脑机接口的未来

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摘要

本文基于 YC「如何构建未来」(How to Build the Future) 节目对 Science Corp 创始人、Neuralink 联合创始人 Max Hodak 的深度访谈，系统阐述了脑机接口 (Brain-Computer Interface, BCI) 技术的现状、前沿突破与长远愿景。Science 的首款产品 PRIMA 是一款植入视网膜下方的 2mm×2mm 硅芯片，通过激光投影和太阳能电池阵列刺激双极细胞 (Bipolar Cells)，让因感光细胞死亡而失明的患者重获形态视觉 (Form Vision)——这是人类历史上首次在盲人脑中产生连贯图像。临床试验横跨欧洲 17 个中心，成果发表于《新英格兰医学杂志》(NEJM)，目前正申请上市批准。Max 从信息处理角度解析了大脑的"API"——12 对颅神经和 31 对脊神经构成了大脑与世界的全部接口——并论证了神经工程 (Neural Engineering) 相较于药物发现 (Drug Discovery) 在医疗上的根本优势：不关心分子层面出了什么问题，只关心如何将信号重新送入正确位置。访谈还深入探讨了神经可塑性 (Neuroplasticity) 的机制——大脑在反馈下极度可塑、但存在早期关键期 (Critical Period)；Science 的生物混合神经接口 (Biohybrid Neural Interface) 方案——在植入物上播种低免疫原性干细胞 (Hypoimmunogenic Stem Cells) 衍生的工程化神经元，使其与大脑自然连接；以及灌注 (Perfusion) 领域的工程革新——将价值 50 万美元、需要私人飞机运输的 ECMO 设备改造成可随身携带的背包。Max 分享了从软件世界进入硬科技的心路历程，以及在 Neuralink 与 Elon Musk 共事所学到的高执行力文化，并大胆预测：活到一千岁的人类可能已经诞生，而 BCI 与 AI 的双线叙事将在 2035 年前彻底重塑人类境况。

正文

PRIMA：让盲人重见光明

Science 最近宣布已有超过 40 人接受了其首批 BCI 治疗，该治疗旨在恢复视力。PRIMA 是一枚 2mm×2mm 的微小硅芯片，植入眼睛后部视网膜下方，本质上是一个微型太阳能电池板阵列。患者佩戴带有摄像头和激光投影器的眼镜，摄像头捕捉外部世界图像，激光将图像投射到眼睛内部。当激光照射到植入物时，太阳能电池吸收光线，直接刺激上方的细胞。这是一种视网膜刺激器 (Retinal Stimulator)，能够绕过已死亡的视杆细胞和视锥细胞 (Rods and Cones)，将视觉信号重新送入视网膜。

这项临床试验横跨欧洲 17 个中心，成果于去年秋天发表在《新英格兰医学杂志》上，效果显著。目前产品尚未获批上市，Science 正在提交审批申请，希望今年晚些时候能获得批准。

脑机接口的基本概念

大脑是一台强大的计算机，但它被封装在颅骨内，并非魔法般地与外界相连。它通过少量连接与世界交互——12 对颅神经和 31 对脊神经——这些连接赋予了你所知的感官和运动控制能力。Max 将这些神经比作大脑的"API"。

BCI 的应用方向包括三个层次：

  1. 恢复丧失的功能：失明时恢复视力，失聪时恢复听力，瘫痪时恢复运动能力——这是当前 BCI 的实际部署方向
  2. 替代性接口：如模拟现实 (Simulated Reality) 或"矩阵" (Matrix) 场景——用新接口替代现有感官
  3. 结构性神经工程：研究大脑如何处理信息、能否添加新的脑区，以及如何理解抑郁症或成瘾的治疗——这是尚未充分探索的领域

BCI 不是单一产品，而是一个品类——如同制药行业，将有多家 BCI 公司针对不同应用使用不同类型的探针 (Probe)。例如，超声波 (Ultrasound) 未来可能实现"数字安非他命" (Digital Adderall) 式的效果——刺激大脑特定区域以增强专注或促进睡眠——这类消费级应用可能不需要脑部手术。

