艾丽丝·查顿已经很久没有清楚地看到过人的脸了。她的世界里当然有很多人在走动——她的丈夫、朋友、医生、邻居——但仅凭她能看到的东西来判断，她不得不凭信念相信任何一个人真的在那里。五年前，这位87岁的退休教师住在巴黎郊区，第一次注意到她的视力开始衰退，视野中央出现模糊、浑浊和昏暗的点。很快，这个点变成一个斑点，斑点变成一片污迹——直到她无法认出人、读书或在陌生的街道上行走。
问题的根源是年龄相关性黄斑变性（AMD），这种疾病影响全球约2亿人，涉及视网膜细胞的退化，特别是在负责中央视力的黄斑区域。AMD通常不会导致完全失明，但视力可能会严重受损。至于AMD的治疗方法？不存在。
"我一直在和孩子们一起工作，教他们如何阅读，"查顿说，"所以不能阅读对我来说特别令人沮丧。"
但三年前，一切都改变了。在视力缓慢恶化两年后，查顿得以夺回她失去世界的一小部分。如今，虽然她仍然无法看清人脸或在没有帮助的情况下在街上行走，但她确实能阅读——不算多；只是早上一小时，下午一小时。但恢复这一小部分失去的视力是变革性的。"这给我带来了希望，"她说，"这真正改变了我的生活。"
这一突破要归功于位于旧金山的四年制神经科学公司Science Corp.的工作，该公司由生物医学工程师马克斯·霍达克(Max Hodak)领导。在一项名为Prima的实验性手术中，该公司已对数十人进行了手术，与公司合作的外科医生将一个2毫米见方、带有400个六边形电极的计算机芯片直接植入AMD破坏的视网膜部位。像查顿这样的患者随后戴上一副笨重的黑色塑料眼镜，眼镜上装有一个微型摄像头，可以观察世界并将所见内容以红外脉冲的形式直接传送到芯片。该系统使用红外波长——肉眼不可见——而不是可见光，以防止信号干扰受试者仍有的残余周边视力。信号从芯片传输到视神经，然后到大脑，恢复了类似于正常视力的功能。
实现这种光学魔法的芯片本身并不起眼。在Science公司总部连接到计算机的高倍显微镜下，它看起来像一块放大的电路板。肉眼看来，它是一片微小的无物之物，但正是这片无物之物为几乎失明的人带来了视力——也许是不完美的，但毕竟是视力。
"有一个视力表，[健康]人应该能在4米的距离阅读；即使在1米处，未经治疗的患者也几乎无法用周边视力阅读最上面一行最大的字母，"霍达克说，"在Prima的临床试验中，患者能够阅读视力表的第五行。"
这项试验刚刚发表在《新英格兰医学杂志》上，涉及包括查顿在内的38名来自欧洲的患者，他们都接受了Prima手术。术后，近80%的患者在视力表上的表现提高了20个字母，84%的患者能够在家中阅读字母、数字和单词。
"在我们的临床试验中，AMD患者能够再次阅读和书写，不仅是一个字母一个字母，而是一个词一个词，"斯坦福大学眼科和电气工程教授丹尼尔·帕兰克(Daniel Palanker)在伴随期刊研究发布的声明中说。帕兰克在2004年构思了Prima系统，最近一直与霍达克和Science团队密切合作，担任Prima项目的兼职顾问。"下一代植入物的像素应该小五倍，数量更多，从目前植入物中的约400个增加到10,000个。这应该能实现20/80的视力，借助摄像头的变焦功能，甚至可以达到20/20分辨率的等效值。"
Science Corp.不会止步于此。该公司的研究人员还在开发一种技术，涉及将芯片直接植入大脑，这可以让因中风、事故或肌萎缩侧索硬化症（ALS）而瘫痪的人仅凭思想就能操作计算机、智能手机、轮椅，甚至灯光和电器。对于那些因病情丧失说话能力的人，该芯片有朝一日可能将思想转化为屏幕上的单词、句子和段落。该技术甚至可以将这些思想转化为计算机生成的口语——如果是患者在患病前的视频或其他录音可用，人工智能加载到计算机中的声音可以复制患者自己的声音。
