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人类唯一的出路:变成人工智能(三)
2019-05-14 16:00

人类唯一的出路:变成人工智能(三)

本文来自微信公众号:,作者:Tim Urban,翻译:谢熊猫君,头图来源:东方IC


本文核心议题:脑机接口于时代背景下的挑战


1. 背景:在一个行业大热之前,总有一些技术上的短板阻止该行业快速起飞,就像缺乏能点燃整个行业的火柴。


于马斯克,这火柴——往往是工程学。


2. Neuralink,全球最受关注的旨在探索发明出全脑接口的公司(马斯克的公司)面临着以下挑战(也意味着该行业的挑战)


疑似挑战一:公众质疑——脑机接口比基因编辑更令美国人担忧


疑似挑战二:人类不够了解自己的大脑


疑似挑战三:愤怒的行业巨人(经济利益 or whatever)


实际挑战一:带宽——神经元记录规模


实际挑战二:医学水平——大脑损伤性


其他挑战:生物相容性、大脑空间


挑战


笔者之前写过埃隆马斯克的另外两个公司:特斯拉和SpaceX,我自认为明白埃隆的心思,大致如下:



他每次开新公司总是从最右边开始,然后再一路推导到左边。


他总是认定一些特定的变化会让人类有机会获得最好的未来。他知道大规模的世界变革最快的发生方式就是全世界——人类巨灵——都在为其努力。它还知道人类巨灵只有在经济推动力到位的情况下才会朝一个目标奋斗,也就是说朝这个目标努力的前提是往某个方向分配资源是个好的商业决策。


通常来说,在一个热门行业变得热门之前,都像一堆木头———有着支撑一场大火的全部材料,并且时刻就绪,却缺乏燎原的火星。总是有一些技术上的短板阻止一个行业的快速起飞。


所以当埃隆马斯克建造一家公司的时候,公司的核心初期战略都是创造能够带来火星的火柴,而这个火柴能点燃整个行业,让人类巨灵开始为这个目标奋斗。他坚信,这种做法能够带来改变世界的变革,也会增加人类得到最好的未来的机会。


但是只有拉远了看他的公司们你才能看到这些点,如果不这样的话,你会以为那些公司就是做生意的。其实他的公司们所作的业务都是维持公司生命力的机制,一直生存的公司才能不断创新,造出那根火柴。


在我之前写特斯拉和SpaceX的时候,我问过埃隆马斯克为什么他要做工程学而不是科学,他的解释是:


(从进度的角度来看)工程学才是限制发展的因素。”


也就是说,科学、商业和业界的进展都是受到工程学的限制的。如果你回顾下历史,会发现这个说法是有道理的,每一个人类进步的重大变革的背后都是工程学的大突破——那根关键的火柴。



所以要理解埃隆马斯克的一家公司,要从那根他要创造的火柴的角度去想,同时还要考虑三个变量:



我知道在他其它的公司里面,这些空格应该填什么:



而当我试图搞明白Neuralink这家公司的时候,我知道我同样需要搞明白这些空格里面要填什么。起初我只对其中的一个变量有很模糊的概念——公司的目标是“加速全脑接口的降临”,而全脑接口就是我所谓的魔法帽。



按照我的理解,全脑接口就是一个理想状态的脑机接口——脑中所有的神经元都能无缝地和外界世界沟通。这个概念大致建立在Iain Banks的科幻作品《文明》系列中的“神经织网”——一个没有质量,没有体积,能够被传送进脑内的全脑接口。


当时我是充满了疑惑的。


幸运的是,我当时正在去旧金山的路上,而我还计划和Neuralink一半的创始团队成员坐下来聊聊,而我将是那个会议室里最笨的人。



我不是自嘲,而是我确实是那个会议室里最笨的人。


Neuralink团队成员:


Paul Merolla, 过去七年是IBM SyNAPSE项目的首席芯片设计师,它带领开发了TrueNorth芯片,按照晶体管数量来衡量,TrueNorth是最大的CMOS设备之一。Paul 说他的领域叫“神经形态”,这个领域的目标是根据大脑架构的原则来设计晶体管电路。