风险收益与适用人群

植入式 BCI 涉及非常严肃的脑部手术，这一点必须充分认识。因此，当前的目标人群是非常残疾的患者群体——在他们身上，即使恢复相对基础的功能也能带来巨大收益。

Max 坦言，像他这样的健康人不会想要当前皮层运动解码器 (Cortical Motor Decoder) 的植入——毕竟键盘和鼠标的性能远高于每秒 10 比特的皮层运动解码。口语约 40 比特/秒，打字约 20 比特/秒。但随着技术进步，特别是双向 (Bidirectional) 通信和更丰富的表征，风险收益比将发生变化。衰老是一切功能退化的相关因素——存在某个临界年龄，恢复部分功能变得值得。最终，那些遭遇不幸但因此获得超前能力的患者，会让健康人产生羡慕，这才是 BCI 走向大众的转折点。

神经可塑性 (Neuroplasticity)：关键期与终身可塑

神经可塑性既被严重误解又极其重要。早期发育确实存在关键期——如果错过，某些连接将很难建立。Max 举了一个经典案例：一些因先天性白内障而从出生就视力模糊的患者，在成年后接受手术矫正，但他们的大脑无法理解输入的信息——信息量太大以至于令人不堪重负，部分患者甚至选择了自杀。

然而，大脑在成年后的可塑性远比人们普遍认为的要强。Max 描述了一个经典实验：如果你在皮层几乎任何位置植入一个电极，然后在手术中唤醒患者，展示一个与该神经元放电率成正比的闪烁灯光，患者能在几分钟内学会控制那个神经元。

这正是皮层运动解码器的工作原理——部分是在解码大脑原有的表征（如手或手臂），但更关键的是，当患者接收到反馈信号时，大脑也会适应设备。最初的实验中，研究者只是固定了几个神经元的权重——"这个神经元多放电就上移，那个多放电就下移"——然后让大脑自己去学习。大脑在反馈下的可塑性极为强大。

Max 用能量面 (Energy Surface) 的隐喻解释了这一现象：在正常发育中，大多数人的大脑状态会陷入一个巨大的吸引盆 (Basin of Attraction) 中，因为已经很好地拟合了现实。迷幻剂 (Psychedelics) 的作用可能是对能量面进行退火 (Annealing)，让人暂时接触其他状态，但药效过后又回到原来的吸引盆。这就是为什么成年人的可塑性看起来不明显——大脑处于稳定的吸引子状态，而非丧失了可塑性。这种稳定性是被进化选择的，因为持续的剧烈可塑性意味着不稳定。

PRIMA 的主观体验 (Qualia)

对于失明患者，在他们失明期间，大脑仍然试图"看"——因为人所体验的是大脑构建的世界模型 (World Model)，当没有来自视神经的输入时，大脑会放大噪声，导致盲人经常报告幻觉和内部产生的感知 (Phantom Percepts)。

当首次激活植入物时，患者会说"我看到了闪光"。但有趣的是，如果你在照射激光时同时播放一个声音，重复几次后，仅播放声音而不照射激光，患者仍会说"我看到了闪光"。因此，在最初的几个小时康复中，患者需要学会区分真实感知和幻感知——因为大脑的增益被调得太高、噪声底线被调得太低。

PRIMA 的主观体验是正常的视觉——虽然是黑白的、视野较小，但确实是视觉。至于更高带宽的生物混合神经接口的体验，Max 坦言"不可能想象"。

连体双胞胎的自然案例

Max 提到了加拿大一对连体双胞胎 (Conjoined Twins) 的案例——本质上是一个头部拥有四个半球。两个双胞胎各自的大脑两半球正常连接，但彼此之间只通过一条从丘脑到丘脑 (Thalamus to Thalamus) 的粗大生物电缆相连，这在 MRI 上清晰可见。通过这条连接，她们能够分享有意义的意识体验。

她们可以在某种程度上通过对方的眼睛看东西，但这是否表现为新的视野？她们是否拥有三个或四个图像模式（大多数人有两个：外部视觉和想象）？她们似乎各自拥有内心独白 (Internal Monologue)，但也能通过这条通道沟通——她们可以在不说话的情况下协调行动，并且对此有意识。更重要的是，她们不会将对方的思维误认为自己的（不同于精神分裂症患者将内在独白错误归因），但她们确实以某种方式直接体验着对方的信息。

