5月6日，南开大学宣布全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京取得成功，这标志着中国脑机接口技术跻身国际领先行列。
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提到脑机接口，不禁让我们想起了《黑客帝国》电影中人类大脑与计算机直连的场景。无论电影中体现脑机接口的未来是希望还是恐惧，都源于人类对扩展大脑智能的渴望。人类思维与机器智能协同工作。机器的存储和运算能力，配合人脑的思维与创新能力，是未来科技与社会经济发展的重要动力。
20世纪70年代，美国加州大学洛杉矶分校的计算机科学家Jacques J. Vidal首次提出了“脑机接口”的概念，即在人机交互中使用大脑信号来控制计算机或者外部设备。到了2014年，在巴西足球世界杯开幕式上，高位截瘫青年朱利亚诺·皮诺特在脑机接口与人工外骨骼技术的帮助下开出一球。近些年，脑机接口取得了飞速的发展，这项技术被美国、欧盟、日本、韩国等众多发达经济体视作战略级科技。
其实，脑机接口并不能称之为新生事物，但由于这个领域的未知和不可控的因素还有很多，因此既让人感到新奇，又让人恐惧。人工智能能够增强人类的能力，人脑的思维与创新力同样能够开发人工智能的潜能。但脑机无缝连接后，人工智能一旦失控，人类是否会被反控制？《人工智能未来简史——基于脑机接口的超人制造愿景》（以下简称《简史》）一书给出了相对否定的答案，并做了一个具有中国历史文化特色的比喻，各类脑机接口的“格物致知”类似明代哲学家王阳明的风格，是在内求，即圣人之道，吾性自足，不假外求。
本期我们邀请了《简史》的作者之一，北京邮电大学教授、博士生导师、首届长江学者特聘教授杨义先一起探讨脑机接口的发展现状与未来愿景。
记者：对于普通人来讲，脑机接口还停留在科幻小说的章节里。但实际上，很久以前人类就已经对这个领域展开深入研究，您能简单科普一下这个历程吗？
杨义先：脑机接口的历史之悠久，可能出乎许多人的意料。脑机接口其实就是机器与神经细胞之间的接口，而早在人类发明电池之前的18世纪，人们就已知道，电信号可通过生物电的方式在神经系统中传输。比如，1783年伽伐尼就发现，用不同金属触碰死青蛙大腿肌肉的两端将导致肌肉收缩，这实际上就设计出了第一个基础性的动物神经义肢，找到了肌肉中的神经接口。在伽伐尼的发现后不久，人们就确认了动物活体及神经组织确实能产生电流，反过来，适当的电刺激也能让肌肉收缩或者运动。早在1818年11月，英国解剖学家就在格拉斯大学公开演示了死囚尸体在电流刺激下的各种恐怖动作，为人类脑机接口迈出了“万里长征”的第一步。
学术界曾经公认的脑电波研究第一人是德国精神病医生伯格，他早在1924年就利用自制的脑电检测仪，在自己12岁的儿子身上进行了一次脑电检测实验，因此他发现的脑电波至今也被命名为伯格波。
然而，最近科学史学家又发现，原来“脑电波发现者”这个头衔归属还未定论。因为伯格之所以要从事脑电波研究，是因为受到了一位名叫贝克的波兰科学家的启发，而后者早在1891年（比伯格早30余年）就在自己的博士论文中记录了通过插入电极，从动物大脑和脊髓中获得电波的事实。
但头衔归属的问题还远未结束。正当贝克刚发表了脑电波成果后，一位俄国生理学家达尼列夫斯基就声称，自己早在1877年（比贝克早14年）就发现了动物的脑电波，其证据就是，他当年已将该成果论文密封在了维也纳帝国科学院的一个地下室里，其内容是记录了颅骨完好的狗脑的电波活动。当时这种封存论文的做法还很普遍的。
到目前为止，真正“脑电波发现者”头衔归属者其实是一位英国大夫卡顿。因为他在更早的1857年（比俄国生理学家达尼列夫斯基早了20年），在英国医学学会的一次学术会议上公布了自己在脑电波方面的成果，即在兔子和猴子的裸露大脑皮层上，存在着自发的电流，而且当兔子的视网膜受到刺激时，其与眼睑运动相关的那部分脑区的电流将会发生变化。
