就像古希腊人对高空飞行的幻想一样，今天的想象力梦想着将思想和机器融合在一起，以解决人类死亡这一恼人的问题。大脑能否通过脑机接口(brain-computer interface, BCI)技术与人工智能、机器人等智能直接相连，超越人类的局限?
过去50年来，世界各地大学实验室和公司的研究人员在实现这一愿景方面取得了令人瞩目的进展。最近，像Elon Musk (Neuralink)和Bryan Johnson (Kernel)这样成功的企业家宣布了一些新的创业公司，这些公司寻求通过大脑-计算机接口来提高人类的能力。
我们到底有多接近成功地将我们的大脑与我们的技术连接起来?当我们的大脑被连接起来的时候会有什么影响呢?
脑机接口是如何工作的，它们能做什么?
起源:康复与恢复
Eb Fetz是这里的感知运动神经工程中心(CSNE)的一名研究人员，他是最早将机器与思维联系起来的先驱者之一。1969年，在还没有个人电脑之前，他就证明了猴子可以放大大脑信号来控制表盘上移动的指针。
BCIs最近的许多工作旨在改善瘫痪或严重运动障碍患者的生活质量。你可能已经在新闻中看到了一些最近的成就:匹兹堡大学的研究人员使用记录在大脑内部的信号来控制机械手臂。斯坦福大学的研究人员可以从瘫痪患者的大脑信号中提取出他们的运动意图，使他们能够无线使用平板电脑。
类似地，一些有限的虚拟感觉可以通过将电流传送到大脑内部或大脑表面而传回大脑。
我们的视觉和听觉呢?针对严重视力障碍患者的仿生眼的早期版本已经投入商业应用，改进版本目前正在进行人体试验。另一方面，人工耳蜗已经成为最成功和最流行的仿生植入物之一——全世界有超过30万的使用者使用人工耳蜗来听声音。
最复杂的BCIs是“双向”BCIs (bi-direction)，它既可以记录神经系统，也可以刺激神经系统。在我们的中心，我们正在探索BBCIs作为一种全新的治疗中风和脊髓损伤的康复工具。我们已经证明了BBCI可以用来加强大脑两个区域或大脑和脊髓之间的联系，并在受伤区域周围重新传递信息以使瘫痪的肢体恢复活力。
有了这些迄今为止的成功，你可能会认为脑-计算机界面将成为下一个必须拥有的消费电子产品。
还在早期
传感器
一种用于检测大脑表面电变化的皮质电图网格，正在测试其电特性。学分:华盛顿大学Flickr (CC BY 2.0)
但是仔细看看目前的一些BCI演示，我们仍然有一段路要走:当BCI产生动作时，它们比身体健全的人每天用四肢轻松地做的动作要慢得多，不那么精确，也不那么复杂。仿生眼提供非常低分辨率的视觉;人工耳蜗可以通过电子手段传输有限的语音信息，但却扭曲了人们对音乐的体验。要使所有这些技术发挥作用，电极必须通过手术植入——这是今天大多数人不会考虑的前景。
然而，并非所有的BCIs都具有侵袭性。不需要手术的无创BCIs确实存在;它们通常是基于来自头皮的电子脑电图(EEG)记录，并已被用于演示对游标、轮椅、机械臂、无人机、类人机器人甚至脑对脑通信的控制。
2006年，华盛顿大学神经系统实验室首次展示了一种名为墨菲斯(Morpheus)的非侵入式大脑控制类人机器人“阿凡达”。这种非侵入性的脑机接口(BCI)根据大脑的反射反应，在目标或位置的图像闪现时，推断出机器人应该选择什么对象，把它带到哪里。
2006年，华盛顿大学神经系统实验室首次展示了一种名为墨菲斯(Morpheus)的非侵入式大脑控制类人机器人“阿凡达”。这种非侵入性的脑机接口(BCI)根据大脑的反射反应，在目标或位置的图像闪现时，推断出机器人应该选择什么对象，把它带到哪里。
但所有这些演示都是在实验室里进行的——房间里很安静，测试对象不会分心，技术设置很长，而且很有条理，实验持续的时间只够证明一个概念是可能的。事实证明，要使这些系统具有足够的速度和健壮性，以便在现实世界中实际应用是非常困难的。
即使植入电极，试图解读思想的另一个问题来自于我们大脑的结构。我们知道，每个神经元及其数千个相连的相邻神经元构成了一个难以想象的巨大且不断变化的网络。这对神经工程师意味着什么?
