怎樣達(dá)到一億個(gè)電極

億級(jí)數(shù)量的電極應(yīng)該遍及各個(gè)腦結(jié)構(gòu),而不是集中在一個(gè)腦區(qū)。另外那么多電極已經(jīng)不可能再有電線(xiàn),應(yīng)該用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)把神經(jīng)信號(hào)傳給外面的接收器。目前的IPv4互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)能同時(shí)連接四十億個(gè)器件,所以電子工程并不是瓶頸。而瓶頸是微小的電池和把大批微小的腦機(jī)接口布置到腦皮層里。把電子線(xiàn)路做得像神經(jīng)細(xì)胞一樣小并不難,但是要給這億萬(wàn)個(gè)摻雜在神經(jīng)細(xì)胞間的“小手機(jī)”充電可就太難了。目前的一種辦法是用超聲波供給能量,但為了提供足夠的能量卻需要一塊很大的晶體來(lái)接收聲波,如此就不能把無(wú)線(xiàn)裝置做得像神經(jīng)細(xì)胞這么小。

另一種辦法是血糖電池,就是利用葡萄糖氧化的能量提供電力。目前血糖電池理念還比較傳統(tǒng),即利用氧化還原電極和催化劑,或利用降解葡萄糖的酶來(lái)提供電子。這類(lèi)裝置的缺點(diǎn)是有自己的使用壽命,而且還使用不能生物降解的材料。能不能有一種永遠(yuǎn)不會(huì)磨損的血糖電池呢?

我個(gè)人的想法是利用身體本身的細(xì)胞來(lái)發(fā)電。我們都知道的電魚(yú)產(chǎn)生的高壓電能輕易電倒一頭牛。細(xì)胞發(fā)電原理已經(jīng)研究得很清楚,首先是細(xì)胞內(nèi)部有一套完善的代謝系統(tǒng),逐步承接糖氧化產(chǎn)生的高能電子,并儲(chǔ)存在高能分子ATP中,然后再用ATP帶動(dòng)細(xì)胞膜上的離子泵積聚化學(xué)能(像水壩蓄水),再利用離子通道把化學(xué)能變成電能。身體里大部分細(xì)胞都有離子泵和離子通道,所以都是小電池,而腦組織里的小膠質(zhì)細(xì)胞不但能發(fā)電,而且能不斷再生的,是取之不盡用之不竭的電池。我們需要的只是在芯片上建一些停泊細(xì)胞的“采電樁”讓小膠質(zhì)細(xì)胞緊密�？俊２呻姌兜闹�?chē)�需要一些蛋白分子防止漏�?即利用組織之間緊密結(jié)合的蛋白結(jié)構(gòu)(tight junction),而采電樁本身則需要用另一種導(dǎo)電的蛋白結(jié)構(gòu)(縫隙連接,gap junction)與膠質(zhì)細(xì)胞的膜融合。這兩種蛋白結(jié)構(gòu)都是現(xiàn)成的,被億萬(wàn)年的生物進(jìn)化優(yōu)化過(guò),也是電魚(yú)產(chǎn)生高壓電使用的常規(guī)零件。我們現(xiàn)在需要的是搞清這些蛋白分子的結(jié)構(gòu),知道他們連接的具體位點(diǎn),這樣就可以用芯片上的小化學(xué)分子模擬連接的結(jié)構(gòu),把細(xì)胞固定在采電樁上。

當(dāng)能源問(wèn)題解決以后,像細(xì)菌那樣小的電子線(xiàn)路就可以用來(lái)把神經(jīng)信號(hào)變成無(wú)線(xiàn)電信號(hào)。測(cè)量神經(jīng)電信號(hào)的電極可以由自組裝的微米器件構(gòu)成(圖7A 紅色小球)。因此這種小裝置會(huì)有個(gè)與神經(jīng)細(xì)胞類(lèi)似的長(zhǎng)長(zhǎng)外形(圖7A)。

另外一個(gè)科學(xué)難題是怎樣把一億個(gè)小裝置布置到腦子里?一個(gè)仿生的辦法是讓改造后的巨嗜細(xì)胞把電路吞吃進(jìn)去(圖7C),然后讓巨嗜細(xì)胞從毛細(xì)血管里通過(guò)血腦屏障,游走進(jìn)腦組織再把電路釋放出來(lái)。