发现脑电波后，20世纪20年代，人类开始有意实现脑机接口。当时一位名叫赫斯的医生就用电极去刺激猫的大脑，以此激发其猛烈的攻击行为。特别是从1955年起，西班牙教授德尔加多就在猫和猴子身上，数十年如一日地做了大量实验，并证明用电波控制的电极来刺激动物特定的大脑区域，可以唤醒、改变或抑制动物的侵略、统治、交配和其他社会互动行为，可以让动物弯曲肢体、拒绝食物或情绪激动，可以让动物的瞳孔像照相机的光圈那样放大或缩小。
总之，脑机接口的历史非常传奇，直到1970年正式出现“脑机接口”这一名词后，相关的发展就更快了。
本报记者：5月份南开大学宣布全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京取得成功。其中提到介入式脑机接口相较于传统的植入式和非植入式脑机接口更加安全与稳定。请问这三种技术都有哪些优势与不足？
杨义先：脑机接口的种类非常多，发展也很快。若从是否做手术的角度看，过去主要有植入式和非植入式两种，现在又增加了南开大学首开先河的介入式脑机接口。
其中，非植入式的脑机接口就是常见的电极帽。众多的电极传感器被镶嵌在一个特殊的帽子上，受试者只需戴上该帽，其上的传感器就能将采集到的相关电信号传入后台的电脑处理系统中。此类采集器在市场上已经多如牛毛，型号和灵敏度等指标也千差万别，但总体上说，其优点是装卸简单，携带方便，成本低廉，易于使用等。其缺点也非常明显，比如，由于头盖骨的隔绝，脑电波会严重衰减，因此其灵敏度将很有限，特别是在对电信号精准度要求较高的情况下就派不上用场了。另一个缺点就是容易受到外部环境的干扰，使得所获信号只能是杂波，后期滤波任务非常艰巨。
植入式脑机接口听起来很恐怖。这必须通过大型的危险外科手术，取出一小块头盖骨，然后将多点阵列的电极芯片植入大脑表面，以代替那块头盖骨。虽然人类的外科手术水平越来越高，多点电极脑电波采集芯片也可以做得越来越小，但在可见的将来，也许没几个正常人敢于或愿意在自己的头盖骨上镶嵌这样的高科技产品。不过，对某些垂危病人来说，若能保命，或若能摆脱植物人状态而与外界实现意念通信，那么，在头上打一个小孔甚至取掉一块头盖骨也不失为一个选择。换句话说，在可见的将来，所有植入式脑机接口可能都将主要用于医疗服务。当然，此种脑电波采集法的优点也很明显，比如，外界干扰很小，脑电波的精准度很高，特别是能检测到某些穿透力很弱的高频脑电波；此外，电极一旦植入就可以长期使用，而且还可以多用途使用。另外，植入式电极的双向性，也为今后向大脑中注入合适的微弱电刺激预留了接口，以及为AI搭建了脑机接口平台；实际上，如今已有包括某些抑郁症在内的多种大脑疾病患者，已在采取这种植入式电击疗法。
介入式脑机接口介于植入式和非植入式脑机接口之间，它兼顾了信号质量、稳定性和安全性，是一种非常有前途，值得深入研究的新型脑机接口。介入式脑机接口通过类似于心脏支架的微创介入手术将脑电传感器贴附在大脑的血管壁上，无须开颅手术即可采集到颅内脑电信号，从而实现大脑对机械臂的主动控制。当前介入式脑机接口的最大优点就是它的手术安全性，但是，为了避免血管的意外堵塞，介入式脑机接口所用的传感器体积必须极小，灵敏度必须极高，这自然也就限制了脑机接口的某些功能。
记者：虽然技术在不断发展，但就目前而言，各国对脑机接口的研究还只是个案。您认为这种技术落地到应用领域以及产业化发展还需要多长时间？实际落地应用的难点都有哪些方面？
杨义先：从应用和产业化的时间角度看，脑机接口也可分为宏观、中观和微观三类，它们的脑电基础分别是脑电波、大脑地图和具体的神经元电模式。
许多宏观型脑机接口都已经可以产业化，例如，基于电极帽就很容易实现意念控制玩具等。除意念控制外，如今人们已能基于宏观脑电波的分析，来判断当事者是否罹患某些神经性疾病；甚至针对某些脑电波异常的患者，还可以向其大脑中发射适当的电脉冲，让患者的大脑在接收到这些电脉冲后，通过机体的自我反馈来自动纠正大脑中的病态电波，从而重塑大脑以达到治病救人的目的。其实，基于脑电波的宏观型脑机接口的原理很简单，即人脑是一个特殊的电网络，既可以向该网络注入相关电脉冲，以影响其既有的运行状态；也可以从该网络中取出相关的控制信号，然后利用这些信号去控制其他机器，甚至是控制其他人或动物。当然，原理简单是一回事，具体的实现又完全是另一回事。无论如何，宏观型脑机接口都会首先大批量地投入应用。