Vanessa Tolosa是Neuralink的微制造专家,也是生物相容性材料领域在世界上最前沿的研究员之一。她的工作涉及根据集成电路行业的原则来设计生物相容性材料。


Max Hodak,在杜克大学Miguel Nicolelis的实验室参与了一些突破性的脑机接口技术的研发,在校期间还每周横跨全国去运营自己创立的“生命科学云端机器实验室”Transcriptic。


DJ Seo, 在二十多岁的时候在伯克利大学设计了一个叫作神经尘埃的先进的脑机接口概念,神经尘埃利用微小的超声波传感器来记录脑行为。


Ben Rapoport是Neuralink的外科手术专家,同时还是一个顶尖的神经外科医生。他还有一个MIT的电气工程学硕士学位,让他能够“通过可植入设备的视角”来进行自己神经外科医生的工作。


Tim Hanson被他的同事称为“地球上最好的全能工程师之一”。他自学了非常多的材料科学和微制造知识,让他能够开发出Neuralink将使用的核心技术。


Flip Sabes是加州大学旧金山分校的一名前沿研究员,他所在的实验室结合“皮层生理学、计算机和理论建模、人类心理物理学和生理学”,开创了脑机接口的新领域。


Tim Gardner是波士顿大学的一名前沿研究员,他的实验室专研把脑机接口安装到鸟身上,从而学习“复杂的歌曲是怎样从基础神经单元组成的”,进而学些“不同时长下神经行为规律的关系”。


Tim和Flip都放弃了终身教职来加入Neuralink,这也是他们对公司前景有多看好的佐证。


然后就是埃隆马斯克本人了,他既担任CEO,也是团队成员。他本人做CEO这个事情让这家公司在他做的其它事情中脱颖而出,也表明了他对Neuralink的重视,这种重视之前只有SpaceX和特斯拉才获得过。在整个团队中,埃隆对于神经科学的技术知识是最少的,但是他在建立SpaceX的时候也没有多少技术知识,却通过阅读和问问题,变成了一个实实在在的火箭科学专家,而这种学习过程很有可能重现。而这种学习过程也很重要,他本人指出:“没有坚实的技术理解,是很难做出正确的选择的。”


我问了埃隆马斯克他是怎么组建起这个团队的,他说他见了超过一千人,并从中选出这个团队的成员。而其中的难点是当你要研究一门涉及神经科学、脑外科手术、微电子、临床实验等领域的技术时,需要接触完全隔离的专业领域。因为这个行业跨了太多学科,他需要跨学科专家。


在上面的介绍中,你可以看到每个人都有自己独特的跨界组合。这一群跨界专家组成了一个罕见的有能力像一个超级专家一样思考的团队。埃隆马斯克同时也希望找到的是那些他认同宏大愿景的人,他们要更加关注工业结果,而不是纸面结论。这个团队的组建不是件容易的事情。


但是这个团队还是成功的组建了,然后和我一起坐在一间会议室里。这群人看着我,而我花了40秒左右时间就开始后悔来这里之前没有做更多的调研。



他们也意识到我没有很多背景知识,所以把讨论降低了得有四个难度级吧。随着讨论的深入,我开始渐渐明白整件事情了。接下来的几周,我又见了其它没来参会的创始团队成员,而每次我都是会议室里最蠢的那个人。在这些会上,我专注于理解目前这家公司面临的挑战的大致情况,以及怎样才能往魔法帽这个目标推进。我真的很想了解下面两个框里面是什么:



第一个空格很简单。Neuralink的商业部分是一家研发脑机接口的公司,他们想要创造最先进的脑机接口,他们中的一人把这个设备称作“微米级别的设备”。这一切会支持公司的发展,同时为他们的创新提供一个完美的实验载体(就好像SpaceX的火箭发射在支持公司商业运作的同时还能用来测试他们最新的工程进展)


至于他们想从哪种脑机接口开始做起,埃隆马斯克是这么说的:


“我们想花四年左右时间,上市一款能够帮扶一些(中风、癌症、先天等原因造成的)严重脑损伤的设备。”


