[馬斯克Neuralink]深入探討Neuralink技術：結合腦機介面的未來

馬斯克近期發布了一則新聞，宣稱他旗下的新創公司Neuralink技術已經完成首次的侵入式大腦晶片植入手術，並且恢復狀況良好。消息一出，轟動了科技業以及生醫產業。究竟為什麼首次腦機介面的侵入式大腦晶片植入手術會引起軒然大波? 就讓我來為你揭曉吧!

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Neuralink簡介

Neuralink 是一家由特斯拉（Tesla）創始人埃隆·馬斯克（Elon Musk）創立的神經科技公司，致力於開發腦機介面技術。該技術的目標是將人類大腦與計算機界面連接，以解決各種神經系統相關的問題，並為人類帶來各種潛在的好處。

目的與重要性

馬斯克的個性常常讓人覺得瘋狂。正因為他的想法常常與人不同，才能不顧社會反對進行了侵入式大腦晶片植入的手術。這在科學及醫療界絕對是一個很大的突破。

常理來說，受限於侵入式手術的大腦手術風險相對高很多，以及社會追求人權的情況，人體倫理逐漸受到重視。這造成醫學界醫療的受阻，而在發展上相較過去緩慢許多。然而，馬斯克的新創公司能夠突破框架，找到自願者進行開腦手術，並且成功地將大腦晶片植入人腦。就馬斯克言論所知，病人目前恢復狀況良好，且已經可以用意念操控滑鼠。

Neuralink技術-腦機介面的基礎知識

用意念操控滑鼠?! 聽起來很像科幻小說或者魔法世界才有可能出現的情節，現在竟然可以做得到? 究竟是怎麼達成的? 還是是馬斯克在吹噓炒作呢? 其實這項技術是有所根據的。「腦機介面」又稱腦機接口、人機介面等等，主要是搭建人腦與機器的橋樑，將人腦的訊息傳送給機器的過程。

什麼是腦機介面？

腦的訊號-神經脈衝

大家在國高中的時候上過基礎的生物課，應該都知道人體的神經系統分成中樞神經跟周邊神經。而大腦是屬於中樞神經的一部分。那神經究竟是如何運作並傳送訊息的呢?

一般來說，神經單位(又稱神經元)處於常態時，有固定的電位恆定狀態。當受到事件、刺激等影響時，神經元收到外部的訊號而改變電位，最終使得改變電位事件成為下一個神經元的刺激，而持續將這個刺激傳送下去。

而不同神經元所傳送的訊息有不同影響，例如運動神經元會使肌肉收縮，感覺神經元會使我們感知到外在世界變化。因此透過神經元的電位變化，將外在-內心-動作串在一起，成為我們平常與世界互動的重要基礎。

在大腦的訊息中，會因為大腦不同活性而有不同的腦波(EEG)變化，每個生理狀態，會根據放電頻率、時常、強度而有所不同，藉以驅使下游神經做不同的動作。

神經脈衝詳細介紹會在未來另外寫一篇講解。

機械訊號

跟神經訊號類似，我們日常使用的電器用品、3C也都是透過電來運作，達到控制、傳輸、接受訊息的效果。在電子設備裡面最重要的就是主面板的中央處理器，透過電訊號的高電位與低電位來傳遞類似摩斯密碼的訊息。

以硬體的電力到軟體應用來說，通常在傳輸訊號的過程會需要兩個部分，分成時間訊號以及資料訊號。時間訊號的用意是在連續的電力傳輸過程定義幾個資料幾個資料一數來認定訊息。而資料訊號則是傳輸真正資料的部分。

以摩斯密碼為例，當你收到「長短長短」的時候，組合的可能性是由單一個C所組成，同時也可能是NN組成，也可能是TETE或TEN、NTE等等。但是當你說「我一共有4個字節」的時候，結果就只剩下TETE這個組合。這就是時間訊號與資料訊號的結合。

除此之外，機械的訊號同神經訊號，除了1或0之外，根據訊號的強弱，也會呈現不同訊號的樣貌。藉此，才能將人腦的神經訊號透過電子設備的方式捕捉並傳遞後，解讀原先大腦想要做到的事情。

非侵入式腦機介面

目前較被人接受且正快速發展的領域是非侵入式腦機介面。因為非侵入式的特性，幾乎人人都能夠達到這樣的效果，並且在收集資料上也會比較方便且容易。

電極與放大器

腦機介面的原則是希望透過機械的方式也獲取到本來在神經間傳遞的資訊。當神經產生神經脈衝的時候，電位的變化同時會產生瞬間的電場變化。這樣的訊號可以穿透過腦殼而被偵測到。而電極就能當作人造的接收神經，去偵測並收取的這樣的電位變化繼續將訊號同步傳遞出去。

