人。本科毕业于浙江大学,硕士毕业于美国新泽西州罗格斯大学,博士毕业于美国俄亥俄州阿克隆大学。“得到”App 《前沿课·脑机接口》主讲人。
马斯克上传了自己的大脑到云端,并且和虚拟版的自己交谈。这听起来像是科幻,但脑机接口已在现实中萌芽。
脑机接口目前发展到了什么阶段?无需语言的“脑脑交互”离我们还有多远?长江日报读+上周专访了碳材料研究学家、脑机接口硬科技公司创始人孙瑜。
他探索脑机接口早于马斯克
在2016年马斯克的脑机接口公司Neuralink问世之前,孙瑜就开始探索脑机接口领域了。
孙瑜本科毕业于浙江大学,硕士毕业于美国新泽西州罗格斯大学,博士毕业于美国高分子专业排名第一的俄亥俄州阿克隆大学,接下来从事的是材料科学的研究。
要知道,材料科学正是解决脑机接口安全问题的重大突破口。
2016年,孙瑜与北京大学周其仁、知名科技咨询家王煜全,还有其他几位科学家一起,来了一场“脑力风暴”。周其仁是一位研究农业经济的学者,当时也谈论起了中国“硬科技”的发展,这让孙瑜很吃惊。因为那时候,西方口中的中国制造业,还是一副劳动密集型低端制造业的形象。
他那时隐约感觉到,中国的产业战略方向正在发生着翻天覆地的变化。
然而在2017年,孙瑜作为“混沌大学”的老师,在北京大学向200多位企业家投资人讲“脑机接口”时,他又惊奇发现,大家怎么还以为这只是“科幻”?
孙瑜形容那时候大家对“脑机接口”的认知,“更像是凌晨黎明到来之前,外面还漆黑一片”。但他坚信,两年后,“会是一轮朝阳刚刚升起的时候”。
紧接着,他筹备了一支集合了脑机接口、生物学、材料学、人工智能、设计、金融、神经学等领域的专家团队。并在2019年底辞职回国,把硬科技脑机接口公司“柔灵科技”落地在了国内。
脑机接口技术爆发的“前夜”
“脑机接口”的专业术语太多,一般人看不懂。但是孙瑜认为,时下正是了解脑机接口的最好时机,于是他写了一本科普书籍——《第三层大脑》。
《第三层大脑——脑机接口破解人类进化密码》 孙瑜 著 电子工业出版社
这本书浅白易懂,稍有门槛的术语都会解释清楚。这不,“脑机接口”是“硬科技”,而什么是“硬科技”,孙瑜举了“中国古代四大发明”的例子。
“中国古代四大发明是活字印刷术、火药、指南针还有造纸术。再来对比一下,2018年国内‘新四大发明’的说法——高铁、网购、支付宝、共享单车,有没有发现这两者的本质区别?古代的四大发明全都是‘硬科技’技术,而2018年所谓的‘新四大发明’,只有高铁是‘硬科技’创新,其他三个都是模式创新。”
不下定义,只做类比,让你自己去体会。
他总结发现:“过去两千年里,我国GDP占比最多的时候,其实正是硬科技,也就是古代四大发明诞生的时候。在我国‘十四五’规划里,可以清晰地看到硬科技发展战略规划,有新一代人工智能、量子信息、集成电路、脑科学与类脑研究、基因与生物技术等。中国经济越是崛起,硬科技在所有发明创造里的占比也越来越高,我们正处于硬科技爆发的‘前夜’。”
学会说“普通话”,这是孙瑜长期“熬”出来的。在美国的17年里,孙瑜除了从事材料科学的研究,还自己成立了一家科技咨询公司,接待大量企业家和投资人,沟通内容涉及脑机接口、小型医疗器械、新能源汽车和航空航天方面。
一开始,他面对人沟通时,太习惯学术规范用语,生怕哪个词不严谨。但发现大家听不懂。
做咨询,沟通不好等于咨询失败。他逐渐学会举例子、做类比,把晦涩的理论讲得更加贴近生活。时间久了,有了名气,他开始被邀请回国做演讲、做培训,还在“得到”App上开设了专栏,订阅者达4万。
在《第三层大脑》中,为了说明脑机接口技术能影响人类进化,孙瑜还捋出一个四层“金字塔”的模型来帮助理解。让人们看到脑机接口技术已经发展到了哪一步,有了什么样的产品,能帮助人做什么事。同时也描述了一种新的人类沟通地模式——无需语言,靠“脑脑交互”。
“这是科技,不是科幻。”孙瑜说。
【访谈】
大脑运作仍是谜团,但不妨碍脑机接口技术发展
读+:很多人对“脑机接口”持怀疑、观望态度,是因为大家认为,要想在人脑上做“手脚”,最起码要把人脑研究透。事实上,目前科学家对人脑的工作方式都没完全弄明白,又怎能轻易进行下一步?