在这个系统中，植入的计算机芯片不仅会停留在大脑上，还会成为大脑的一部分。使用霍达克称为生物杂交模型(biohybrid model)的技术，芯片会被植入干细胞，这些干细胞会生长到脑组织中，与控制思想、言语、创造力等的神经元形成有用的连接。
"你可以想象制造一个带有10万个电极的芯片，当它生长到大脑中时，你可以获得10亿个突触，"霍达克说，"现在你可以非常容易地将信息输入大脑。从大脑中获取信息是有限的。想象一下，如果你能从大脑中获取图像、音频、想象力或记忆。"他说詹姆斯·卡梅隆的《阿凡达》电影是"生物杂交接口如何工作的相当好的参考"。瘫痪的人当然不会像电影中那样占据新的身体，但他们将获得一些对世界的控制，仿佛他们能够自由活动。
Science Corp.在追求计算机和大脑的结合——这种冷硅和温碳的联姻——方面绝不是孤立的。根据世界经济论坛(World Economic Forum)的数据，全球有高达680家公司至少在涉足脑机接口（BCI）技术，使该行业在2022年的价值达到17.4亿美元，预计到2030年将增长到62亿美元。今天的BCI就像20世纪80年代初的个人电脑——一项可能以撼动世界的方式发展的新兴技术，一些公司不仅谈论治疗ALS或其他形式瘫痪的患者，还谈论将该技术用于消防员、军队和其他第一响应者，加快反应时间和通信。BCI甚至可以被公众使用——或者至少是那部分希望与人工智能系统进行心灵对心灵访问的公众。
"拥有脑植入物的人将能够以没有脑植入物的人无法做到的方式与AI互动，"位于奥斯汀的BCI公司Paradromics的CEO兼创始人马特·安格尔(Matt Angle)说，"这在某种意义上是一种超能力。"
这项新科学不仅引起了技术轰动，还引起了文化轰动，在大众心理中拨动了活跃的神经。2020年新冠疫苗一发布，毫无根据的谣言就开始流传，称疫苗含有将被注射到体内的微芯片——让政府能够访问你的思想。美国和中国据报道正在安装仪表盘摄像头和其他设备来检测长途卡车司机的疲劳迹象后不久，互联网就将此编造成两国使用能够读取司机思想的硬件的故事。Apple TV的《Severance》——这部关于办公室员工接受微芯片脑部手术以将其工作思维与家庭思维分开的令人上瘾的曲折惊悚片——在2025年的颁奖典礼上获得惊人的27项艾美奖提名，这并非偶然。公众对BCI领域发展的反应与此完全一致——既有健康的着迷，也有令人不安的错误信息。
"在过去的20年里，每次这项技术有进展时，主要调查员都会接到电话，说有人——政府、他们的妻子——在他们身上植入了芯片，"犹他州BCI公司Blackrock Neurotech的联合创始人兼首席科学官弗洛里安·索尔巴赫(Florian Solzbacher)说，"批判性思维的训练不足。"BCI，无论好坏，已经到来。现在的工作是科学家们要弄清楚如何使用它——而普通人则要弄清楚如何应对它。
最著名的BCI公司——得益于其创始人埃隆·马斯克(Elon Musk)的无处不在和深厚财力——是位于加利福尼亚州弗里蒙特的Neuralink。该公司成立于2016年，到目前为止已在12人的大脑中放置了植入物，希望让他们仅凭思想就能操作计算机或智能手机。Neuralink目前正在运行一个名为Prime的临床项目，该项目正在寻求招募22岁及以上、患有四肢瘫痪并愿意为一项预计持续六年的研究植入一个约25美分硬币大小的1,024电极芯片的患者。