第二个空格要难很多。在今天的我们看来,用蒸汽机来利用火产生的力量,是产生工业革命的必须步骤。但是如果你和一个1760年的人说这些,他们是很难听懂的——他们会很难理解需要克服的阻碍,以及哪些创新能够帮助他们越过这些阻碍,以及每样创新要花他们多久时间。而我们现在就处在同样困惑的地方——试图想明白开启神经革命的火柴长什么样,以及怎样造出这根火柴。


讨论创新的起点是讨论面对的阻碍——我们要创新的东西要帮我们迈过哪些问题?在Neuralink的情况下,阻碍非常多。不过和其它领域一样,工程学很有可能就是限制因素,所以至少下面这些看起来很大的挑战其实不会是很大的阻碍:


其实不是很大挑战的阻碍一:公众质疑


调研机构Pew最近做了个调研,调查美国人认为最担忧的未来生物技术,而结果是脑机接口比基因编辑更让美国人担忧。



Neuralink的创始人之一Flip Sabes对此很不解:


“对于一个科学家来说,改变生命的本质,比如创造病毒、优生学等,就像培育一个鬼魂,这个鬼魂会让很多生物学家担忧。但是我认识的神经科学家,都不认为在脑内植入芯片是很大不了的事情,因为我们脑内早就开始植入芯片了。


我们已经在用深脑刺激来缓解帕金森症状,我们有用来恢复视觉的早期实验性芯片,我们还有人工耳蜗——所以对神经科学家来说,往脑内植入设备来读取和写入信息不是个难以想象的事情。”


而当我了解了脑内芯片的背景知识后,我同意这个观点,而当美国人民最后了解了这些后,我相信他们的想法也会改变的。


历史是支持我的这个预测的。激光近视矫正术刚出现的时候,人们是非常谨慎的——20年前,每年只有两万人选择这个手术。然后人们慢慢习惯了,现在每年有两百万人进行激光近视矫正手术。同样的事情也发生在心脏起搏器、除颤器和器官移植上——人们最初都觉得这些弗兰肯斯坦式的概念都非常恐怖。脑内植入设备很可能会有同样的经历。


其实不是很大挑战的阻碍二:我们不够了解大脑


就是前面提到的“如果我们需要了解的大脑的知识是一英里那么长,我们现在才走了三英寸。”对于这点Flip Sabes也给出了自己的观点:


“如果了解大脑是和大脑进行大量交互的前提条件,那我们确实有麻烦了。但是很有可能,对于所有脑内发生事情的解码不需要真正了解大脑内部运作的方式。


能够解读大脑的信息是个工程学问题,能够细节地了解脑内运作的根源和神经元结构到能够满足神经科学家的程度则是另一个问题。我们不需要等所有科学问题都被解决了才能做出成绩。”


如果我们能通过工程学的方法让神经元和计算机交互,我们就成功了,而机器学习就能做剩下的部分。而到时,我们反而能从中学到脑的更多知识。Flip Sabes指出:


“我们不需要了解大脑就能做出工程学方面的成绩”这种说法的另一面,其实意味着工程学方面的成绩几乎肯定会加深我们的科学知识——就好像阿尔法狗最终能够教世界上最优秀的围棋选手下棋一样。而这些科学上的进展会带来更多工程学上的进展,科学和工程学会互相扶持形成一个良性循环。”


其实不是很大挑战的阻碍三:愤怒的巨人


特斯拉和SpaceX都惹到了很多行业巨人(好比汽车行业,石油天然气行业,以及军工集团)。行业巨人肯定是不喜欢新人来捣乱的,所以它们会竭尽所能来阻止新人的进步。幸运的是,Neuralink并没有这个问题,Neuralink并没有影响到什么大的产业(至少在不久的将来是这样,不过神经革命早晚会影响到几乎所有产业)


Neuralink的阻碍是技术上的。技术上的阻碍有很多,但是有两个是比较大的,如果这两个阻碍能被克服,其它的小阻碍可能都会倒下,从而改变我们未来的轨迹。


真正的大阻碍一:带宽


人脑中最多也就同时安装过几百个电极。对于视觉来说,这意味着一个低像素图像,对于运动来说,这让控制局限于简单的命令,而对于思想来说,几百个电极远不足以用来交流除了最简单的信息之外的东西。


