全球的科技界目前都在讨论一个话题，就是脑机接口，是否会彻底颠覆人类文明的进程？
为什么这么说？
因为这个技术有一个非常特殊的颠覆性——它试图替代五万年来人们赖以生存的核心协作工具：语言——它尝试绕过语言，建立一个能让大脑和外界直接沟通的全新界面。
在“得到”app上，柔灵科技创始人孙瑜主讲的《脑机接口》科学前沿课程，有高达4.5万的订阅付费用户，影响力排名断层第一。作为长期奔波在中美两地的跨国科技公司创始人，他始终把面向大众的科普，作为自己的一个爱好和使命。
孙瑜是作为材料专家进入脑机接口领域的，他自己说，“从材料进入脑机接口领域，其实在工程维度上具备优势。”他本科毕业于浙江大学高分子专业，后赴美留学，在美国高分子排名第一的阿克隆大学获得博士学位。他所在的课题组，曾协同美国航空航天局负责“挑战者号”航天飞机失事的原因调查。1986年，“挑战者号”航天飞机在升空时爆炸，最后课题组的调查发现，重要原因就是设备的一个橡胶密封圈的老化。因为一枚小小的橡胶圈，导致价值100亿美金的航天飞船坠毁，7名宇航员罹难。这也让孙瑜对于材料在工程项目中的核心地位，有了非常深刻的认知。
图1.1986年挑战者号在发射升空时爆炸
脑机接口
摘菜-洗菜-炒菜的系统构成
“脑机接口”是一个比较专业的描述，是指大脑与外部设备直接进行连接，从而实现信息交互和控制的技术。
图2.脑机接口系统构成
整个脑机接口系统的构成，用一个通俗的比喻，就如同一个“摘菜-洗菜-炒菜”的过程。“摘菜”就是通过电极和芯片等搜集到脑部的神经信号；然后进行大量的信号“清洗”，比如精准分离出你需要的信号，放大转化相应的滤波；最终是“炒菜”，将这些信号进行深度学习的标签化处理和神经网络的训练，实现脑与外部设备的交互。这就是一个监测、解码以及刺激编码的过程。
从信号传输的角度，其实“摘菜”和“洗菜”的核心技术会更难一些，“炒菜”的人工智能部分反而会更简单一点。这可能颠覆了很多人的认知。
比如我们“摘菜”，要做信号采集的时候，需要把纳米材料的比表面积*做得特别高。比如它原来像一滴水珠那么大，如果把它分成100颗小水珠，总面积会比原来更大。信号采集的效率和有效性会大大提升。
*比表面积，多孔固体物质单位质量所具有的表面积。比表面积越大，单位体积或者质量的材料表面积就越大。
摘菜工具
脑机接口的最大难题在于“接口”
在电影《阿凡达》中，意识移植、可随意控制的机械外骨骼以及潘多拉星上的动植物几乎都能够进行“脑机交互”，可以说是“万物互联”最美妙的直观展现。虽然电影中的技术在现实生活中各有雏型，但从科幻到科学，很多场景在短期都很难实现。
比如，在科幻电影中，大脑与外界信息的交互和控制是通过无线连接的方式实现的，而现实中的技术还是以“接口”为主，而脑机接口最大的难题就在于“接口”两个字。
图3.《阿凡达1》中男主角躺进可操纵Navi族克隆身体的仪器
2006年，全世界第一例侵入式脑机接口的实验，是将金属的电极直接插入病人的脑子里，通过设备去控制鼠标的移动方向，但这个病人已经因为感染去世了。“接口”植入的材料带来了生物相容性的感染风险。
无论是人体的皮肤还是大脑，都是柔软的。为了让传感器能够更好地贴合，生物相容性做得更好，就把应该把芯片和电极也做成软的。如果拿一个很硬的针扎进去，就把大脑就给破坏了。
材料其实有很多种改性*的方式：
一方面是模量，它是硬还是软？材料的模量要跟大脑的模量要在同一个数量级，如果它的模量是大脑模量的十倍，可能就把大脑给割伤了。也不能太软，太软的话会坏掉，模量要停留在一个合适的水平。
同时，材料是可以做表面改性的，在分子上面接另外一个小分子，可能是一个蛋白质，一个多肽，或者一个氨基酸，之前的分子可能是对细胞不友好的，接了新的分子之后，会提高材料跟细胞接触的相容性，细胞不会觉得它是一个外来的异物，也就不会产生排异反应。
*改性是通过物理和化学手段改变材料物质形态或性质，制成性能突出的改性材料。物理改性是在基体中加入其它的填料或一些添加助剂；化学改性则是通过化学反应，改变材料的性质。