2024年1月，该公司植入了第一个芯片，植入对象是亚利桑那州尤马市29岁的四肢瘫痪患者诺兰德·阿拉布(Noland Arbaugh)，他在一次潜水事故中肩膀以下失去运动能力。该植入物使他仅凭思想就能控制屏幕上的光标——玩视频游戏、上网和与朋友交流。霍达克曾是Neuralink的创始人之一和总裁，在离开创立Science公司之前，他是这项开创性工作的一部分。
还有位于旧金山的Echo Technologies，由加州大学旧金山分校神经外科医生爱德华·张(Edward Chang)博士领导。2021年，张和他的同事在《新英格兰医学杂志》上发表了一篇论文，报告他们开发了一种所谓的神经假体，使一名无法说话的瘫痪男子仅凭思想就能在计算机屏幕上生成单词。2023年，正如《自然》杂志报道的那样，他们改进了系统，增加了计算机语音合成以及文本，以及一个可以显示情感和表达的面部头像，反映说话者的话语。2024年，正如《自然》生物医学工程杂志报道的那样，Echo升级了硬件，使另一位会说两种语言的患者可以在英语和西班牙语之间切换。
"我们的系统是完全无线的，"张说，"屏幕上的头像设计得 resemble 说话的人。但实际上它可以是任何东西。如果那个人想要，它甚至可以是表情符号。"
随着人工智能在信息处理中的兴起，它在这里发挥作用也就不足为奇了。BCI语音系统依赖于所谓的大型语言模型来解释语音并预测下一个单词——就像文字处理程序在你输入"orange"时会建议"juice"，或在你输入"United"时会建议"States"一样。
"我们解码的东西不仅仅是单个单词，而是任何单个单词的概率，"张说，"我们一直在努力了解大脑如何处理单词，大脑的电活动如何产生辅音和元音，它们如何产生单词的规划。"
该系统还识别控制嘴唇、下巴、舌头和喉部的大脑部分。通过思考说话，即使失去说话能力的人也会以形成任何给定单词的方式激活这些大脑中心。想想说"ball"，你的大脑会发送一个信号，让你把嘴唇压在一起发出"b"，把舌头移到前牙后面发出"l"。计算机识别这些信号并帮助将其转换为单词。
在其他地方，Blackrock Neurotech已在50多人的大脑中植入了脑芯片，并声称积累了数千个没有不良事件的患者日。最常见的事件是在植入部位的脑组织感染；植入物故障，导致其发送虚假信号，可能损害大脑；或芯片的纤维包裹，随着组织在芯片周围生长，导致其失效。避免了这些风险后，Blackrock专注于使用其系统让患者操作计算机，并像Echo一样，通过屏幕上的头像说话。索尔巴赫描述了一名ALS患者的病情已发展到所谓的闭锁综合征，即头脑保持清醒但无法与外界沟通。该患者接受了手术，植入了芯片并创建了计算机语音。
"他能够和他的3岁女儿说话，"索尔巴赫说，"这是他女儿一生中第一次发生这种情况，实际上非常有力。"
闭锁患者如何对手术给予同意是一个棘手的问题。索尔巴赫说，通常在疾病早期，患者尚未完全进入闭锁状态之前，就会获得同意。亲属也可能拥有患者在仍能沟通时做出的预先声明。
Blackrock一直在从事这项工作。2014年，它进行了一项临床试验，一名叫伊恩·伯克哈特(Ian Burkhart)的受试者在19岁时因在北卡罗来纳州外滩游泳并潜入将他推入沙洲的波浪中而从肘部以下瘫痪，被植入了脑芯片，然后在前臂、手部等皮肤上配备了电极。仅仅通过思考移动他的四肢，他就能激活电极，导致手臂或手按命令移动，使他能够抓握物体，甚至玩《吉他英雄》。伯克哈特对结果感到一种胜利感——甚至是一种证明。