孙瑜:我们要明白一个底层逻辑,技术的演进并不受困于理论,甚至会比理论先行一步。如果我告诉你,自行车能向前滚动而不倒的原理直到现在都没有定论,蒸汽机的发明比科学家提出“热力学三定律”提早了100年,你会不会很惊讶?对于有工程师思维的科学家来说,技术的突破走在理论前面,这毫不令人意外。大脑的工作方式仍然是个谜团,但是并不妨碍我们在实验室里,用脑机接口技术操控机械手臂、激发“心流”、治疗中风或瘫痪,这些都是技术先行于理论的最佳案例。
读+:您认为人脑是一个超乎想象的开放式系统,听起来,人脑像是一个准备好的“机器”。但传统观念认为,人体毕竟还是肉身,植入人工的东西,会不会让大脑排斥,甚至说难得与之融为一体?
孙瑜:不要低估大脑的可塑性,如果你是个驾驶经验丰富的老司机,大概率体验过“人车合一”的感觉,就是你开车的时候,对外界的感觉从自己的身体扩展到了汽车的车体,你不用看,就知道车离马路牙子有多远。你可能觉得,这不就是长期练习以后,形成的肌肉记忆嘛!但在神经学家看来,类似“车感”的这种现象和大脑的可塑性有关,这种可塑性的概念很宽泛,这里指的是大脑能重新定义身体的边界。
现实生活中,有些人不幸被截肢,比如失去了一只手,但他总觉得那只手还在,这个实际不存在的手被称为“幻肢”。而且幻肢还常常会有剧烈的疼痛感,或者是僵硬的感觉,这种感觉被称之为“幻肢痛”,这是因为失去的手仍然被大脑定义在身体的边界之内。
这给我们这些做脑机接口的科学家提供了一种思路:既然大脑可以修改身体的边界,那机器就有可能被囊括进这个边界。表面上看,身体是我们与外界接触的终点,但实际情况中,身体的边界不会到你的皮肤就结束了,它还可以再往外延伸一点。
“非侵入式”脑机接口这一块,中国技术全球领先
读+:电影《黑客帝国》里,主人公尼奥的后脑连一个插头,大脑的所有思想就同步给计算机了。您说这么复杂的大脑肯定不会只靠一个插头就能解决,那到底是靠什么解决?
孙瑜:国外有人把大脑比喻成一个“三磅重的宇宙”,我觉得特别形象。《纽约时报》还刊登过两张有意思的照片,一张照片是小老鼠大脑神经元网络,另一张照片是宇宙的星系,两张照片并排放在一起,竟然惊人地相似,简直难以分辨。如果你是科学家,想要理解这么复杂的大脑,你会从哪里入手呢?大概会想,先搞清楚这些神经元的功能,还有它们连接的方式。这个思路没错。脑科学家和神经科学家们,有一个特别宏大的想法,叫“人类连接组计划”。但这个项目从2010年启动,原定5年完成,到现在也还没有做完。
不过,我已经说过,技术的演进并不依赖于对理论的透彻理解,1924年第一个采集脑信号的设备就诞生了。所以有一条捷径就是,采集更多、更精准的脑电信号数据,然后尝试理解这些信号所对应的大脑指令。方式要么是把电极放到大脑里去,这是“侵入式”;要么就是挂在脑外,这是“非侵入式”。
这跟科学家探索宇宙的方法如出一辙。技术成熟,能发射卫星,让飞船进入太空,去登陆火星、月球,那么一定能带回珍贵数据——这就是侵入式脑机接口的逻辑。但是侵入式脑机接口需要开颅手术,风险很高,曾经就有神经科学家因为找不到志愿者,冒险给自己做了开颅手术,在颅内植入电极,结果那次手术让他一度失去说话的能力,几周后因为颅骨没办法愈合,他被迫把电极拿出来了。而非侵入的脑机接口风险就低很多,不用开颅,相当于科学家在地球上对星系进行远距离观测。
读+:既然侵入式这么有风险,是不是应该放弃?
