2023年6月28日、香港科学技術大学の呉若昊准教授は「フレキシブル脳機械インタフェース技術」対話会で発言した

文/『環球』誌記者張漫子

編集/胡艶芬

脳機インタフェースは、未来感のある言葉であり、人間とのインタラクションの「より親密な」方法でもある。

考えてみて、朝目が覚めて、ベッドに横になって、心の中で考えてみると、カーテンが開きました。すぐに、冷蔵庫のドアが開き、コーヒーマシンが働き始め、パソコンが自動的に起動して微信、メールボックスにログインする……これは未来の生活の氷山の一角であり、脳マシンインタフェース技術が「思うことはすぐに動く」ことを形作るポストモダンな図でもある。

より多くの人が「脳マシンインタフェース」を理解しているのは、SF映画『マトリックス』から始まった。「現実世界」の人類は後頭部にコネクタを挿入すると、仮想的な「母体世界」に入る。コネクタにより、外部情報は脳に入力でき、脳の情報も外部に転送できる。これはほとんど脳マシンインタフェースの究極のバージョンである：人間の脳に完全な仮想外部環境を導入し、人間マシンの双方向相互作用を実現する。

私たちはまだヒューマン・インタラクションというドラマの前情提要段階にあるが、人類に幸福をもたらし、生命を再定義することができることを前提に、この技術がより迅速に到来することを期待している。

未来、「テレパシー」はどれだけ簡単なのだろうか。「サイボーグ」という人工知能と生物知能の融合は間近に迫っているのだろうか。「身が軽く、機械が飛ぶ」生命のデジタル化は実現する見込みですか？『トッププレイヤー』『ウエストワールド』『機械戦警』、私たちの新しい未来を指すのはどれですか？

脳を解放する

先日、国内外の脳機インタフェース技術が落地したというニュースが相次いでおり、年の半分を超える脳機インタフェースの概念が熱検索ランキングで上位を占めている。

「人間の脳とコンピュータを接続し、脳の意識によって制御される機械を開発する」という考えは1960年代に始まった。半世紀以上にわたって、人間の脳とコンピュータ、炭素系生命とシリコン系生命の重なりは急峻な上昇曲線を引き出した。「口を開かずに交流できる」「手を出さずに機械を操作できる」は多国籍実験室で続々と実現され、脳機械インタフェース技術はSFの思いをくぐり抜け、『自然』『科学』などの国際トップ学術誌から出て、現実を照らすことを加速させた。

ただ、現実がSFと異なる大きな違いは、人をスーパーマンにするよりも、まず失能者を健常者にしたいということだ。これは各国の科学者が最初に脳機械インタフェースを研究した原動力でもある--医療リハビリ分野では、高位麻痺、閉鎖症候群、筋萎縮側索硬化などの重度の運動機能障害者を助け、運動、言語機能を再建し、彼らの脳を体の限界から解放した。

これまで、高級脳機能の再建は脳機インタフェース技術の探索が最も集中している分野である。2005年、米ブラウン大学の研究チームは初の大脳運動皮質脳機インタフェース装置の移植手術を完了し、四肢が麻痺したマット・ネーゲルが運動意図を通じてコンピュータカーソルを制御できるようにした、2014年ブラジルW杯の開幕式で、高位半身不随の青年Juliano Pintoは脳機械インタフェースと人工外骨格技術の助けを得てボールを出した。2016年、麻痺した男Nathan Copelandは、当時のオバマ米大統領と握手するために意図的にアームを制御した。

この技術競争の中で、中国は落下していない--2020年、初の脳機械インタフェース臨床手術が中国に到着し、浙江大学脳機械インタフェースチームは脳内に「ユタアレイ電極」を埋め込むことで、72歳の高位麻痺患者を「意念で水を飲む」ことに成功させた、最近、首都医科大学宣武病院の趙国光教授チーム、清華大学医学院の洪波教授チームは植え込み式硬膜外電極脳機インタフェースの方式で、四肢麻痺患者に自主的に水を飲むことを実現させた。これまで、多くの麻痺患者が脳機インタフェース技術を用いて外部機器を操作し、把持、把持、伝達などの基本的な動作を完了してきた。

