最近《流浪地球2》火熱刷屏，筆者也在春節期間抽時間觀看了這部精彩的大片。中國科幻電影崛起的背后是“中國制造”和中國科技硬實力的崛起，正因為中國的航天事業蓬勃發展，中國的制造能力全球第一，中國建造太空電梯以及地球發動機等橋段看起來才能讓人信服而不違和。

　　實現“數字生命”

　　兩大關鍵技術

　　關于《流浪地球2》中涉及到的不少具體技術細節或科技，網上已經有大量的介紹。本文將主要談一談實現電影中“數字生命”的關鍵技術：腦連接圖譜以及腦機接口技術。

　　圖源 | 流浪地球2官博

　　腦鏈接圖譜這里簡單說一下，就是對于人的大腦通過3D掃描進行建模，相當于為大腦的神經元繪制一個地圖。這個地圖繪制得越精細，數據量越大，就能越準確的模擬大腦的運行軌跡和規律。在科幻電影中，將大腦進行掃描并上傳到云端的技術，其實就是一個腦鏈接圖譜。只不過目前我們能夠進行掃描繪制的只是靜態的圖譜，遠遠無法做到電影中的實時變化的動態圖譜。據了解，目前對于老鼠大腦的掃描，通過對神經元的投射，進行全腦血管的三維重建與標注，其中的數據量可能達到10T級別。中科院駱清銘院士的研究方向正是腦連接方向。目前不少國家都在積極進行腦科學領域的競爭，特別是美國、歐盟、中國都正在主導自己的“腦計劃”。

　　美國政府于 1989 年率先提出腦科學計劃，并把 20 世紀最后 10 年命名為“腦的 10 年”。奧巴馬政府于 2013 年 4 月 2 日宣布“腦計劃”（BRAIN Initiative，通過推進創新神經技術進行大腦研究），旨在探索人類大腦工作機制、繪制腦活動全圖、推動神經科學研究、針對目前無法治愈的大腦疾病開發新療法。美國政府公布“腦計劃”啟動資金逾 1 億美元，后經調整，計劃未來 12 年間共投入 45億美元。（本文重點介紹腦機接口技術的發展現狀。如果各位觀眾對于腦鏈接圖譜技術現狀感興趣，歡迎留言，以后筆者會開新的文章介紹。）

　　另一個關鍵技術是腦機接口BCI技術。這個技術在科幻電影中其實并不新鮮。電影《阿凡達》中主人公利用一個機器直接將自己的心智移植到了另一個非人類身體上，能隨心所欲就像操控自己的一樣的操控這具非人類的身體，具備所有的感知能力與操控力。

　　動漫作品《刀劍神域》中通過頭戴游戲機，直接登陸進入全新的虛擬世界，一切的法則遵從虛擬世界的設定，在這個虛擬世界里你可以把思想轉化為有形的動作、印象或情感。與阿凡達的顯著區別就是，這個世界中你交流的對象還有無數和你一樣用這個方式進入的虛擬世界的玩家。

　　其他涉及到腦機接口技術的作品還有：漫畫《機動戰士鋼彈》、漫畫《攻殼機動隊》、OVA動畫《風暴戰士ORGUN》、游戲《使命召喚：黑色行動III》等等。

　　圖源 | insidescientific.com

　　腦機接口技術

　　全稱為Brain-computer interface, BCI，是指利用中樞神經系統產生的信號，在不依賴外周神經或肌肉的條件下，把用戶或被試的感知覺、表象、認知和思維等直接轉化為動作，在大腦（含人與動物腦）與外部設備之間建立直接的交流和控制通道，其目的主要是為疾病患者、殘障人士和健康個體提供可選的與外部世界通信和控制的方式，以改善或進一步提高他們的生活質量。

　　1924年，德國心理學家Hans Berger 首次發現人的alpha波，命名為 EEG。早在1970年美國UCLA大學就開始進行腦機接口技術的研究。1978年第一個BCI用于輔助盲人行動。2003年第一款BCI游戲問世。2009年日本開發高精度BCI控制的智能輪椅。如果說AI的終極目標是實現無機智能的極致，那腦機接口做的事就是打破有機生命智能與無機智能的信息邊界，實現融合。

　　為何80%的專業人士

　　傾向于非侵入式腦機接口？

　　腦機接口技術的類型主要有兩種：根據采集方式的不同，腦機接口可以分為侵入式，部分侵入式還有非侵入式，侵入式通常植入大腦，部分侵入是顱腔內，非侵入式只是需要體外穿戴，是當前采用的主要方式。隨著國內外非侵入式腦機接口開發日漸成熟，目前已可滿足臨床的需求，更便于產品落地和技術迭代。

　　其中侵入式腦機接口的代表是馬斯克創立的Neuralink。2020年9月，Neuralink完成了三只小豬的腦機接口植入；2021年4月，Neuralink完成了對猴子Pages的植入。埃隆·馬斯克表示，該公司正在努力在人腦和計算機之間建立直接聯系，他認為這對于人類保持與人工智能的競爭力是必要的。他還表示，該技術可用于幫助殘疾人或神經系統疾病患者。由于腦機接口領域仍處于早期發展階段，雖然腦機接口的概念已成為研究課題多年，但在廣泛采用之前，仍有許多技術和科學挑戰需要克服。

