新智元報道
編輯：桃子 David
【新智元導讀】36歲Nathan Copeland佩戴腦機接口生活7年之久，成為世界上第一個真正的「半機械人」。人機混合的未來，是機械人，還是人類？
世界首個真·賽博人誕生了。
36歲男子Nathan Copeland已經佩戴腦機接口生活了七年零三個月，打破了佩戴BCI時間最久的世界紀錄。
他将自己稱為「半機械人」。
通過腦機接口，Copeland可以控制外部裝置，比如用平闆電腦玩電子遊戲「吃豆人」。
甚至還能控制移動機械手臂，比如吃個玉米餅。
讓人震撼的是，他創作了世界上第一幅使用BCI捕神經信号繪制的貓，竟賣出3萬元。
那麼，Nathan Copeland和腦機接口之間有怎樣的故事？
我的「賽博格冒險之旅」
2004年的一場車禍，導緻Nathan Copeland胸部以下的身體部位全部癱瘓。
2014年，匹茲堡大學正在做一項針對脊髓嚴重損傷患者的研究，為了借助腦機接口（BCI）幫助這些人恢複已經喪失的能力。
論文連結：https://www.rnel.pitt.edu/research/neuroprosthetics/intracortical-brain-computer-interfaces
Copeland毫不猶豫便參加了。
當他談到參加這項研究的部分靈感，便是來自遊戲和動畫中喜愛的機器人和半機械人。
要知道，當時這項研究還隻是測試階段。不僅需要進行腦部手術，而且這個裝置能夠工作多久，無人知曉。
Copeland稱，
剛開始的時候，研究者表示可能會持續使用5年。然而這5年是基于在猴子身上測試的資料，因為從來沒有人類這樣做過。
2015年，Copeland接受了晶片組植入。研究者在其大腦中共植入4個微型陣列，2個在運動皮層，2個在感覺皮層。
這被稱做猶他陣列（Utah array），由矽制成。
一個标準的陣列是由100個微針（矽電極）組成的4.2mm正方形網格，每個微針約1mm長，其表面塗有導電金屬。
神經元在彼此交流時會産生電場，而這些陣列可以讓研究人員能夠觀察和記錄數百個相鄰神經元的活動。
為了建立真正的腦機接口，研究人員需要将這些神經信号轉換成數字指令，進而讓佩戴者能夠驅動假肢或電腦。
這裡，Copeland使用的腦機接口的系統叫「BrainGate」 。
它包括一個植入式陣列、一根電纜，用來連接配接Copeland頭骨上鎳币大小的底座和放大神經信号的外部裝置，以及一台對這些信号進行解碼的計算機。
緊接着2016年，研究學者開始試圖讓Copeland通過腦機接口系統控制移動滑鼠。
這些實驗包括玩Sonic the Hedgehog 2、Final Fantasy XIV等視訊遊戲，同時還有繪畫。
早期測試中，Copeland僅能創作出一些由簡單線條組成的幾何圖形。經過幾個月的重複練習，他對光标的控制能力也越來越強。
2021年3月，他上傳了一段名為「用腦機接口畫貓」的視訊到Youtube視訊。
然後，Copeland在NFT交易平台OpenSea上線了「BCI Cat-01-The Calico」，還賣了2.5以太坊（大約3萬人民币）。
此外，他還創作了其他作品，包括《在農場》、《星夜》等。
在農場｜BCIcanDoBetter
星夜
Copeland稱，自己是第一個在感覺皮層植入電極人，是以在控制機械臂的同時，還能接受到感覺。
如下這張圖展示了感覺電極的位置，能感受到一些溫暖、親拍、壓力等感覺。
盡管已經使用7年多，Copeland的植入物依舊能夠使用，而且沒有造成任何嚴重的副作用或并發症，對腦機接口領域來說未來是有希望的。
這種裝置從20世紀60年代就開始研發，但仍處于試驗階段。
但是，對于植入式陣列的長期耐久性仍然存在疑問。随着時間的推移，它們的性能會下降多少，以及是否可以更新都成為需要解決的問題。
「如果喪失的功能恢複了數年，然後又再次失去，那将是徹底令人發狂的。」
大腦插管7年，破世界紀錄