如果要达成大目标,我们需要更高的带宽,非常非常高的带宽。


当谈到心目中那个能够改变世界的脑机接口的时候,Neuralink团队给出的数字是“同时记录一百万个神经元”。我还听过另一个数字——十万。十万个同时被同时记录的神经元就能催生很多非常有效有广泛用途的脑机接口。


早期的计算机也有同样的问题。原始的晶体管很占地方,也很难规模化。直到1959年,集成电路,也就是计算机芯片出现了。现在,集成电路能够在计算机里规模化扩展,而摩尔定律也随之诞生。


摩尔定律认为一块芯片内能容纳的晶体管数量每18个月会翻一倍。


直到上世纪九十年代,脑机接口的电极都是手工做的。然后我们通过传统的半导体技术搞明白了怎样制作那些一百针的多电极阵列。Neuralink的创始人之一Ben Rapoport相信“从手工制造电极到犹他阵列电极的制造,第一次暗示着脑机接口开始适用摩尔定律”。


这对于这个行业的潜力来说意味着一切。我们至今为止做到的最大的规模就是用数百个电极同时记录约500个神经元——这个数字离一百万不是很远也不是很近。接下来的发展取决于我们的增长模式,如果我们每18个月往这个基数上加500,我们要到5017年才能达到一百万个神经元。但是如果我们和计算机晶体管一样每18个月就翻一倍,我们只要到2034年就能达成这个目标。


目前看来,我们处于两种增长模式的中间。Ian Stevenson和Konrad Kording发表了篇论文来回顾过去50年里我们能够同时记录的神经元的数量,绘制出了这样一张图:



这个研究结果,也被称作史蒂文森定律,揭示的是我们能够同时记录的神经元的数量每7.4年翻一倍。如果按照这个速度继续下去的话,我们需要到二十一世纪末才能达成一百万个神经元的目标,而要到2225年才能完整记录脑内每个神经元来达成我们的最终完全版魔法帽。


不管脑机接口领域里等同于“集成电路”的技术究竟是什么,它现在还没出现,因为7.4年这个翻倍速度太慢,不足以掀起一场革命。这里提到的突破不是那个能够同时记录一百万个神经元的设备,而是能够让发展速度更匹配摩尔定律而不是史蒂文森定律的范式转变。一旦这个范式转变发生了,能记录一百万神经元的设备自然会到来。


真正的大阻碍之二:植入


如果脑机接口的植入依然需要开颅手术,它就不会在全世界推广开来。


这在Neuralink是个很大的话题。“无创”和“无创式”这两个词在我和Neuralink团队的讨论中出现了42次。


有创脑手术不但是个很大的阻碍和安全问题,而且还很贵,并且供应量有限。埃隆马斯克心目中的脑机接口植入过程是个全自动的:“用来做植入的机器应该和激光近视矫正一样,是个自动过程,不然我们就会受限于神经外科医生的数量,而成本也会非常高。你需要一个激光近视矫正机一样的东西来规模化推广脑机接口。”


光实现脑机接口的高带宽就是很大的事情了,而无创的植入设备也同样。两样同时做,则必然会产生一场革命。


其它阻碍


今天的脑机接口使用主体都有条电线从头部伸出来。未来,这肯定不行。Neuralink计划把设备做成无线的,而这会带来很多其它的挑战,因为如此一来你需要这个设备能够无线发送和接收很多数据。这也意味着要信号放大、模拟和数字信号转换、数据压缩等。哦,对了,还有感应式供电。


另一个问题是生物相容性。精密的电子设备通常没法在果冻球里正常工作,而人体本身又不太喜欢异物。这意味着这个设备需要被密封,并且足够鲁棒(Robust音译),能够经受住几十年的神经元的移动和流动。人脑会把侵入者包裹在疤痕组织里,所以我们还要想办法欺骗脑,让它认为我们的设备是脑的正常一部分。


再有就是空间问题。脑内现在就因为1000亿个神经元而空间紧张了,要去哪里找个地方能放下这个能和一百万神经元交互的设备呢?按目前的多电极阵列技术,一百万个电极的大小和一个棒球一样,所以进一步缩小设备尺寸是另一个需要创新的地方。