失能者の「行動の回復」はどのようにして実現されたのか。

普通の人にとって、意識が自分の行為を支配するのは簡単だ。しかし、神経通路の部分的な損傷に対して、聞くことができない、見ることができない、つかむことができない、歩くことができない、話すことができない失能者は、その脳と体幹の「つながりがない」ため、歩く、触る、つかむ、聞くなどの考えが脳の中に「閉じ込められ」、体の正常な反応を指揮することができない。

「私たちは脳機械のインターフェースをして、脳と外部装置の間に直接脳の指令を伝達するチャネルを構築することに相当します。原理的には、チャネルは人の考えと考えを入力して、出力するのは人の外部装置（義足、アームなど）の操作です」とある科学技術企業の研究開発責任者は説明する。

脳机インターフェースが介入すると、意思から行為への「道」の渋滞が開かれる。脊髄及び運動神経通路が損傷しているが大脳皮質機能が健全である条件下で、患者の脳信号がコンピュータに解読された後、外部に脳指令を送信することができ、それによって外部装置の制御を実現することができる。そこで、「人は考え、物は動く」が初歩的に実現した。

ここ数年、片麻痺、脳卒中、失語、対麻痺、精神性疾患などの失能患者の家庭は、次々と脳機械インタフェースの「実験室突破」から曙光を見ている。「（脳機械インタフェースの）需要は非常に広く、現在治療が難しい神経系疾患や複雑な後遺症の最新の“武器”となっている。私たちはしばしば各地から患者の電話を受けている」と中国科学院の趙継宗院士は雑誌「環球」の記者に語った。患者の親友からの電話はほとんど同じ質問で始まった。「私たちはニュースを見ました。脳机インターフェース手術、あなたたちはできますか」。

脳に閉じ込められる

脳機インタフェース技術は点の突破は少なくないが、まだまだ成熟していない。最大の制約は、脳が依然として人類の認知の「ブラックホール」であることだ。

大脳迷路のような溝回には多くの秘密が隠されており、広大な宇宙は人間に限られた星空を頭上に見せるだけだ。1000億個を超える神経細胞は銀河系の星のように変化しながら微小な電気パルス信号を発し、人体の一挙手一投足に「号令をかける」。脳の働きの最大の「謎」である意識は、人間の知恵が生み出す起点であるが、まだ人間の知恵に捕らえられ、復号されていない。

「1つの技術が理論の芽生え、概念論証、実践模索を経て、臨床応用、産業発展を歩む必要があるとすれば、現在の脳機械インタフェース技術は臨床応用以前のケース探索段階にあり、直接移転普及することはできない。特殊なケースから広範な応用への進級の道は、まだ時間がかかる」と趙継宗氏は言う。

多くの専門家も、2012年から現在に至るまで、「イデオロギータイピング、イデオロギー水を飲む」という成功例が相次いで現れ、ハードウェアシステムなどの進歩を見ているが、臨床的に実質的な突破は起きていないと述べている。「脳の構造、仕事のメカニズムはまだはっきりしていません。人はある動作をするときに特定の反射アークを通過する必要があります。反射アークは受容器、伝来神経、神経中枢、伝播神経と効果器の5つの部分から形成される神経ループです。脳機械インタフェースがいくつかの動作を実現するには、脳の電極をどのように配置するかを明らかにし、迅速かつ正確に所望の制御を実現する必要があり、これらのすべては引き続き研究されている。脳機械インタフェース技術上のブレークスルーは、脳科学的基礎研究のブレークスルーに依存し、人間の脳に対する理解の程度にかかっている」と述べた。趙継宗は感慨した。

見て、聞いて、つかんで、握って、読んで、覚えて、これらは普通の人にとって最も簡単な動作で、背後には大量の脳信号の収集、伝送、符号化、復号などの一連の複雑な過程がある。脳の知覚、運動、認知などの異なる機能との接続と相互作用を実現するには、ハードウェア、メカニズム、方法が不可欠である。