中观型脑机接口主要基于大脑的可塑性，借助各种植入或非植入式的方法，通过长期或永久性地改变大脑地图来提升人类（目前主要服务的是病人，未来将包含正常人）的智能和体能。这主要是因为大脑是一个可塑性很强的电网络，外界的输入电脉冲只要足够强和足够持久（当然不能过分），大脑的既有网络结构就可能被永久性地改变，用行话来说，就是“一起发射（激活或兴奋）的神经元会连接在一起”。许多中观型脑机接口的实验样机已经完成甚至已经可以应用或投入产业化，更保守地说，中观型脑机接口应用和产业化的实质困难已基本克服，其产业化将会在未来10至20年之内成为现实。
微观型脑机接口可能较晚才会被实现（甚至可能很难实现），因为它们严重依赖于在神经细胞微观电脉冲信号处理方面的重大突破。
当然，宏观、中观和微观之分并无绝对标准，脑机接口的思路却很清晰，即人类个体的知识和智能水平由其脑电模式或神经回路的发射情况所确定，若能改变脑电模式或神经元的连接网络就能改变当事者的知识和技能。
至于难点，主要体现在如下三个方面：一是如何充分利用电磁手段，更加精准地获取和理解脑电波；二是如何充分利用植入式、非植入式和介入式等方法，更加精准地将相关电脉冲输入或输出大脑；三是如何充分利用各种微电子和虚拟现实等技术，更加精准地复制和处理各种微弱电波等。
记者：在《人工智能未来简史——基于脑机接口的超人制造愿景》的前言中提到内涵型AI（各类脑机接口）“格物致知”类似明代哲学家王阳明的风格。发展这个类型的AI，人类或许不会成为机器的低智商奴隶。您是否能具体向我们的读者解释一下其中含义？
杨义先：人工智能（AI）的未来发展有两大趋势，一是继续向外扩展人类的外延，二是努力向内丰富人类的内涵。前者称为外延型AI，后者称为内涵型AI。
所谓外延型AI，就是将机器视为人体的外延，让这个外延（机器）的“智能”越来越高，让机器做事越来越像真实的人类而且还接近天才，不但能下棋，还能开车，更能聊天，反正能代替人类从事许多复杂的智能工作，使人类越来越严重地依赖于机器，以至于假若某天不得不离开机器时，人类文明将立即倒退千年。其实，神经生理学家早就发现，人类本身就具有外延的天性，或用神经生理学的行话来说，就叫“工具的同化性”，即大脑会自动地把工具和环境融合成自身的一部分。另外，在人类历史上，除医学等极少数学科外，人类的几乎所有科技创新活动都是在努力向外扩展自己的外延，比如，用石头代替拳头，以便砸碎坚果，即石头变成了拳头的一种外延；用汽车代替双腿，以便跑得更快，即汽车变成了双腿的外延；用外延型AI将人类从繁重的智力劳动中解放出来，从而让机器拥有了控制人类的机会，即机器变成了人类智能的外延。智能机器作为人体的外延（或称外延型AI）是目前人工智能研究的主流，所取得的成就也是有目共睹的。
但是，外延型人工智能的发展可能有一个很大的社会性瓶颈。具体来说，如今上至科学家、哲学家和高层决策者，下至普通老百姓等，许多人都开始对以ChatGPT为代表的外延型AI的飞速发展感到恐惧，生怕人类会最终沦为机器的奴隶。
确实，如果人类的总体智能基本不变或只依靠生物进化而缓慢提高，机器的智能却日新月异并在许多领域逐渐击败人类的话，那么，总有一天人类将不得不听命于更聪明的机器，反而不得不变成机器的外延。虽然现在还不知道这种顾虑是否是杞人忧天，但若有办法在整体上迅速提升人类的智能，那么人类被机器奴役的可能性将大大降低，至少说人类被奴役的起点时间将大大推后。
如何才能在整体上迅速提升人类的智能呢？基于脑机接口的内涵型人工智能便是已知的最佳答案。更准确地说，与外延型AI的发展方向相反，内涵型AI始终将人与机器融为一体，使得人类可以借助现有的机器智能来提高人类自身的整体智能。或更形象地说，外延型AI的“格物致知”更像是朱熹的做派，是在外求，寻求智能机器的帮助；而内涵型AI的“格物致知”则更像是王阳明的风格，是在内求，或者说是把机器的智能据为人类自己所有，即圣人之道，吾性自足，不假外求。