但是，腦殼是骨頭的一部分，其電阻非常非常高，因此訊號強度比腦殼內部的強度差了近1000倍。如果我們直接拿電極收取的資料來做分析與判斷的話會受到很多外在雜訊的影響，又或者強度太小而無法被觀察出來。

所以在非侵入式實驗當中，電極收取的資料都會通過放大器，將原本的資料訊號強度放大才最後被收集起來分析。

10-20系統

那麼，你可能會問：我記得以前學過大腦有不同腦區，那應該要怎麼放才知道哪個電極是哪個功能的訊息? 每個人的腦袋有的大有的小，他怎麼知道要擺哪裡?

沒錯，所以在擺放的電極位置大部分會遵循10-20法則以確保每個電極的位置在不同人身上的相對位置是近似的。

10-20系統原則在於比例，從俯瞰圖及側面都以10-20-20-20-20-10做分割。

如右圖，從左耳開始到T3(Temporal lobe)之間的比例是10%、T3到C3(Central lobe)之間的比例是10%、C3到Cz的比例是20%、Cz到C4是20%、C4到T4是20%、最後T4到右耳比例是10%。因此在中線，會有一共5個電極被安排在相對比例的位置上。

而縱向的安置(如左圖)，則是從眉心開始到Fpz(Prefrontal  lobe)、Fz(Frontal lobe)、Cz、Pz(Parietal lobe)到最後枕骨(脖子上方硬硬的腦殼)的比例也是10-20-20-20-20-10%。

如此一來，就算有的人頭非常大，或非常小，因為腦區的位置絕對都是按照相對比例成長，透過這個原則就可以相對準確的收取不同人腦區功能下傳送的訊息了。

安裝困難與腦波帽

綜合上面所描述的內容可以了解，要收到良好的大腦傳送的訊號，必須要透過電極導電的特性，按照比例一個一個放置在頭上並貼在頭皮上收取穿透腦殼出來的感應電位變化，再透過放大器將訊號放大做進一步分析使用。

這樣不是很麻煩嗎?

所以為了解決上述講的問題，大部分研究會使用根據10-20系統設計好的腦波帽，再透過導電膠降低頭皮與電極之間的電阻，快速且較準確的擺放電極在正確的位置上。

非侵入式問題與困境

即使看起來在安置、導電、訊號傳遞的問題上都找到了解決方案，最後的結果卻不盡完美。主要原因有幾個：

1. 電極沒有被完全固定
2. 受測者亂動會產生雜訊
3. 訊噪比
4. 空間解析度受限

因為腦波帽上的電極與頭皮僅以導電膠相連接，很容易因為在移動的過程中脫落或鬆動，使得收到的訊號有很多的雜訊。

同時，如前面所述，因為透過腦殼傳出來的訊號強度比實際狀況小了1000倍。當外部的雜訊混進去大腦傳出來的訊號當中的占比就會大上許多，會因此造成分析上的困難。

最後，因為非侵入式的電極只在頭皮上收取訊息，實際人類大腦有分白質與灰質與邊緣系統等等腦區中心與外層的空間差異並沒有辦法在訊號上被解析出來。所以數學理論基礎、去雜訊分處裡以及訊號分離處理的技術就變得非常重要。

侵入式腦機介面

不同於非侵入式腦機介面，侵入式顧名思義就是直接將電極與感知元件以侵入的方式進入到人體中而產生傷口，所以風險相對高上許多。

在過去，因為牽涉到人類倫理上的問題，在較完善的科技背景下，只有嘗試過動物試驗。將動物活體麻醉後，把腦殼打開並根據經驗判斷及所需要的應用，把電極或設備電路放置在適當的腦區上，最後再縫合。

從描述上面不難理解，此種侵入式方法最大的困難點除了倫理上以外，如何精準且安全正確的擺放電極也是技術上的一大考驗。

另外，如同《可憐的東西 POOR THINGS》5個不合理-腦袋移植可能嗎? 當中提到的，當我們對人體做移植、或者放置非該生物應有的東西時，因為MHC蛋白的特性而產生劇烈的免疫反應，病人的體內會持續以免疫方式攻擊該外來物。

就病人體內而言，會一直重複著發炎及免疫反應，紅、熱、腫、痛、癢可能充斥著術後的日子；而技術上而言，因為免疫反應的攻擊，會使得本身設備的敏感度降低，甚至阻礙訊息傳遞的正確性。