孙瑜:“侵入”和“非侵入”之间也有中间地带,我们可以不做开颅手术,可以采用微创,或者无创的方式。哈佛大学发明了一种像网兜一样的脑机接口,用注射器“注射”进大脑,这张网会张开,柔软地贴合在大脑皮层上。马斯克的脑机接口公司用的就是这种,马斯克还给“网兜”起了个很优雅的名字,叫“神经蕾丝”。这名字不是杜撰的,而是来自一本叫《文明》的科幻小说,小说里的“神经蕾丝”可以上传和下载人们的想法。
这种不需要开颅,也能把电极放入大脑里的“中间派”,我们叫“半侵入”或者微创脑机接口,是目前最前沿的技术。纽约有一家专注于瘫痪患者康复相关设备的研究公司,也做了一种“半侵入”的脑机接口,很像心脏支架,顺着血管就可以放入大脑,病人只需要“脑动”,而不用“手动”,就能完成打字、发邮件、购物,甚至在银行里开户。
另一方面,科学家也正从材料本身找突破。比如石墨烯,就非常适合做成柔性电极。未来,材料科学是解决脑机接口安全问题的重大突破口。
读+:马斯克说上传了自己的大脑,不少人觉得这就是脑机接口的行业标杆,有的说中国与之相比还差得远,有的也持半信半疑的态度。就目前而言,国内脑机接口技术水平到底如何,究竟已经发展到哪一步了?
孙瑜:在非侵入式脑机接口,中国做得很好,不光不落后,我们还在全球领先。比如贴在额头上做脑电波监测的纳米小贴片,我们可以做到只有4.6克,比欧美的都更加轻薄,精准地对睡眠脑电进行监测跟慢病管理,接下来,通过分析睡眠脑电波的数据,甚至可以预测疾病特别是神经类疾病发生的可能性,正像一本科普书《未来比你想得快》里提到的,如何通过你的睡眠数据来预测糖尿病、中风、阿尔茨海默症、帕金森症、肥胖症等各种疾病的风险。与此同时,我们也在做神经交互设备,我们有理由相信,我们正在搭建的是下一代人机交互的基础设施,就相当于高速公路、高铁等基础设施一样。这个事Meta(“脸书”公司改名后)也在做,他们的产品重量是90克,我们的产品只有30克。Meta最难的算法是空手通过神经写字,从ABCD写到XYZ。他们没有公开这个算法,但是我们也做得出来。
但在侵入式脑机接口这一块,美国要稍微超前一些。中国追赶起来其实并不难,而且已经有实验室、公司尝试去做。但是非侵入式的商业化更加清晰明朗,而侵入式前景还不明朗,因为一旦设备植入大脑,就会涉及很多伦理问题,还有感染风险,我认为大约需要10年甚至更长才可能有成型的商业化。不是技术上做不到,而是中国更多地把精力花在让普通老百姓用得起上面。
无需语言交流,大约在2040年实现
读+:为什么您坚持认为,没有哪项技术能像脑机接口一样,会彻底颠覆我们人类文明的进程?
孙瑜:脑机接口技术的颠覆性在于,它在试图替代五万年来我们赖以生存的协作工具:语言。它将绕过语言,建立一个能让大脑和外界直接沟通的全新界面。它不仅会改变我们的交流方式,还会赋予人类一系列“科幻级别”的新能力,比如用意识操控机器、移植记忆、用机械骨骼代替人体骨骼,以及全面提升大脑的算力,等等。用一句话来说,脑机技术一旦实现,人类将一跃成为“超人”。
读+:语言伴随了人类几万年,突然不再使用,这预测是不是太离谱?
孙瑜:语言其实是一种非常低效的交流方式。一个人就算在大脑放松的时候,脑子里各种各样的想法信息量也是巨大的。然而语言的带宽非常低,大约是40—60bps,大约等同于1980年调制解调器的速度。所以,把你的想法信息,通过语言传递给别人,约等于在一个1980年的调制解调器上面传输4部高清电影,可以想象效率之低下。而计算机宽带的传播速度大概是语言的20多万倍,也就是说,如果你想传输一个大小是2G的文件,用说话的方式,把这个文件的所有信息一字不落地讲给另一个人听,可能需要几十天,但通过计算机传输,几秒钟就能完成,相当于抄了一个近道。
读+:这听起来有点像心领神会,把心里想说的话直接用脑子说出来。
孙瑜:其实不然,“脑脑交互”根本不是语言的直接交互,而是一种“无损”的大脑信息传输方式,你可以想象一下,你在自己的电脑上编辑一个Word文档,发到另一台计算机上,即使经过了压缩、传输、解压的过程,两台计算机上的文件依然是一模一样的,这就是一种无损的信息沟通。我们期待的脑脑交互跟这种类似。
但目前人类之间的沟通方式不是这样。我们会对大脑中的想法压缩,造成信息缺失,甚至出错,“词不达意”也时有发生。交流过程中,也可能经历“左耳进,右耳出”。而不同的价值体系、文化和意识的差异,会导致不同的人对语言的理解不同。还有一种情况,就是“千言万语尽在不言中”,在那一刻,语言表达不了大脑中的想法。
但是“脑脑交互”大大提升交流的速度和信息量,还能消除误解,直到彻底颠覆沟通交流的方式。比如说出去旅游,我们可以把热带海岛、南极风光或是高原荒漠中体验到的画面和声音,通过眼睛和耳朵记录下来,分享到其他人的视觉或者听觉皮层上,实现第一视角的感官分享。我们还可以越过语言的藩篱,不同国家的人畅通无阻地交流,消除隔阂,减少冲突和战争。大家也不需要开会了,云平台能精确记录我们的人生,这些将深刻影响我们的生活和社交,就像微信目前在影响着我们一样。
读+:这些场景,到底是科幻畅想,还是真实发生的?