我以ChatGPT的出现为例具体解释一下。当下，为什么很多人非常担心以ChatGPT为代表的外延型AI会失控呢？其主要原因便是，从理论上看，ChatGPT完全可以轻松掌握并运用人类的所有现成知识（至少是网上的所有现成知识），从而涌现出许多出乎意料的言行，让人类不知所措。但是，今后基于脑机接口的内涵型AI充分发展后，从理论上看，每个人都能轻松掌握并运用所有现成的知识（既包括人类头脑中的知识，也包括ChatGPT等外延型AI所提供的所有知识）。换句话说，AI的智能永远也不可能超过人类，当然也就不用担心被AI奴役了。
再看看自动驾驶的例子。外延型AI实现的自动驾驶的最高境界是，驾驶员上车后，输入要到达的目的地，然后就可以等待抵达后下车。因此，在行驶期间，外延型AI当然可能做些小动作，甚至伤害你。而内涵型AI实现的自动驾驶则更像是哪吒的风火轮，无论是转向或加减速，只需要在头脑中一想就行了。风火轮永远也不可能伤害到哪吒，永远都接受哪吒的意念控制。
总之，在基于脑机接口的内涵型AI系统中，人类的大脑永远都扮演着CPU的角色，永远都不用担心被硬盘或鼠标等外设奴役，更不必害怕被外延型AI控制。
记者：埃隆·马斯克的脑机接口公司Neuralink于5月26日通过社交媒体宣布，“已获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，可以启动首次人体临床研究”。相较于动物，人类大脑的构造更加复杂，每个人也不尽相同，这种临床研究是否还为时尚早？您对此有什么看法？
杨义先：首先，我们并不知道马斯克的Neuralink即将推出的脑机接口产品细节，所以不便对其性能进行评价。但是，美国食品药品监督管理局的批文绝非儿戏，它至少不会过早地让病人承担太大的安全风险。当然，如果今后的病例确实出现了意外，那也应该立即叫停相关研究。
其次，当前使用脑机接口的许多患者都正在绝症中挣扎，他们急需新技术的拯救。哪怕某些新手段会有一定风险，在某些情况下，积极抢救也好过眼睁睁让病人等死，或让病人遭受无限的痛苦。因此，只要有利于救死扶伤，包括脑机接口在内的医疗手段都应该尽早投入使用。
最后，任何涉及医疗的技术都不可能百分之百的安全，也不可能百分之百的成熟。实际上，至今也有极个别的病人死于非常普通的手术中。因此，面对脑机接口这样的颠覆性技术，我们更不该过分苛求其百分之百的安全，但同时又必须对其发展态势进行密切监控，如果发现问题就该及时果断叫停。
记者：您对于脑机接口发展的未来或者发展的终极形态，有没有自己愿景和期待？
杨义先：脑机接口的未来愿景或许是“超人制造”，或者说在个人同意的前提下，可以让普通人都能很快成为“超人”。比如，通过脑接口获取大脑的相关脑电波，从而解读当事者的隐秘思想和心理状态，或能实现计算机的意念控制等任务；或者向大脑注入相应电脉冲，从而达到控制思维、知识下载和意念通信等看似不可能的目的。于是，人类一旦出了一个牛顿，那么几乎所有人都能在一夜之间成为牛顿；于是，在这众多牛顿的共同努力下，或许只需数十年或更短的时间，而非过去的二百多年，就又能出现一个爱因斯坦；接着，几乎所有人又能在一夜之间都成为爱因斯坦。总之，按此方式迅速滚雪球，也许人类就再也不用担心成为机器的低智商奴隶了。
设想一下，将来在脑机接口的帮助下，人类也许会生活在这样一个魔幻世界里，仅凭意念，就能操控电脑、驾驶汽车、与他人交流，人类无须说话，无须做任何身体动作就能心想事成。人类的想法会被有效而完美地自动转化为纳米级的精细操作或尖端机器人的复杂动作。
曾经，人是人，机是机，人机彼此相分离；但如今，人即是机，机即是人，脑机接口就让人类与机器密不可分。
也许在将来的某天，任何人都能轻松掌握全球的既有知识，轻松与他人进行不动声色的意念通信。当然，如此愿景到底能否实现，到底能在多大程度上实现，以及何时能实现等，其实都主要取决于脑机接口的进展，即人类能否更精准而全面地检测、提取、产生、复制和输入相关神经元的电脉冲，激活或重组某些神经回路。
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