应用场景
梦境植入能否照进现实？
1）监测：深度睡眠与记忆巩固
我以我们研发的一款产品为例，具体说明一下脑机接口是如何在生活中被应用的。比如我们有一款非侵入式脑机接口产品，它的重量只有5克，主要是纳米电子耗材，整个电极都是用纳米材料做的柔性电极，我们就可以把这个设备贴在头上，进行脑电波的监测，前两天我们和多伦多大学在合作的时候，那边的教授还问，这个产品是不是德国设计的，我们说不是，全部都是我们自主设计生产的。
我们用这款设备监测睡眠。
图4.分布式脑电睡眠监测管理系统
传统上，睡眠的夜间八小时被认为是传感器的真空期。但我们认为，睡眠也是重要体征。
睡眠与体温、血压一样，都是一个体征。比如监测血压，医生不是想知道血压的数值，而是想通过数值知道心脏或心脑血管的情况。之前大家忽视了，睡眠也是一个重要的体征，因为没有办法便捷地精准监测睡眠。
现在市面上睡眠监测手环，监测到的是血氧数据，然后通过算法，间接转换为睡眠数据。这是有很大误差的，只有通过监测脑电波，才能得出睡眠底层的神经信息。
图5.传统的睡眠监测
而传统的睡眠监测，需要来医院睡一个晚上，才能做这个事儿，全身要戴着很重的设备，头上敷很多导电胶，在病房睡一个晚上。病人本来就睡得不好，带着这些设备就睡得更不好。
我们在做一些纳米耗材的柔性脑电贴片，贴附在额头上做脑电波的监测。
当我监测到你在深度睡眠的时候，给你一个特殊频率的噪音，使得深度睡眠的脑电波会变得很高，加深你的深度睡眠。也可以通过监测，让噪音来引导，把你从浅睡引导到深睡。
2）干预：攻克疑难杂症
我们可以通过外界的信号刺激来调控和干预我们的大脑，通过脑接口的刺激，做一些疾病的早期筛查。比如如果监测你在做梦的时候你的腿在不规则的抖动，很有可能就是帕金森症的一个早期的迹象。
我们也可以通过脑电波来做一些阿尔茨海默症的筛查。睡眠有一个从浅睡、清醒、深睡到做梦的不同阶段，在你深度睡眠时，一个特定的慢波会刺激脑淋巴系统分泌脑脊液，冲洗掉坏的蛋白质；但如果你一直没有深度睡眠，蛋白质累积多了，就会慢慢破坏神经元，出现轻微认知障碍（MCI，认知障碍症候群，介于正常衰老和痴呆之间的一种中间状态），再发展下去就会变成阿尔茨海默症。
*脑脊液不断产生又不断被吸收回流至静脉，在中枢神经系统起着淋巴液的作用，它供应脑细胞一定的营养，运走脑组织的代谢产物，调节着中枢神经系统的酸碱平衡。并缓冲脑和脊髓的压力，对脑和脊髓具有保护和支持作用。
3）梦境植入：增强人的创造力
图6.梦境植入实验
这是麻省理工学院在2021年的一个实验，选取了100名实验对象用脑机接口做梦境植入，最后61个人成功实现了梦境植入。
梦境是培养创造力的过程，但创造力是一个随机过程。虽然我可以让你胡思乱想，让你有更开阔的想法，但我不能控制你的方向，做梦的时候其实是随机的。当脑电波监测到你进入入睡前幻觉后，用智能音箱也好，其他方式也好，给你植入一片森林，实际上给你指引了一个方向，至于你在森林里面去打猎、跳舞还是唱歌，你可以自由发挥。
元宇宙
虚拟和现实是否还有边界？
元宇宙发展的最终极就是脑机接口。
之前，我们与“虚拟世界”的交互更多是通过动作来实现的，那么情感是否能交互呢？
从科学的角度看情感，就是一系列神经递质的排列组合，比如多巴胺、血清素、内啡肽、皮质醇等。但有些神经递质可能因为血氧屏障没有办法到达身体，只能停留在脑子里。比如多巴胺就是一个奖励分子，只要我有一些欲望或渴求，多巴胺就会分泌；血清素则是一个更加平和的快乐分子。
图7.基于可穿戴设备的皮质醇检测
这是2022年发布的最新学术研究成果：一个实时的皮质醇传感器，利用微针技术，碰到你的皮肤就可以实现接入，并进行血清素和多巴胺的传感。
比如我今天的某一时刻，监测到的可能是大脑里这几个分子的参数，这其实就是我当下的情绪。如果我们可以把这个特征参数量化并记录下来，在未来的时候，通过一些特定的调控或刺激，复现这些参数，其实就复现了这个情感。