还有个问题,目前的电极都是优化成记录简单电信号,或者进行简单电刺激的。如果我们要做一个有效的脑机接口,我们不只需要单功能组件,还需要有神经电路般机械复杂性的组件,能够记录和刺激,并且能够通过化学、机械和电的方式和神经元交互。


假设我们真的能把这些障碍都解决了,做出来一个高带宽、长寿命、生物兼容、支持双向通信,并且能够无创植入的设备,我们是不是可以开始和一百万个神经元同时对话了呢?并不能,因为我们并不知道怎么和神经元对话。光是解读100个神经元的静态触发就够复杂了,而且这还只是学习怎样把特定的触发规律对应到简单命令。


这种做法在上百万的神经元面前是行不通的,我们现在做的事情就好像谷歌翻译,其本质是用两本字典来互相解读词汇,但是这和理解语言是完全不一样的事情。我们需要在机器学习上有很大的进展,才能让计算机理解语言;同样的,我们需要很大的进展,才能让机器理解脑的语言——人类自己肯定是没有办法解读上百万个同时触发的神经元的。


听完上面这些,殖民火星现在是不是听起来简单爆了?


但是我敢打赌,电话、汽车、登月在各自出现的时刻往前推几十年,想必也是无法达成的技术挑战。


就好像iPhone对于Pilot ACE时代的人来说也是完全没法想象的。


然而现在你可能就是用一台iPhone在看这篇东西。


如果我们能从过去吸取经验的话,那就是未来肯定会有一些普遍存在的技术,在过去的人眼中是难以想象。我们现在没法知道哪些看起来肯定不可能的技术在我们有生之年会变得普遍,但肯定会有一些。人们一直以来都低估了人类巨灵的力量。


如果四十年后你认识的所有人脑内都有一个电子设备,那肯定是因为范式的转换造成了行业的转换,而这个转换就是Neuralink团队试图搞明白的。其它一些团队也在努力,有一些已经在做一些很不错的想法了。


现有的脑机技术创新


伊利诺伊大学的一个团队正在研发一种用丝绸做的接口:



丝绸可以卷起来,再被相对无创地植入脑中。然后,理论上它就能够展开然后覆盖全脑,接着像收缩包装一样融入脑的表面,而丝绸表面则是有弹性的硅晶体管阵列。


在一个TEDx演讲中,Hong Yeo展示了一个像一次性纹身一样打印在他皮肤上的电极阵列。研究员们表示这种技术有可能被用在脑上。



另一个团队则在研究一种纳米级别的、带有电极的神经网,这种神经网小到可以通过针管被注射进脑内。



图中右边的那个管状物就是针尖。Extreme Tech网站上有个很棒的图来解释这个概念:



其它无创技术包括通过血管和动脉的方式。埃隆马斯克提到:


“最小创伤的方式是类似硬支架的设备,通过股动脉进入体内,然后在心血管系统中展开,然后和神经元开始交互。神经元需要很多能量,所以体内的道路网络能通向每个神经元。”


国防高等研究计划署(DARPA),是美国军方的技术创新机构,DARPA通过最近注资的BRAIN项目在研发微小的“闭环”神经植入设备来替代药物。



另一个DARPA的项目则是要把一百万个电极放置到两个硬币那么大的设备上。


还有一个点子叫作经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation, TMS),效果是一个头外部的磁力线圈都能在脑内产生电脉冲。



这些脉冲可以用来刺激制定的神经元区域,产生完全无创的深脑刺激。


Neuralink的创始人之一,DJ Seo,带头设计了一个更酷的叫作“神经尘埃”的接口。神经尘埃指的是只有100微米大的硅传感器(和头发丝一般粗),这些传感器能够被播散到皮质里,而在附近的软脑膜上方,就是一些3毫米见方的能通过超声波和神经尘埃沟通的设备。


这就是跨领域团队创新的优势的展现,DJ Seo解释道:“有很多在这个领域不会被考虑的技术,但是我们可以借鉴它们的一些原则。”比如神经尘埃的灵感就来自于微芯片技术和RFID(就是能不进行物理接触就能用门卡打开房间门的技术),想必你也能从中看到其它领域对这个技术的影响:



其他人则在研究一些更出格的点子,比如光遗传学(往脑中注射病毒,这些病毒会依附在脑细胞上,使得脑细胞能被光照刺激),甚至使用碳纳米管(把一百万个碳纳米管绑在一起通过玄关送入脑内)


这些人的努力其实都是这个箭头:



这个领域的人目前还不多,但是当重大突破出现,这一切都将会很快改变。发展将快速发生,随着植入技术越来越简单和廉价,脑机接口带宽会越来越高。公众的兴趣会浮现出来,而人类巨灵将会意识到机会——发展的速度则会急速攀升。


就像计算机硬件的突破推动了软件产业的爆发,大型产业将会参于制造尖端机器和研发智能软件来和脑机接口搭配使用。到2052年的时候,你会告诉那时候的小屁孩,当你小的时候,没有人的大脑能够做各种神奇的事情,而小屁孩会觉得你讲的事情无聊至极。


我试图让Neuralink的团队和我聊聊2052年。我想要知道当这一切实现的时候,生活会是怎样的。


我想要把“Pilot ACE之于iPhone 7就好像早期脑机接口之于_____”的空格填上。


但这并不容易,这个团队组建的基础是他们对于实际结果的关注,而不是空谈未来。而我所做的事情就好像和一群18世纪正在努力研发蒸汽机的人对话,在他们努力干活的同时问他们:“你们觉得飞机什么时候会出现?”


在我的追问下,他们终于松口谈了谈他们对于未来的想法。我和埃隆 马斯克的谈话也有很大一部分专注在未来的可能性上。我还和我的一位从事脑机接口工作的神经科学家朋友,Moran Cerf,聊了聊对于未来的畅想。最终,一位Neuralink团队的成员不是很情愿的告诉了我,其实他和他的同事们都是梦想家——不然他们也不会做他们现在做的事情了。


他们很多是因为科幻小说才进入这个行业的。他建议我和Nexus三部曲的作者Ramez Naam聊一下。Nexus三部曲是一部关于未来脑机接口的小说,Ramez Naam有着很好的技术背景和19个软件专利。于是我和Ramez聊了一下,并且把我剩下的几百个问题全部抛给了他。


而当我完成这些谈话后,我整个人都震惊了。我曾经写过,如果你回到1750年那个电力、机动车和电信都不存在的时代,把那个时代的一个老王带到今天的世界,他会被这个世界的一切吓尿。这让我思考如果我们要去未来,我们需要到多久的未来才能把自己吓尿。我把这个时间叫作吓尿单位。


从人类巨灵诞生以来,我们的世界就开始具有了一个神奇的属性——它变得越来越神奇。所以吓尿单位才有存在的意义。因为进步能带来更快的进步,所以随着时间的流逝,吓尿单位是越来越短的。1750年的老王的吓尿单位是几百年,这在人类历史的长河中已经是非常短的一个时间了。


而如果我们生活在一个进步更飞速的世界,我们一辈子可能就会经历一个或者数个吓尿单位。1750年到2017年所发生的所有进步,在你的有生之年可能会再度发生。我们活在一个疯狂的时代,只是因为我们活得太微观,所以注意不到这些罢了。


我常常想到吓尿单位,也常常幻想如果我有个时间机器,那我也能体验下老王体验到的吓尿的感觉。究竟要怎样的未来才能把我吓尿呢?我们可以谈论人工智能或者基因编辑这些话题,毫无疑问的,这些领域的进展肯定能把我吓尿,但是谈论出来的总是“鬼才知道那是什么样子”这样的结果,而不是一个具体的场景。


但是关于脑机接口,我感觉我终于找到了这样一个能够把我们吓尿的未来的具体场景了。


本文来自微信公众号:,作者:Tim Urban,翻译:谢熊猫君


本文作者Tim Urban是埃隆马斯克(特斯拉/SpaceX创始人)强烈推荐的科技博主。他写的AI文章是全世界转发量最高的。他的粉丝还包括:Facebook创始人马克扎克伯格,Facebook COO谢丽桑伯格等。Tim也是TED演讲平台上有史以来最受欢迎的演讲者之一。

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