儘管如此，侵入式腦機介面在訊號清晰度以及強度上堪稱完勝非侵入式腦機介面，因為少了腦殼的阻隔，電極可以非常直接的收集到神經脈衝產生的電位變化，並經由電路收集起來分析出大腦神經的意圖。並且，因為手術最後縫合的關係，病人並不需要因為電極的關係擔心亂動、電極鬆動的問題。

訊號解析與辨識

無論非侵入式還是侵入式腦機介面，當他們收到的訊號資料之後，又是如何解讀大腦的意圖的呢? 該如何讓大腦意圖驅使設備呢? 時常在拿到資料之後會經過一連串的資料清整、機器學習模型訓練等等建立一個「邏輯」來判斷大腦是否有這個意念想要「做」這件事情。

資料清理前處理

一開始拿到的資料有些部分會有雜訊或者髒訊號，需要剔除或處理之後才能使用。這段是最重要的部分，如果你拿來分析的資料本身就有很多錯誤跟雜訊，那出來的結果肯定也不好。

去雜訊與特徵擷取

清整完資料之後，裡面仍然有一些時間上或空間上的雜訊，例如固定60Hz左右的空間雜訊或者收集腦波的時候眼睛神經傳遞動眼睛的訊號也一樣被收錄進去、動了一下嘴巴深呼吸也被收集成資料。這時候就需要做數學理論做多維度上的運算，將這種雜訊分離出來，然後去除。通常腦波訊號處理的人會使用EEGLAB來達到這個目的。

接著，將原有的資料做特徵的擷取，透過運算把重要的特徵找出來，讓接下來建立的模型判斷與辨識。

以辨識男女生為例，我們能夠判斷看見的人是男生還是女生，在潛意識下可能是透過頭髮長度、有沒有化妝、聲音高低、體格大小來綜合判斷。那我們就需要把這個人的視覺(照片)擷取他的頭髮長度、化妝與否、聲音的頻率跟體格提供出來，最後建立模型將男生女生的判別原則建立起來。

模型訓練

當所有的特徵都建立起來之後，模型的訓練就是要找到一個原則。例如頭髮超過10公分而且有化妝、聲音高且體格體重小於50公斤的就是女生，其餘的都是男生。這樣的結果可能就會產生很多錯誤，因此需要透過很多嘗試調整界線跟數字希望可以最好的分辨男生跟女生，完成模型的訓練。

回到腦波，我們需要找到一個方程式或數學模型讓原本收集到的腦波可以被解讀出大腦的想法。比如假如我發現前額葉活化的時候下肢就會開始動作，那我就能藉由收集到前額葉的電極的訊號，分析它是不是活化(特徵)，接著找到活化的界線(超過多少數值就是活化)之後完成辨識。

往後只要收集到前額葉超過界線的數值的時候我就知道大腦想要叫下肢動作了。

典型的腦機介面應用

讀到這裡大概就已經能了解了。當殘障的人失去的下肢，因為腦神經並沒有壞死，在他想要走路的時候前額葉一樣會活化，只是無法最終傳遞到下肢而順利活動下肢。透過腦機介面的應用，因為我們複製這個訊息進入計算機、電腦內，並且透過數學理論建立模型後也辨識到了大腦活化的意圖。接著我們就把義肢裝在病人身上，並「代替他移動」。如此一來就能只用想的就達到最終目的了。

應用領域

醫療應用：治療神經疾病

帕金森氏症

腦機介面可以幫助管理帕金森病患者的運動障礙。通過植入電極到患者的大腦深部結構，監測神經活動並提供電刺激，以調節異常的神經信號，減輕帕金森氏症如震顫、肌肉僵硬和運動遲緩等的運動症狀。

脊髓損傷

通過植入電極到大腦皮層或脊髓，腦機介面可以讀取大腦信號並將其轉化為控制外部假肢或輪椅的指令，使患者能夠重新獲得運動能力和獨立生活的能力(如上面所描述)。

癲癇

幫助監測和控制癲癇發作。透過監測系統及模型檢測到癲癇發作前的異常腦電信號，並提供電刺激以抑制癲癇發作的發生，從而減輕患者的癥狀。

憂鬱症與焦慮症

可能可以作為治療心理疾病的新方法。通過植入電極到患者的大腦區域，腦機接口可以提供深部腦刺激或神經調節，調整異常的神經信號以緩解患者的症狀。

腦瘤和腦血管病變

腦機介面可能未來可以幫助監測和治療腦瘤和腦血管病變。通過植入電極或傳感器到患者的大腦區域，腦機接口可以監測腦血管的活動和血流情況，及時發現和治療腦瘤或腦血管病變，減少患者的病情惡化和並發癥發生。

