通过电学、光学、声学、磁学和遗传学开发的脑机接口技术，尽管听起来有些疯狂，似乎并非不能实现。

当埃隆·马斯克（Elon Musk）和美国国防高级研究计划局（DARPA）都在进入“半电子人”开发快车道时，我们知道，人脑与机器的结合——脑机接口（BMIs）即将实现看似不可能的事情。

科幻小说里经常可以看到的脑机接口技术，在现实生活中起到了促进生物学人脑与外部计算机之间交流的作用，将人类变成了真正的半电子人。然而，无论是大脑控制的机械手臂、微电极“神经贴片”或“记忆创可贴”，都仍只是针对神经系统受损者的实验性医疗手段。

DARPA正在尝试通过下一代非手术神经技术（N3）项目将BMIs扩展到军事领域。不久前该项目邀请了六个学术团队来设计不同的BMIs，将机器与健壮士兵的大脑连接起来。这个项目将实现在完全不依靠手术并尽量减少任何生物学干预的前提下，将人类大脑与机器连接起来。

目前，技术可通过外科手术将微电极植入大脑，以控制神经元的交流，而下一代BMIs将寻求通过声学信号、电磁波、纳米技术、基因增强的神经元，以及红外光束的途径来实现对大脑神经元的控制。

这一变革影响巨大，可能会产生激动人心的成果，也可能会招致毁灭性的结果。无线BMIs可以极大地增强患有神经损伤或创伤后应激障碍（PTSD）退伍军人的身体功能，也可运用于让一名士兵用大脑控制一群人工智能无人机。或者，就像电视剧《黑镜》（Black Mirror）第三季第五集《人与火的对战》（Men Against Fire）所描述的那样，让士兵摆脱战争带来的负罪感。

当这些新技术逐渐应用到民用领域时，它们将给医疗带来革命性的变化。或者他们可以用一种不可思议的强大工具来激发超人类主义运动，给整个社会带来根本性的变革，无论是变得更美好或变得更糟糕。

为期四年的N3项目着重于两个方面：非侵入性和精密的神经接口，用于读取大脑信息和将信息写入大脑。

安装在头皮上的非侵入性技术的传感器和刺激器可对整个神经元网络进行测量，比如控制运动神经元网络，因此这样的脑机接口系统可以让士兵遥控无人机、救援机器人或波士顿动力公司（Boston Dynamics，原谷歌旗下）的“大狗”（BigDog）这样的运载机器人。该系统甚至可以促进开发多任务技术，即同时控制多种武器，就像身体健全的人除了可以用到自己的两只手臂外，还可以操纵第三只机械手臂一样。

只有微小创口的侵入性技术可允许科学家无需手术就能传递纳米传感器，例如，注射一种携带光敏传感器的病毒，或其他化学、生物技术或自组装纳米机器人，它们可以联结单个神经元，在不损害敏感组织的情况下独立控制它们的活动。这些技术的潜在用途目前还不甚明确，但正如动物实验所表明的那样，控制单个神经元在多个点的活动，足以将有关恐惧、欲望和经历的人工记忆直接输入大脑。

“一个（脑机接口）神经界面能够让身体健全的作战人员快速、有效、直观地与军事系统进行免提交互，这是该项目的最终目标。”DARPA在2018年年初发布的简报中写道。

这一技术最终还将有可能被用来提高人类健康水平。“最终的N3传递物将包括一个完整的集成双向脑机接口系统。”项目描述中如此说道。这不仅包括硬件，还包括为这些系统量身定制的新算法，这一设想在“国防部相关应用程序”中进行了演示。

从一开始，脑机接口就将核磁共振（MRI）或经颅磁刺激（TMS）所用的包括微电极在内的一些常用工具排除在外，之前这些流行技术都需要依赖于外科手术，并且需要用到一些笨重的器械，受测试者还必须要维持静止不动的状态，这无法体现现实生活中大脑活动的实际状态。