そのため、電極を脳に植え込み、三つの山を越えなければならない。浙江大学南湖脳機交差研究院常務副院長、教育部脳と脳機融合最前線科学センター副主任の王躍明氏は、最初の大山は「物理ハードウェア」である--電極、チップをどのように設計すれば、安定性、精度が高く、体積、消費電力が小さく、使用寿命が長く、生物互換性が高く、傷害が小さくなる、2つ目の山は「理論メカニズム」と呼ばれています。どのように脳の機能（例えば運動）のコードメカニズムを発見し、脳がどのようにその機能を実行しているか（例えば人間自身の運動を制御しているか）を理解する、第三の山は「相互作用方法」である--電極が脳内に埋め込まれた後、「脳-機械」相互作用には出力と入力が含まれ、「出」のはどのように大量の情報を復号、出力し、制御命令に翻訳し、「入」のはどのように外部情報を符号化、入力するか、同様に難題である。

進化する生命

脳机インタフェースは、人間の「機能強化計画」のようなものだ。科学者、創業者は脳マシンインタフェース技術の頂点に登頂し、人類を段階的に「改造」し、生命の「進化」を実現している。

「人間の脳には視覚、聴覚などの知覚機能、記憶、学習、思考、想像などの認知機能、運動機能などの異なる機能がある。三者に比べ、聴覚の回復と増強は比較的容易で、突破は最も早い」と王躍明氏は言う。人工蝸牛はこれまで最も成功し、臨床応用が最も広い脳機械インタフェース技術である。

「現在、運動機能の増強は徐々に実現されており、多くの『意念水を飲む』実験が例証である」と王躍明氏はさらに予審し、その後徐々に実現されることが期待されるのは知覚中の視覚機能であり、記憶などの複雑な機能は依然として研究が必要である。

コミュニケーションの強化は、社会動物の一大需要と言えるだろう。その中で、「イデオロギータイピング」はすでに実現され、比較的成熟している。2019年10月の第3回中国脳機インタフェースコンテストで、天津大学の修士課程生は最高毎分691ビットの脳制御タイピング復号速度（毎分69漢字を出力することに相当）で一般人の携帯電話のタッチスクリーンタイピングの速度を超えた。

「イデオロギー・タイピング」の次のステップを楽観的に考えさせる。劉慈欣SF小説『三体』の三体人の交流を覚えていますか。2人は口を開く必要はなく、脳信号を通じて直接コミュニケーションを取ったり、別の脳に直接情報を送ったりすることができます。言語表現の曖昧さや言葉の意味が及ばないように、脳機械インタフェースが介入した後の「脳脳インタラクション」は、徹底的で情報の歪みのない「心と心のつながり」「心と心のつながり」になるかもしれない。

これはマースクが設立した神経科学技術会社Neuralinkの今後10年の新たなビジョンでもある：脳と双方向に交流するインプラント型脳マシンインタフェースを開発する。10年程度で、「心を読む」、人と人の「テレパシー」を実現することを目指す。

技術の進化は十分に速いが、時には遅すぎることもある。2018年、ホーキング氏が死去した。車椅子に閉じ込められ、「スーパー脳」を持つ科学者は生涯、病気に苦しめられた。彼の人生の最後の時間には、眼球を回転させてコンピュータを指揮し「タイプ」し、世界と「対話」し、毎分1 ~ 2単語しかゆっくり出力できなかった。脳マシンインタフェースの突破がもっと早ければ、失われた「スーパー脳」たちはどれだけの貴重な財産を残すだろうか。

より多くの「もし」は、より遠い「未来」と同じように、予言することは難しい。一二百年前の人々は、できる限りのことを考えていても、「携帯電話は手にあり、何でもある」21世紀初頭のスマートライフや、次の50年は人工知能に支えられ、生命は「自分で設計する」ことで進化することさえ予想できなかった。

粒子の特殊な配列の組み合わせから、物質、エネルギー、情報の再編成、そして知能との融合まで、生命という形態は数百万年の美しい開花を経て、最終的に私たちの祖先の最も不屈な夢を超えるだろう。