增強人類能力：超越生理極限

認知增強

腦機介面技術有望幫助人類超越傳統的認知能力極限。通過直接連接大腦和計算機系統，可以提供更快速、更準確的信息處理和記憶功能，增強學習、思考和決策能力，從而使人類能夠更高效地解決覆雜的問題和面對挑戰。

感知擴展

拓展人類的感知能力，使人類能夠超越自然界的感知極限。通過直接連接大腦和傳感器系統，人們可以獲得更廣泛、更深入的感知信息，如紅外線、紫外線、聲音頻率等，從而拓展人類對外界環境的認知範圍和深度。

身體增強

幫助人類超越生理身體的限制，實現身體功能的增強和改造。通過與假體、生物機器人或外部設備的連接，人們可以實現遠距離操作、超人力量、以及超人耐力等功能，從而拓展人類的身體能力和運動範圍。

交互增強

腦機接口技術可以實現人類與技術之間更加緊密的融合，使人類能夠更直接地與計算機、網絡和人工智能系統交互。通過直接連接大腦和計算機系統，人們可以實現直接思維控制、腦-機-網絡交互、以及腦-機-雲端協作等功能，從而拓展人類與技術之間的交互方式和深度。

社會與倫理議題

想象一下，你腦海中的最私密的思想和記憶，被一台計算機無縫地連接並共享出去。這聽起來像是科幻小說的情節，但實際上，隨著腦機介面技術的發展，與Neuralink如此突破性的發現，這種場景正在變得越來越真實。

隨著技術的進步，人們可以想象到各種未來的應用場景，比如直接通過思想控制汽車、購物、甚至社交媒體帳戶。然而，正是這種直接連接人腦和計算機的能力，也引發了一系列嚴重的隱私和信息安全問題。

隱私與資訊安全

思想與行為

首先，想象一下，如果黑客入侵了你的腦機介面系統，他們將能夠竊取你腦海中的最私密的信息，如密碼、銀行帳戶信息，甚至是個人秘密。而且，由於腦機介面與大腦直接相連，黑客可能會通過惡意代碼或電磁幹擾來操控你的思想和行為，這是一種極為恐怖的想法。

個人隱私

此外，隨著腦機接口技術的普及，個人隱私也面臨著前所未有的挑戰。例如，廣告商可能會利用你的思維模式和情感狀態來定向推送廣告，從而影響你的消費行為。政府或公司也可能通過監控你的腦活動來評估你的心理狀態和忠誠度，這對個人自由和隱私權構成了嚴重威脅。

身分與冒充

不只如此，腦機介面技術還可能導致個人身份和認知被盜用的問題。由於大腦模式和認知特徵是獨一無二的，黑客可能會利用這些信息來冒充你的身份，進行詐騙或其他犯罪活動。此外，如果你的思維模式和認知特徵被記錄和存儲在雲端或其他地方，它們也可能會被不法分子竊取和濫用。

綜上所述，技術的發展給隱私和信息安全帶來了巨大挑戰。盡管這項技術有著巨大的潛力，但我們必須認真對待這些問題，並采取有效的措施來保護個人隱私和信息安全，以確保技術的安全、可靠和可持續發展。

醫療與人權的平衡

假如你是一個患有帕金森病或截肢等嚴重神經系統疾病的患者。你的生活可能因為肌肉僵硬、震顫或運動障礙而變得異常困難。但隨著腦機介面技術的發展，可以通過直接連接你的大腦和外部設備來幫助你控制假肢、電動輪椅或其他輔助設備。這意味著你可以用思想來控制你的身體，重新獲得自由，重新參與到日常生活中。

然而，為什麼你能優先享有腦機接口技術帶來的好處？在醫療資源有限的情況下，應該優先考慮誰能夠獲得這種技術？是那些患有嚴重疾病的患者，還是那些身體功能相對正常但希望增強自己能力的人？這涉及到資源分配和醫療公平的問題

另外，其技術可能對個人的隱私和自主權產生重大影響。盡管這項技術可以幫助人們恢覆自由和獨立，但與此同時，它也意味著個人的思想和行為可能被外界監視和控制。例如，政府或公司可能會利用腦機介面來監控個人的思想和情感狀態，從而對個人自由和隱私權構成威脅。

因此，即使Neuralink在這樣突破性的技術發展下仍然向前邁進，技術的發展給社會上帶來了複雜的平衡問題。

盡管這項技術有著巨大的潛力，但我們必須認真對待這些問題，並采取有效的措施來保護個人隱私和信息安全，以確保技術的安全、可靠和可持續發展。

後記

以上就是這次看到Neuralink的新發現後我想到的內容，希望你能對腦機介面這項科技有所了解與幫助，如果你覺得文章不錯的話，歡迎多多按讚分享或在下面留言跟我互動喔!