这六个研究团队将利用三种不同的自然现象进行脑机交流：磁力、光束和声波。

例如，莱斯大学的雅各布·罗宾逊（Jacob Robinson）博士正在开发一个将基因工程、红外激光束和纳米磁悬浮技术结合在一起的双向系统。这一耗资1 800万美元的项目简称为MOANA（磁力、光学和声学神经通路设备），该系统利用病毒将两个额外的基因送入大脑。其中一种基因编码位于神经元顶端的某种蛋白质，当细胞被激活时就会发出红外线。红外光可以穿透头骨，内置于颅盖的光发射器和探测器接收并解读这些信息。研究小组解释说，超高速超敏感的光电探测器可忽略散射光线，并从大脑目标部位梳理并选择相关信号。

另一种新基因帮助将指令写入大脑。这种蛋白质将铁纳米粒子与神经元的激活机制“绑定”成为磁性超级神经元，通过耳机上的磁线圈，研究小组可以在不影响其他神经元的情况下，远程刺激带磁性的超级神经元。研究小组计划从细胞培养和动物实验开始，但他们的最终目标是将视觉图像从一个人的大脑传到另一个人的大脑里。

“四年后，我们希望能在不做脑部手术的情况下，实现大脑与大脑之间思维的直接沟通。”罗宾逊说。

N3还包括其他一些雄心勃勃的项目。例如，卡耐基梅隆大学的研究小组计划使用超声波来精确定位目标大脑区域光的交互作用，然后通过一顶可穿戴的“帽子”来检测大脑活动。为在大脑中写入信息，他们设想一种灵活的可穿戴的微型发电机，它可以抵消头盖骨和头皮的噪音影响，定位特定的神经群。

同样，约翰霍普金斯大学的一个研究小组也在研究如何测量大脑中光路的变化，将其与大脑中“阅读”人脑指令的区域活动建立联系。

相比之下，Teledyne科学与成像小组的研究方向是微型光能“磁力仪”，以探测神经元在放电时产生的微弱局部磁场，并将这些信号与大脑输出信息匹配起来。

来自非营利组织Battelle团队的“头脑风暴”纳米传感器是一项更具想象力的设计，他们将磁性纳米颗粒包裹在压电体外壳中，压电体外壳可将神经元发出的电信号转换成磁性信号，反之亦然。这样外部收发器可以无线接收转换后的信号，并通过脑机接口双向通道刺激大脑。微型磁力仪可以通过鼻喷剂或其他非侵入性方法导入大脑，并通过磁力引导其进入大脑目标区域，当不再需要它们时，也可以再次被引出大脑，进入人体血液，然后身体可以不受伤害地排出它们。

这些都令人兴奋吗？是的，对于脑机接口研究的进展，科学家同样非常兴奋。然而，研究团队所面临的挑战也是十分巨大的。

DARPA宣称，他们的目标要在大脑中至少16个位置建立起脑机接口联系，反应滞后时间小于50毫秒，相当于人类视觉感知的平均水平。对于位于大脑外部的设备来说，无论在空间还是时间上，这都是非常高的分辨率。脑组织、血管、头皮和头骨都是分散和消散神经信号的屏障。六个团队都需要找出方法，以最小计算强度从背景噪音中提取出相关大脑信号，并定位它们所在的大脑区域，以破译大脑意图。

从长远来看，四年时间，以及每个项目平均2 000万美元的投入，可能并不足以改变我们与机器之间的关系，无论这种改变是好还是坏。但DARPA敏锐地意识到远程大脑控制有可能被滥用，该项目将在一个具有生物伦理专业背景的外部顾问小组指导下进行。尽管DARPA的主要目标是让身体健全的士兵能够更好地应对战斗挑战，但不可否认的是，无线非侵入性的BMIs也会让那些最需要帮助的人受益，包括退伍军人和其他神经受损的人。为此，该项目正与美国食品药品管理局（FDA）紧密合作，以确保该项目和其开发的技术符合人类使用的安全性和有效性法规。

四年时间我们能达成这个脑机接口目标吗？一些人也许有所怀疑。但是这些通过电学、光学、声学、磁学和遗传学开发的BMIs，尽管听起来有些疯狂，似乎并非不能实现。

N3项目经理阿尔·艾蒙迪（Al Emondi）说:“DARPA正在为未来做准备，在这个未来里，无人系统、人工智能和网络操作的结合可能会导致冲突在一个很短的时间点上爆发，而人类仅凭现有技术可能无法在那么短时间里对其进行有效管理。”

问题是，既然我们已经知道未来会发生什么，我们其他人应该做好哪些准备呢？

资料来源singularityhub.com