想象一下，你正试图理解一大群朋友之间关于一个复杂话题的对话，但你只允许听一个人说话。你也许能弄清楚谈话的大致内容，但绝对不是整个讨论的所有细节和细微差别。因为即使我们最好的植入设备一次也只能让我们听到大脑的一小块区域，我们可以做一些令人印象深刻的事情，但我们还远远不能理解完整的对话。
还有我们认为的语言障碍。神经元通过复杂的电信号和化学反应相互交流。这种土生土长的电化学语言可以用电路来解释，但并不容易。同样地，当我们用电刺激大脑时，它带有浓重的电“口音”。“这使得神经元很难理解在所有其他正在进行的神经活动中，刺激试图传达的信息。”
最后，还有损坏的问题。脑组织是柔软和灵活的，而我们大多数的导电材料——连接脑组织的导线——往往是非常坚硬的。这意味着植入的电子设备通常会造成疤痕和免疫反应，这意味着植入物随着时间的推移会失去效力。柔韧的生物相容纤维和阵列最终可能在这方面有所帮助。
CO-ADAPTING,同居
尽管有这些挑战，我们对我们的仿生未来还是很乐观的。BCIs不一定要完美。大脑具有惊人的适应性，能够像我们学习开车或使用触摸屏等新技能那样学习使用BCIs。同样的，即使是在非侵入性的情况下，例如使用磁脉冲，大脑也能学习解释新的感觉信息。
学习解释和使用通过非侵入性脑刺激传递的人工感觉信息。
最终，我们相信“自适应”双向BCI，即电子设备与大脑一起学习，并在学习过程中不断与大脑进行反馈，可能是构建神经桥梁的必要步骤。构建这样的自适应双向BCIs是我们中心的目标。
同样，我们对最近利用“电子药品”靶向治疗糖尿病等疾病取得的成功感到兴奋。“电子药品”是一种实验性的小型植入物，可以通过直接向内部器官发送指令来治疗疾病，无需药物。
研究人员发现了克服从电到生化的语言障碍的新方法。例如，可注射的“神经花边”可能被证明是一种很有前途的方法，可以逐渐让神经元与植入的电极一起生长，而不是排斥它们。灵活的纳米线探针、灵活的神经元支架和玻璃碳界面也可能使生物计算机和技术计算机在未来愉快地共存于我们的身体中。
从助动词到修饰语
埃隆•马斯克(Elon Musk)的初创公司Neuralink宣称，其终极目标是用BCIs增强人类的能力，让我们的大脑在人类与人工智能之间正在进行的军备竞赛中占据优势。他希望通过与我们的技术连接的能力，人类大脑能够增强自身的能力——这可能让我们避免一个潜在的反乌托邦式未来，在那里人工智能已经远远超过了人类的自然能力。这样的想象当然可能看起来很遥远或充满幻想，但我们不应该仅仅摒弃关于奇异性的想法。毕竟，15年前，自动驾驶汽车还只是科幻小说里的东西，而现在，它们与我们共享道路。
在更近的未来，随着脑-计算机界面超越了恢复残疾人的功能，超越了他们的人类能力来增强健全的个体，我们需要敏锐地意识到许多与同意、隐私、身份、代理和不平等相关的问题。在我们的中心，一个由哲学家、临床医生和工程师组成的团队正积极致力于解决这些伦理、道德和社会正义问题，并在该领域取得太大进展之前提供神经伦理指导。
将我们的大脑与科技直接联系起来，可能最终是人类多年来利用科技增强自身能力的自然过程，从使用轮子来克服我们两足行走的限制，到在泥板和纸上做记号来增强我们的记忆。就像今天的电脑、智能手机和虚拟现实耳机一样，扩增式BCIs最终进入消费者市场时，将令人兴奋、沮丧、充满风险，同时也充满希望。