情感变成了像数学、物理一样可以被计算、被量化的东西，感性与理性、真实与虚拟的边界，也随之变得越来越模糊。
人类增强
脑机接口的最终方向
图8.脑机接口意念打字：让全身瘫痪的人重获沟通能力
上图是加州大学旧金山分校在2021年做的脑控写字的demo，这是一套非常重的电机。病人在想的时候，并不是直接想这个字怎么写，而是通过想笔触的运动轨迹，让电脑捕捉到运动信号，然后在屏幕上，字就被写出来了。
图9.脑机融合的范例：猴子与乒乓球
马斯克在2021-2022年做了一个猴子实验，先用食物作为奖励引导猴子学会用操控杆控制乒乓球，工作人员会在旁边通过设备记录猕猴Pager的神经元释放的电子信号并进行分析，来预测Pager的动作。然后撤掉操控杆，让猴子全凭意念来玩乒乓球，变成一个“脑控游戏”，想要球往上走，就往上走。
这些都是侵入式脑机接口的例子。脑机接口，刚开始做的是改善、康复，它可以实现书写，实现盲人的视觉重建。
更加有想象空间的是什么？
未来五年之后甚至在十年之后，我们可以让普通人可以通过脑机接口，看到可见光光谱以外的电磁波，我们的视觉跟动物一样，拥有了更强的分辨率……增强才是未来脑接口发展的一个终极方向。
侵入式脑机接口的发展取得重大突破可能还需要5年左右；实现对人的听觉或视觉增强功能，大概需要5到10年；如果涉及到把想法转变成语言，把语言转变成电信号传输，电信号再被重新组织成语言，然后再重新组织成电信号，感知道你的想法……这个过程涉及到很多技术壁垒，我觉得至少需要20到30年。
因为它不单单只是算法的问题，涉及到很多硬件的问题，这个过程会更长。比如像芯片要遵循摩尔定律，之前我们一直在说，至少要有10万个电极的脑接口，可能才会是一个比较通用型的脑机接口，但现在还没有做到这一步。
这里面会有一个挑战，之前我们很多技术可以参考欧美发达国家的研究成果，但现在我们的新技术产品在国外是没有对标的。从中国目前的科技发展的趋势来讲，我们认为这个路是必须要去走的，因为不可能总去依赖别的产品让我们去学习借鉴。
科技进化
人与人的差距是否会被无限放大？
根据凯文·凯利的观点，科技进化是生物进化的延续——生物进化可能是以10万年为单位的，但科技进化是以10年为单位的，甚至在未来会呈现指数级的增长。
赫拉利在《未来简史》里也这么讲，为了让自己跟AI去PK，必须让自己增强。
我们现在已经整天在讨论，人类什么时候会被AI取代？马斯克这一类的科技信徒比较激进，他们已经在不断通过科技的方式，试图让自己产生进化，从而增强自己，让自己无论是在智力上还是在体力上变得更强大，这代表了一个趋势。
科技的加速演进，会不会让人与人之间形成更大的差距？
我觉得不一定，因为技术总有“普世性”的趋势。举个例子，30年前，只有大老板才能用上“大哥大”，但10年之后，每个人都开始用折叠屏手机了，后来又过了5年，大家又都用上智能手机了。
图10.“大哥大”手机
这就是技术发展的普世性趋势。
因为越到后期，就越不是技术壁垒，而是规模化的壁垒。从这个角度去思考，我们认为无论是脑机接口也好，还是未来的其他新技术也好，都会呈现这样一个趋势。
泉果博物馆
答案的力量ThepowerofAnswer制作：GrifStudio
一个代表心念的光束，随着脑纤维传导，展示出了一个庞大的电子脉冲网络。像潮汐，像星云，暗示着头脑与宇宙巨大未知之间的微妙关系，而真正有趣的是，这种广袤的神经元网络，实际上以极其精妙的方式彼此连接。GrifStudio通过脑部扫描及翻译建模，将解剖学上高度精确的大脑进行了艺术呈现，并通过光影为它叠加了情感的元素。
该作品的负责人ShaneGriffin说：“这些神经通路的复杂程度令人难以置信。光充当了答案的视觉隐喻，从微观神经元，一直传到轴突，再到蔓延到突触终端。通过这种传导，你既可以看到忧虑如何引起下一个忧虑，也能看到平静如何抚平脑内的脉动，回归如宇宙初始般的静谧。”
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