孙瑜:我所描述的每个“畅想”,都是目前最前沿的科技,都有实验依据和科学依据。“脑脑交互”不光在猴子实验上取得了成功,还在人身上取得了成功,而且传达信息的准确率达到了81.25%。
虽然脑脑交互的研究才刚刚开始,但未来有可能颠覆世界。如果想象不了,可以看看《基地》系列电影,在它的最后两部中,提到了一个叫“盖亚”的行星。这个行星上的所有物体,包括人类、动物、植物,甚至是汽车、房子和飞机都连接成了一个生命体,实现了真正的万物互联。而这个巨大的生命体,拥有绝对的智慧,高于银河系中任何一颗星球的智慧。这是什么概念呢?所有生命形成了生命共同体,像是拥有了同一个大脑,而这个大脑,主动分配所有人做事情。你乍一听可能觉得很震惊,但这非常有可能就是人类的未来。
读+:“脑脑交互”大约何时能实现?
孙瑜:目前还是一片荒原,未来必将被开拓,实现的那一天至少在10年以后,甚至20年以后,这一点库兹韦尔的《奇点临近》这本书提到大约是2040年。
人类进化速度正缩短到几十年甚至更短
读+:达尔文的进化论认为,进化永远不会是一个突然的大的飞跃,而是一个稳步缓慢的过程。而您在《第三层大脑》中说,脑机接口将“改造”人类,将破解人类进化密码的“四层金字塔”,即恢复身体机能、改善精神状态、增强大脑算力、改变沟通方式,从而实现人类进化。这不仅改变了进化的方式,而且加速了进化的过程,简直是对进化论本身的颠覆。
孙瑜:生物进化就是在加速的,看看人类进化时间表:从地球上出现最早的生命,到寒武纪大爆发(距今约5.42亿到5.3亿年间,出现了大量新的生命),这个过程,是以十亿年为单位的;而从寒武纪大爆发到多细胞动植物,是以亿年为单位的;从鱼类到哺乳动物,是以百万年为单位的;从哺乳动物到人类的祖先智人,则是以十万年为单位的;从智人到现代人,是以万年为单位的。
可以看出来,进化的速度越来越快。如果从时间单位的推导上来讲,这一进化过程合理的时间就应该比智人进化到现代人短得多,成为真正的“超人”可能只需要少于百年的时间,而真正意义上的脑机接口的出现,则很可能将这一过程缩短至少于30年的时间。现在,脑机接口这样的生物改造工程,让人类生命进化的速度变得更快,未来的演进非常有可能以几十年为单位,甚至更短。我们正在一步步重新定义“什么是人类”。
技术发展在不断加速,甚至以指数级增长,这其实反映了人类对于进化的漫长过程所表现出来的不耐心,同时也说明人类对技术的把控已经远远超出了我们的想象。
读+:人和机器人的区别,是不是将越来越模糊,进而出现伦理危机?
孙瑜:地球上已经出现了第一位合法的半机器公民,是英国人尼尔·哈比森。他出生时是全色盲,所以头上插着一根天线,用来“听”世界的色彩。一开始,天线只是一个可穿戴的电子眼设备,但后来他发现自己24小时都离不开这根天线,所以他决定把天线的芯片植入大脑。
面对人类和机器关系这个问题时,我们可能会越来越接受机器的生命化。机器将来既不是人类的工具,也不是人类的奴隶,更不是人类的主宰。我们借助机器的算力获得进化,机器也借助人脑的适应性和容错性获得进化,机器可能是人类的合作方,和人类协同进化。
古希腊只有自由的男人才有权投票,但随着时间流逝,女人、奴隶、不同种族和肤色的人,甚至动物、植物等都放进了伦理主体的范畴。未来,或许机器也会进来。我们也许会让出一部分自由,但拓宽了人类的能力和享受的空间。脑联网时代,我们是不是也有可能牺牲意志自由的一部分疆土,欣然接受机器对脑的直接干预,来获取更大的能力呢?也许这一切没有那么值得担心。
(长江日报记者秦孟婷)