"有好几年，我听到医生说，'嗯，你永远不能移动这个，移动那个，做这个，做那个'"，他说，"现在我能够了。"
脑机接口技术有时甚至不需要科学家打扰大脑。即使是最低限度的、轻度侵入性脑部手术，仍然是脑部手术，在位于纽约市的Synchron Inc.，他们能够避免这种情况。相反，他们通过前臂的桡动脉或大腿的股动脉将带有芯片的探针穿过，到达大脑并将芯片存放在大脑两个运动皮层之间的主要静脉中。Synchron公司的首席商务官库尔特·哈格斯特罗姆(Kurt Haggstrom)说，"你实际上可以倾听大脑并理解它，而无需真正接触大脑本身。"
第一次BCI手术发生在1998年，当时神经学家菲利普·肯尼迪(Philip Kennedy)植入了一名因脑干中风而患有闭锁综合征的男子大脑中的芯片。经过 intensive 练习，患者能够移动屏幕上的光标——一项重大成就，但是一项费力的工作。结果的限制部分是由于芯片的限制，这是一个四通道模型，只能携带最少的信息。
"这是一个非常原始的设备，"纽约西奈山医院的住院神经科医生、BCI专家杰米·布兰尼根(Jamie Brannigan)说，"但它是人类脑机接口的第一个例子。"
自那以后，更强大的芯片——犹他阵列(Utah array)——已成为BCI领域的默认设备。该芯片测量4毫米乘4毫米，包括100个针状探针，每个测量1.5毫米，穿透脑组织。它首次植入人体是在2004年，自那以后一直是大多数BCI工作的首选芯片。
"犹他阵列有着经过验证的安全性、可靠性和耐久性记录，"索尔巴赫说。
Blackrock的50次植入手术当然表明该公司声称能够用芯片做的事情有证据支持，但该公司的竞争对手并不那么确定。首先，即使4毫米乘4毫米，犹他阵列对Science公司来说也太大太笨重，无法植入眼睛，对Synchron来说也无法穿过静脉。而100个探针，虽然是一个不小的数字，但为系统可以携带的数据量设置了上限。
"犹他阵列的问题在于它是一个1990年代的设备，"布兰尼根说，"如果你在智能手机中使用1990年代的芯片，你会很快意识到这一点。"
当100线芯片在大脑表面打100个微小孔洞时，也会对大脑造成某种受控的创伤。在Paradromics，研究人员开发了一种比犹他阵列更细的电线的芯片，这减少了但没有消除对脑组织造成的损伤。
"这些技术会造成相当数量的脑损伤和细胞损失，"张说，"该领域有一个术语叫'屠宰率'，它指的是每记录一个神经元所杀死的细胞数量。你向大脑中植入的电极越多，累积的损伤就越大。最坏的情况是，患者有一些残余功能，而由于植入而失去这些功能。"
他的公司Echo通过不使用带探针的芯片，而是使用一种不穿透大脑的薄膜来规避这个问题。"薄膜只是安全地放在大脑表面监测那里的信号，"张说。
霍达克的生物杂交模型将代表芯片设计的真正革命，但该技术尚未准备好进行人体实验。在Science公司实验室的一个区域，有一个改装过的、拖车大小的集装箱，里面饲养着一小群食蟹猴。这些动物有空间攀爬、跳跃和栖息在几根树枝上——与过去它们被迫在其整个生命中生活的微小铁丝笼相比，这是一个很大的改进。但它们看起来仍然不太高兴。
"不要直视它们的眼睛，"霍达克说，"它们会把这视为威胁展示。"
无论是否快乐，猴子们都将为科学做出贡献。去年夏天，第一只动物被植入了生物杂交芯片，公司现在正在跟踪其进展，看干细胞是否真的生长到大脑中。
霍达克承认，生物杂交模型存在危险。干细胞可能会不受控制地生长，挤出原生细胞并损害大脑。为了防止这种情况，系统有一个"kill switch"，即一种名为更昔洛韦(ganciclovir)的抗病毒药物，可以超说明书使用来攻击新细胞并停止生长过程。