这个案例引发了关于现象绑定 (Phenomenal Binding) 的深层问题：信息是通过经典方式传输的，还是在电缆上发生了类似两个半球绑定为同一时刻的现象级绑定？这些自然案例暗示了 BCI 未来可能实现的惊人能力。

5-10 年的愿景：接近原生视力

Max 认为在下一个十年内，可以达到接近原生视力——正常的 20/20 视力——包括色彩和更广阔的视野。虽然目前还远未达到，但他看到了实现路径。

但更深层的是 Science 的世界观：药物发现 (Drug Discovery) 与神经工程 (Neural Engineering) 的根本对比。人类在药物发现上并不擅长——偶尔会找到 GLP-1 这样的奇迹药物，但更常见的是花十年走一条路，最终临床试验给出否定答案，然后不知何去何从。已有大量工作致力于寻找阻止失明恶化或逆转视力丧失的药物，但基本没有效果。有一种每患者百万美元的基因疗法，效果非常边际——如果有的话——且只对极小比例患者有效。

而 Science 的视网膜假体在临床试验中，能够让一个十年来无法看到面孔的患者，读出视力表上的每一个字母。大脑不仅是唯一真正重要的器官，而且从经验上看，我们在工程化大脑方面远比药物发现更擅长。Max 认为这允许了一种根本性的医疗范式重构。

视力恢复的技术突破：为什么 Second Sight 只能产生闪光

历史上，电刺激视神经只能让患者看到闪光——称为光幻视 (Phosphenes)。十年前的一家公司 Second Sight 在眼部植入了一个电刺激器，手术需 4.5 小时，眼侧有一个钛盒子，刺激的是视网膜的不同细胞层。他们能让患者看到闪光——"这里有些闪光，那是 A，下一个是 H"——但大脑无法将这些闪光组装成完整的图像。

同样，刺激视觉皮层（后脑勺）也只能产生闪光或类迷幻效果，无法组装成形态视觉。

Max 解释了其中的科学原理：视网膜有三层关键细胞——1.5 亿视杆和视锥细胞，连接到 1 亿双极细胞 (Bipolar Cells)，再连接到 150 万视神经细胞（视网膜神经节细胞，Retinal Ganglion Cells）。Second Sight 刺激的是 150 万神经节细胞——在视网膜已经进行了 100 倍压缩之后。此时信息已经包含了边缘、相对运动、色彩等压缩后的表征，而非像视杆和视锥细胞那样的位图图像 (Bit-Mapped Image)。如果你在这个层面刺激一个细胞，得到的不是一个像素，而是某个边缘方向梯度——而且无法选择性刺激，因为不知道编码方式 (Codec)。

Science 的关键发现是：如果你用图像刺激双极细胞，就能在心灵之眼中产生图像——因为双极细胞层是视网膜中进行关键处理步骤的地方，保留了图像结构。

从第一性原理出发的探索

Science 不是围绕某个特定专利或大学衍生 IP 创立的，而是从一个根本性的视角出发。他们在视网膜中构建了一个 2×2 矩阵：在视杆和视锥细胞已丧失的情况下，是刺激双极细胞还是神经节细胞？是用电刺激还是光遗传学 (Optogenetics)？

他们探索了所有四个象限，很快发现刺激神经节细胞极其困难——需要进行百万级自由度的逐患者校准，在实践中不可行。于是转向双极细胞。在电刺激和光遗传学之间，他们同时开发了两种方案。

他们开发了世界最敏感的光遗传学蛋白——敏感到室内办公灯光即可激活（传统光遗传学蛋白需要强激光），并发表了相关论文。但光遗传学方案仍需 5-7 年的临床转化，且存在不确定性。同时，他们调研了电刺激的最新技术，发现了斯坦福大学约十年前发明的一种技术，由欧洲一家小公司在开发。Science 收购了那家公司，最终形成了当前的方案。