　　不過，在2022年?？谂e行的《首屆南渡江智慧醫療與康復產業高峰論壇》上，與會專家和現場觀眾就進行了現場投票，其中超過80%的醫療行業人士更傾向于非侵入式腦機接口。因受到技術、倫理等多重限制，侵入式腦機接口領域的研究投入小于非侵入式腦機接口，研究機構和企業數量遠少于非侵入式腦機接口。舉例來說，在采集設備方面，侵入式腦機接口的其關鍵器件的研究和開發是與半導體材料和加工技術同步發展的，因為大腦組織的特殊性，其采集設備對安全性的要求極高。目前除了傳統的剛性電極，在柔性電極方面，Neuralink 開發了馬斯克稱之為“神經蕾絲”的技術，在人腦中植入細小的電極，微米級的螺紋插入大腦控制運動的區域。每根線都包含許多電極，并將其連接到植入物。在中國，成立于 2016 年的科斗腦機也開42發出多種侵入式腦微電極。但是，技術仍存在瓶頸。

　　腦機接口技術的功效可以歸結為如下 5 類：監測（使用腦機接口系統監測 部分人體意識狀態）、替代（腦機接口系統的輸出可以取代由于損傷或疾病而 喪失的自然輸出）、改善/恢復（主要針對康復領域，改善某種疾病的癥狀或恢 復某種功能）、增強（主要是針對健康人而言，實現機能的提升和擴展）、補 充（主要針對控制領域，增加腦控方式，作為傳統單一控制方法的補充，實現 多模態控制）。圍繞上述 5 大功效，在具體應用方面，腦機接口技術在嚴肅醫學、大健康消費、輔助生活、娛樂游戲這四大領域應用比較突出，其它可使用的應用領域還包括人機交互、軍事等用途。

　　中國腦機接口技術

　　產業現狀

　　近兩年來，隨著腦科學和類腦科學、人工智能技術的不斷進步，腦機接口也受到了更多的矚目，特別是資本的青睞。阿里達摩院發布《2021十大科技趨勢》預測指出腦機接口將迎來重大進展，腦機接口幫助人類超越生物學極限。

　　中國的腦機接口研究最早是上世紀90年代，經過多年發展，取得了一系列學術成果。不過，腦機接口系統中最重要的組成部分——神經信號采集系統，一直被來自歐美的進口產品所壟斷，導致我國難以形成完全自主可控的腦機接口系統技術體系，同時也限制了腦機接口技術在醫療以及其他領域的大范圍應用。國內對于腦機接口的研發處于初期階段，無論是技術還是市場起步都比國外要晚。目前企業主要集中在醫療領域，非醫療領域的應用場景主要包括教育和智能家居。近年來，中國腦機接口核心技術和硬件開始快速發展，特別是腦機接口芯片。

　　其中由天津大學和中國電子信息產業集團合作成立的中電云腦公司，在2019年發布了全球首款搞集成腦-機交互芯片“腦語者”，算是走到了國際前列。

　　總的來看，腦機接口技術在醫療領域研究價值重大，應用領域廣泛，但其研發成本高、 周期長，技術成熟度和產品化程度低，技術發展面臨諸多挑戰。與國外腦機接口技術發展現狀相比，中國在相關軟件，特別是算法層面，已與國際研究水平同步，部分領域處于國際領先地位。但硬件（包括設備、材料、芯片等）研發還尚需加強，部分存在“卡脖子”問題。

　　作為一種新興的、復雜的、涉及多學科的通信技術，腦機接口技術的發展還很不完善，存在的問題還很多，有待于跨學科的多行業專業人員下大氣力研究解決。隨著神經生物學、計算機科學、康復醫學等相關學科的不斷發展和融合，腦機接口技術或將日趨完善。

　　點評

　　科幻電影與科技倫理的討論

　　最后，筆者在觀看國外科幻電影的過程中，經常會出現技術進步帶來的危害。其實不同的科幻電影中經常探討與技術相關的各種倫理問題和困境。一些常見的主題包括：

　　人工智能：創造具有類人智能的機器的后果，例如流氓人工智能的危險，或賦予機器情感和意識的倫理含義。

　　基因工程：修改人類基因組的道德和倫理影響，包括優生學的潛力，或創造優于人類的新物種。

　　虛擬現實：人類過于沉浸于虛擬世界的后果，以及這可能對社會和個人身份產生的影響。

　　機器人與自動化：自動化對勞動力和財富分配的影響，以及授予機器人決策能力的倫理含義。

　　數據隱私和監視：政府和企業訪問大量個人數據的危險，以及將這些數據用于邪惡目的的道德影響。

　　這些和其他技術倫理困境通常作為科幻故事的背景，并且可以為探索復雜的道德問題和考慮技術進步的潛在后果提供一個平臺。

　　未來腦機接口技術的普及和發展，在未來是否會帶來科技倫理、信息隱私泄露以及濫用的問題？人機融合的過程中又是否會產生哲學上的困境？人的本質究竟是由物質決定還是思維決定？如果說AI的終極目標是實現無機生命智能的極致，那腦機接口做的事就是打破有機生命智能與無機智能的信息邊界，實現融合。

　　筆者認為，對于科技倫理的思考并不是杞人憂天，特別是在技術發展越來越快的中國，我們不能只看到技術進步帶來的優點，而忽視其缺點。所以筆者很高興《流浪地球2》第一次開始在電影中討論數字生命帶來的倫理問題，這是中國科幻的一小步，也是一大步。

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