BCI参与者正在构建的硬件可能令人印象深刻，但它仍处于测试阶段——远未准备好发布。Prima系统使艾丽丝·查顿能够阅读报纸，但眼镜通过电线连接到一个2磅重的塑料砖块，里面装有处理计算机和电池。它很难携带，特别是对于试图在街上行走的人来说，而且往往会变热。在Science公司总部的实验台上，研究人员正在开发第二代Prima系统，其中目前在砖块中的硬件将被微型化并安装在眼镜的镜腿中。但Prima 2.0尚未准备好发布，因此目前用户只能使用这个砖块。
伯克哈特，其Blackrock植入物使他能够在瘫痪的情况下移动，但在植入七年后移除了芯片。该系统包括一根从植入物到颅骨小孔的电线，当他使用芯片时，会将电缆拧到该小孔上。随着时间的推移，他的头皮皮肤会试图生长覆盖该端口，导致反复感染并使他感到足够的不适，以至于他放弃了该系统。他说，只有当它是无线的并且不需要端口时，他才会重新植入。
"我期待着获得另一个设备，"伯克哈特说。
他可能会成为有朝一日可能达到数百万人的群体的一部分——包括能够使用BCI作为其自然能力的倍增器的健康人。索尔巴赫设想BCI技术在战场和消防员及其他第一响应者中有许多用途，他们可以用思想控制他们的工具。
"有一些性能参数可以变得更好更快，"索尔巴赫说，执行诸如发射武器或求助等物理动作需要时间。"信号发出，必须从意图和规划到前运动到运动执行到脊髓到肌肉，直到你按下操纵杆上的按钮。你失去了相关的时间。你可以绕过所有这些。如果你是消防员或士兵，这可能会决定你是否能活着无恙地回家。"
而且，这还没有触及配备BCI芯片的其他人可能获得的益处，他们随后可以与人工智能系统进行通信和互动。"随着设备变得更强大，"安格尔说，"健康人将想要这些能力，并愿意接受手术来获得它们。使自然人类能力增强的能力与为残疾人恢复功能的能力是不可分割的。"
目前，工作仍在缓慢进行。美国的大多数BCI研究都是在美国食品药品监督管理局（FDA）的试验性设备豁免下进行的，这允许开发商在设备获得批准前与动物和人类受试者合作。规划临床试验、运行试验、撰写结果，然后等待许可销售设备可能需要五年时间。尽管如此，BCI公司的大多数领导人都同意FDA的缓慢行事方式——至少在公开记录中是如此。
"这些是III类医疗设备，这意味着永久植入，"哈格斯特罗姆说，"你真的想确保你在设备长时间运行时建立良好的安全档案。之后，FDA通常要求进行12个月的随访研究。"
最后，不可避免的是，所有这些闪亮的新技术将花费多少。公司还没有准备好讨论营销如此新生的产品，但霍达克确实冒险提出了一个数字——Prima植入物的价格约为10万至20万美元。
"尽管我们希望这尽可能低成本，"他说，"但现实是，这项技术开发和推向市场花费了数亿美元。"
BCI现在正处于一个深刻的转折点——一项年轻的科学才刚刚开始成熟。实验室和实地正在解决的问题不仅是技术和医学的。它们是存在的。在过去的150年里，人类开发了许多新技术——动力飞行、汽车、电灯、收音机、电视、电话、电影等等。但在它们和我们之间一直有一道不可逾越的屏障。机器站在那边，我们站在这里。计算机摧毁了那堵墙。它们积极地吸引我们的眼睛、手、耳朵、思想。有了BCI，它们正成为我们身体自我的一部分。至少在某些方面，机器变得越来越像人类，而人类，按定义，正变得越来越像机器。好处是真实的。它们提出的问题也是如此。
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