光遗传学的潜力与局限

Science 拥有内部最先进的光遗传学基因疗法，并发表了关于世界最敏感光遗传学蛋白的论文。这些蛋白可以表达在神经元中，使原本对光不敏感的神经元对光产生响应。但传统光遗传学蛋白需要强激光激活，而 Science 发现的蛋白敏感到室内灯光即可工作，这意味着可以有非常不同的使用方式。

然而，光遗传学仍需基因修饰患者自身的神经元——这是一扇单向门，出了问题后果严重。而 Science 的生物混合方案只编辑移植物细胞，如果移植物死亡，患者基本不会比之前更差。

Science 的三大管线

  1. 视网膜与失明：以 PRIMA 植入物为核心
  2. 神经接口：生物混合神经接口
  3. 灌注 (Perfusion)：血管项目

生物混合神经接口 (Biohybrid Neural Interface)

灵感来自胼胝体 (Corpus Callosum)——连接大脑两个半球的约 2 亿纤维的电缆。如果自然界想要构建一个超高带宽的脑对脑连接，它会怎么做？答案：长出一条新的神经——一条新的纤维束，末端带有 USB 接口。

Science 的方案是：在植入物上播种活体神经元——经过重度工程化的干细胞衍生神经元。这些神经元会在培养中与患者自身的神经元生长在一起，形成新的生物连接。

关键 IP 在于低免疫原性干细胞——不需要按患者制造，一个细胞系就可以使用。这些干细胞衍生的工程化神经元被装载到设备中，然后植入大脑。Science 不在大脑中放置任何导线，也不需要基因修饰患者的大脑。

如果移植物死亡，患者基本不会更糟；但如果成功，这些神经元有可能生长遍及大脑，形成各处的生物连接——这在动物模型中已经观察到。Max 将其比作《阿凡达》(Avatar) 中外星人的辫子——"一条新的颅神经，末端有连接器"。

灌注 (Perfusion) 项目：ECMO 的工程革新

Max 大约十年前在《柳叶刀》(The Lancet) 上读到了一个案例：一名 17 岁的波士顿青年在等待肺移植期间，靠 ECMO（体外膜肺氧合，Extracorporeal Membrane Oxygenation，即心肺机）维持生命。他的心脏正常但肺部已经衰竭。后来他因并发症被移出移植优先名单——但他的 ECMO 不能关，关了他就会立刻死亡。他可以打游戏、做作业、和朋友玩。与此同时，他每月占用 50 万美元的 ICU 病房。

当 Max 在 PubMed 上搜索"ECMO ethical dilemma"时，发现了多页结果——这不是个例。许多文献讨论 ECMO 不应作为"通往无处的桥" (Bridge to Nowhere)，医生试图劝阻家属不要在重症监护中追求 ECMO。当 Max 提出将 ECMO 作为"终点治疗" (Destination Therapy) 而非"桥接治疗"时，得到的回应是"喊叫和扔东西"。

同样的灌注技术已经彻底改变了器官移植——常温机械灌注 (Normothermic Machine Perfusion, NMP) 让 75% 以上的美国肝脏移植使用这种技术，手术从凌晨 4 点改为预约下午。但现有系统价值 50 万美元，只能用私人飞机运输——某大公司的私人飞机物流业务比医疗器械业务还大。

Science 的愿景是：能否把灌注设备做到可以把肾脏当行李托运到东海岸？能否让那个 17 岁少年把 ECMO 背回家当背包？现实中，他们停止更换那个少年的氧合器滤芯，一周后血栓形成，他死了。这根本上是工程问题——需要让皮肤在管道周围愈合以消除感染风险，需要小型化和降低成本。

大脑作为信息处理器：神经表征与隐空间

Max 从信息处理的角度看待大脑：大脑充满了表征 (Representations)。例如，初级运动皮层 (Primary Motor Cortex) 中有手活动的表征——手指张开时一个神经元放电，闭合时另一个放电。初级运动皮层距离肌肉只有两个突触——从头顶投射到脊柱，再从脊柱到肌肉。因此这里的表征是具体的，直接对应手的状态和关节扭矩 (Joint Torques)。