上世紀80年代，作為猶他大學生物工程學的教授Richard Normann首次構想出猶他陣列，試圖去找到一種恢複視力的方法。
自那以後，它已經發展成為研究腦機接口的行業标準。
2004年，Matt Nagle成為第一個被植入猶他陣列的癱瘓者。根據他參與的研究方案，僅持續一年後被移除了。
手術完成後，Nagle能夠移動電腦光标，控制電視，檢視郵件，并使用假肢能夠完成打開和關閉動作。
現在，全世界有30多名研究參與者佩戴植入式腦機接口。
Ian Burkhart之前一直保持着腦機接口植入時間最長的記錄，直到2021年他的研究結束時将其移除。
到目前為止，猶他陣列的研究已經在猴子身上持續了10年之久。但是由于佩戴這一裝置的人少之又少，其壽命仍然是未知數。
匹茲堡大學的生物醫學工程師、科普蘭研究小組成員Robert Gaunt表示，
就Copeland的情況而言，他的陣列仍在工作，但不如植入後的第一年好。畢竟這些電子工程系統本就對于自身來說是侵入物，身體就會試圖擺脫它。
研究表明，刺狀探針刺入大腦後，植入的陣列可以在電極周圍的神經組織中激發免疫反應，帶來的發炎會導緻信号品質下降。
另外，大腦植入物周圍會形成疤痕組織，這也會影響它們從附近神經元接收信号的能力。
腦機接口能夠從神經元解釋的資訊越少，它執行預期功能的效率就越低。
為此，科學家試圖讓植入物持續更長時間的方法之一是，用不同種類的材料進行實驗。
猶他陣列是絕緣的對二甲苯（parylene），一種保護性聚合物塗層，相對穩定的同時提供低滲透性的水分，經常用于醫療器械行業。
但随着時間的推移，它會腐蝕和開裂，而其他材料可能會被證明更加耐用。
一家制造猶他陣列的Blackrock Neurotech公司正在測試一種塗有聚二甲苯和碳化矽的複合材料。
另一種方法是縮小植入物尺寸。比如，研究者正在測試神經顆粒，這是一種沙粒大小的微小碎片，假設可以灑在皮質表面。
目前，一些研究參與者已經取出并更換了猶他陣列，但是多次手術并不理想，因為每次手術都有感染或植入部位出血的風險。
一般來說，外科醫生多數情況下不會把新植入物放在與舊植入物完全相同的位置，尤其是在那個區域有疤痕的情況下。
但是必須確定植入物放置在正确的位置，如果誤放，可能會導緻認知和溝通障礙。如果使用可更新的外部腦機接口部件 會更好，這樣患者就不必進行多次手術。
但是，大多數腦機接口系統的外部部分實際上是大腦植入的最大風險之一。
因為位于頭骨上方的基座容易引起感染，然而它的存在對于将植入的陣列連接配接到外部計算機是必要的。
現在，Copeland和其他研究參與者必須通過他們的頭部基座接入系統才能使用他們的 BCI。
或許對于Nathan Copeland來說，這隻是一個小小的煩惱。作為交換，他可以使用腦機接口做一些事情。
由于腦機接口的壽命未知，Copeland知道自己的植入物有一天可能會停止工作，但他表示自己會順其自然。
他稱，「5年或10年後，如果有什麼顯著改善的地方，我會直接再做一次手術。」
腦機接口50年：軍方大力推進、馬院士吹牛一地雞毛
往大腦中植入晶片，這個如今被稱為「腦機接口」的技術，從誕生走到今天，遵循了科學發展史上的一個熟悉的模式：
從誕生之後很長一段時間内進展緩慢，長期沉寂，然後突然迅猛發展。
史上第一次嘗試将電極陣列插入哺乳動物的大腦，是在20世紀60年代末的斯坦福大學。
當時使用的電極的制作方式與人們現在制作電腦晶片的方式相同，通過化學方法蝕刻掉一點矽，當時的探頭使用的是金，接受植入的則是貓貓。
研究人員的目的是利用這些植入物來檢測單個神經細胞的活動。
實際上，從20世紀60年代末提出可植入大腦晶片的想法以來，直到本世紀初，「腦機接口」技術一直是作為實驗室中的研究工具使用，用來探索大腦各個部分的功能，實驗對象也一直是動物，比如猴子 、小鼠、貓等。
直到本世紀初，腦機接口技術才開始在人類身上進行實驗，主要動機則是出于軍方的需要，最初的實驗和創新研究也是軍方資助和推進的。