圖7 微型無(wú)線(xiàn)腦機(jī)接口 A 構(gòu)造示意圖。1,電極觸手由自組裝微米顆粒構(gòu)成;2,無(wú)線(xiàn)接口芯片;3 充電樁;4 停泊在充電樁上的小膠質(zhì)細(xì)胞。B 小膠質(zhì)細(xì)胞的照片(綠色)和周?chē)�的神�?jīng)突起(紅色)。C 血液中的巨嗜細(xì)胞,可以經(jīng)過(guò)改造后攜帶微型腦機(jī)接口,并通過(guò)血液送進(jìn)腦組織。D 布置在大腦皮層深部的微型無(wú)線(xiàn)腦機(jī)接口(想象圖),左面圖中深色斑點(diǎn)是腦皮層中的神經(jīng)細(xì)胞。

電極太多是不是內(nèi)卷?

應(yīng)該提一下,業(yè)內(nèi)有些人并不認(rèn)可電極越多越好這種說(shuō)法,就連上面提到的大神菲爾·肯尼迪也認(rèn)為可靠連接比數(shù)量多更有意義。他們的論點(diǎn)是這樣的:大腦活動(dòng)的時(shí)候雖然有大量神經(jīng)細(xì)胞參與,但大家是協(xié)同干同一件事,互相不擰巴。假定用一百個(gè)電極去測(cè)量,就能基本上明白大腦想干什么,精確率達(dá)到90%。那么把電極數(shù)量提高十倍,也許精確率會(huì)提高到99%,電極數(shù)量再提高一萬(wàn)倍呢?精度達(dá)到99．99%。照這么算,有必要為了不到1%的改進(jìn)而增加99%的費(fèi)用嗎?是不是有點(diǎn)煤老板受騙的感覺(jué)?

但是另一派認(rèn)為目前的腦機(jī)接口只能干些非常簡(jiǎn)單的事,要干比較復(fù)雜的事,就一定需要與大腦皮層大量神經(jīng)細(xì)胞廣泛互動(dòng)。比如上面說(shuō)的用腦機(jī)接口看電視就需要很高的通訊速度。另外如用腦機(jī)接口代替小腦的功能,就需要用大數(shù)量大電極讀取全身許多肌肉的張力,并配合人運(yùn)動(dòng)的意向來(lái)發(fā)出大量運(yùn)動(dòng)指令控制不同的肌肉。

腦機(jī)接口技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展可能完全脫出俗套,需要解決的科學(xué)問(wèn)題遠(yuǎn)多于技術(shù)問(wèn)題。科學(xué)上的問(wèn)題比如怎樣讓電極吸引神經(jīng)突觸,怎樣制造細(xì)胞電池的采電樁,怎樣讓芯片從血液里進(jìn)入腦組織等目前還處在幻想階段。但幻想經(jīng)常是新技術(shù)的動(dòng)力,腦機(jī)接口本身也是來(lái)源于科幻小說(shuō)。

從哲學(xué)層面上講,有人認(rèn)為腦機(jī)接口早晚會(huì)終結(jié)人類(lèi)文明,其后果甚至遠(yuǎn)比核大戰(zhàn)更壞,因?yàn)楹舜髴?zhàn)之后至少還能留下可以進(jìn)化的原始人,而腦機(jī)接口則會(huì)讓人類(lèi)變成螻蟻一般的低級(jí)生物。但另一種說(shuō)法是,人工智能也許不用腦機(jī)接口就可以輕易戰(zhàn)勝人類(lèi), 讓人類(lèi)不如螻蟻。而腦機(jī)接口的發(fā)展相當(dāng)于給人工智能的文明摻入人類(lèi)文明的成分, 或讓人類(lèi)在網(wǎng)絡(luò)的云里得到永生。

然而,我們都知道“我思故我在”這句名言,意思是說(shuō)人的“思想”“意識(shí)”和“生存”這些概念都是和“我”這個(gè)概念緊密相連的。腦機(jī)接口讓“我”融入云端,這樣“我的意識(shí)”也就變成了云端的一些運(yùn)算過(guò)程。如此,我將非我,那“我”還存在嗎?