但随着深入大脑，表征迅速变得抽象。例如下颞叶皮层 (Inferotemporal Cortex) 中有物体空间的地图——某个点对应花瓶，某个点对应埃菲尔铁塔，某个点对应汽车、人、斑马。在这个流形 (Manifold) 上移动，可以得到任何可能物体的感知。这本质上就是隐空间 (Latent Space)。

这正是 AI 和神经科学正在发生大统一的地方。当你在 AI 模型（如图像模型或语言模型）中训练时，其内部表征与大脑中看到的表征非常相似。Max 指出，10 年前人们以为 AI 会向神经科学学习，但实际恰恰相反——很多神经科学家转行做了 AI，因为本质上还是做神经科学，但在模型上做要容易得多。

Max 在 2016 年初收到了 Sam Altman 的一封邮件，主题是"疯狂的问题"——Elon 要开一家脑机接口公司，谁应该来运营？Max 最初推荐了 MIT 的朋友，但一小时后回心转意，主动请缨。

Elon 已经有了 Neurolink 这个名字和核心理念：他比大多数人更早、更清晰地看到了 AI 的到来，以及如果 AI 与人类分离将带来的危险——人类需要与之融合。这不是纯粹的推测——看看地球的自然史，人类已经完全统治了这颗星球，把最近的灵长类亲属关在玻璃箱里以防止它们灭绝。更高级的智能是危险的。

2016 年下半年，一个每周晚间聚会的小组逐渐演变为 Neuralink。初始团队中有几位来自 Max 在杜克大学时就认识的人——Tim Hansen（缝纫机想法的最初提出者）是 Max 在杜克实验室的学长。

从软件到硬科技的建议

Max 给出了两条建议：

  1. 弄清楚你想要什么，然后高能动性 (High Agency) 地追求：他在大学时就想做 BCI，杜克有一个顶尖实验室在从事这项工作。他们通常不收本科生，但他找到了一条后门——通过化学系的独立研究课程进入灵长类神经科学组。他真正的大学教育发生在那个实验室里。

  2. 早去为杰出的人工作：Max 在 2012-2016 年经营 Transcryptic（一家机器人云实验室公司）期间深有体会——他强烈认同 Ben Horowitz 的文章《挣扎》(The Struggle)。他后悔没有更早去为像 Elon 这样的人工作，因为那极大地提升了他的能力和对游戏规则的理解。创业是一种口述传统 (Oral Tradition)——除了 PayPal 等少数从零突破的例外，绝大多数成功都来自硅谷少数几个文化圈的薪火相传。在 20 岁而非 26-28 岁获得这些认知，对职业轨迹的影响是巨大的。

2035 年的事件视界

Max 设定了一个 2035 年的"事件视界" (Event Horizon)——他能看清未来几年，但到 2035 年就完全无法透视。他认为，第一批活到一千岁的人很可能已经出生了，而且可能比人们想象的更多——不是一两个人，而是更多人。

地球正处于一个变革时期——这种时刻在历史上曾多次发生。工业革命开始前的几千年里，人类生活基本没有根本性变化，人们甚至没有"进步"的概念。而蒸汽机出现后的 10-15 年里生活发生了翻天覆地的变化——Max 觉得看未来 15 年也是同样的感觉。

人工智能和脑机接口是两条平行但截然不同的叙事。AI 的终点是超级智能机器，而 BCI 的终点可能是有意识的机器——或许不存在任何测量手段能告诉我们某物是否有意识，唯一能知道的是你自己的体验。因此，研究意识需要用 BCI 亲自去看。一旦掌握了大脑利用的宇宙基本原理，最终就能构建出我们可以通过超高带宽连接融入的超级智能有意识机器。

Max 对 AI 风险的评估 (p-doom) 不是零，但远低于 50%。到 2035 年，他不会说"所有疾病都被治愈了"，但会有全新的横向选项 (Lateral Options) 彻底重构人类境况——而 BCI 作为脑对脑接口 (Brain-to-Brain Interface) 在很多场景下等同于人机接口，将把人类带入全新的疆域。