伊拉克戰争期間和戰後，為了更好地解決傷殘軍人退伍後的生活問題，美國國防部進階研究計劃局（DARPA）啟動了「藍天計劃」，主要是開發更先進的智能化假肢，以及控制這些假肢的新方法。
在DARPA的資助下，研究人員開始尋找高效的電極，開發出笨重的硬接線BCI，從猴子控制機器人手臂，最終讓人在大量練習後控制計算機。
但把電極植入大腦還是極其困難的。
首先，電極材質往往很硬，而大腦是個粘稠的環境。植入硬物可能會傷害大腦，就像把叉子插到一團面包上，會破壞面包的完整。
而且，大腦這個「面包」是活的，會用膠質細胞把「入侵」的電極粘起來。是以，怎樣才能開發一種持久的、可植入的腦機接口，将人的思想與計算機聯系起來，程序緩慢。
在DARPA負責無創腦機接口早期項目的神經科學家Amy Kruse表示：「我們搞的有點早。就研發時機和科學原理而言是沒問題的，但在應用方面卻不盡人意。」
腦機接口讓人想到類似《黑客帝國》中的未來場景，心靈控制的巨型機器人、腦後插管來浏覽網絡空間，但是，經過數十年的研發後，目前還沒有任何植入物能夠真正走出實驗室。
沒人真正成功，說明人人都有機會。
如果腦機接口成功建立了大腦和現實世界、甚至于虛拟世界的聯系，其影響可能絲毫不亞于當初PC和智能手機的出現給世界帶來的巨大震動。
植入式大腦晶片的競賽是一場漫長而慎重的馬拉松。而現在，這場長跑正在進入最激烈階段。
DARPA也許進場太早，但賽道已開，自有後來者加入，從蘋果到微軟，科技巨頭們誰也不會放過這塊未來的肥肉。
不過，如果你在過去幾年裡聽過「腦機接口」的話，那大機率是馬斯克的Neuralink。
三年前，馬斯克誇下海口，說Neuralink有朝一日可能幫助人們以每分鐘40個單詞的速度控制計算機進行交流，還能控制虛拟化身，甚至可以通過讓我們「與AI融合」來防止AI計算機接管世界。
後來呢？沒動靜了。
此前有報道指出，在三年前那次引發廣泛關注的釋出活動之前，Neuralink就已經陷入了曠日持久的内部沖突。
在馬斯克的督促下，Neuralink制定的項目時間表過于倉促，而科學研究的進展不是馬斯克在推特上吹吹牛就能加速的。二者之間發生沖突不可避免。
四名Neuralink前員工表示，這家表面風光無限的明星公司的内部文化一片混亂，比如突然提出強烈要求，項目執行和推進流程匆忙、雜亂，上項目快，撤項目更快。在Neuralink的最初的八位創始科學家中，已經基本走的差不多了。
2021年5月，Neuralink聯合創始人、自成立起一直擔任公司負責人的Max Hodak在社交媒體上宣布，已經從Neuralink離職。
據兩名前員工稱，公司研究人員長期以來一直在私下讨論需要全面收縮，專注于更簡單、更有針對性的技術應用，以取得更快的進展。
搞腦機接口，離不開動物實驗環節，而就是在動物實驗上，Neuralink也遇上了麻煩：虐待猴子。
2022年2月，美國醫師醫藥責任協會指控Neuralink和加州大學戴維斯分校在2018年至2020年間對23隻猴子進行侵入性和緻命的大腦實驗，違反了《聯邦動物福利法》。
對此，Neuralink在官網和Twitter回應稱，Neuralink團隊尊重動物。在缺乏語境的條件下，醫療記錄和研究資料所反映的資訊可能有誤導性。
這條回應也成為Neuralink推特的最後一條内容，自今年2月以來，其官推賬号再無新内容釋出。
雖然馬院士這波暫時沒成，但毫無疑問的是，在腦機接口的這場長跑裡，終點線依然遙遠，無論是幫助病患更友善地生活，還是幫助人類實作認識世界的新方式，今後加入這場賽跑的玩家，隻會越來越多。
參考資料：
https://www.wired.com/story/this-man-set-the-record-for-wearing-a-brain-computer-interface/
https://www.businessinsider.com/brain-computer-chip-link-interface-neurotech-human-trial-2022-8