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欲駕馭AI,先與AI共生


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為了最小化來自 AI 的生存威脅,馬斯克提出了讓 AI 力量變得“民有、民治、民享”的策略,并創辦腦機互聯公司Neuralink。是先知的指引,還是無知的妄想?


撰文 | 顧凡及(複旦大學生命科學學院退休教授)

2016年7月,太空探索技術公司(SpaceX)以及特斯拉汽車公司(Tesla)的創辦者伊隆·馬斯克(Elon Musk)又創辦了一家新的高科技企業——神經聯結公司(Neuralink),開發可植入的腦機接口,不過這一消息直到2017年3月才為公衆所知。随後兩年中,Neuralink幾乎從公衆的視線中消失,直到2019年中,這家“神秘”的公司才召開了關于腦機接口研究的發布會,并在預印本雜志bioRxiv發表了一篇未經同行評審的論文[1],引起廣泛關注。當時,公司已經募集了約1.58億美元的資金(其中1億美元來自馬斯克本人),并擁有90名包括神經科學家、神經外科醫生、芯片設計師、生物相容性材料學家、腦機接口專家、微制造工程師等各領域專家在内的員工。本文将介紹Neuralink創立的來龍去脈,并談一談筆者的看法。



圖1 伊隆·馬斯克。[2]



創立緣起


馬斯克在企業家中堪稱奇人。他創立的公司都有一個科幻式的、非常宏大的終極目标,力圖解決人類社會延續發展的某個重大問題;同時又有一個可以着手的近期目标,能夠解決眼前問題,進行商業運作,為終極目标做技術上和資金上的準備。例如,SpaceX的長遠目标是實現人類移民火星或其他星球,而近期目标則是開發可回收火箭技術,重複使用火箭,從事航天商業活動。

Neuralink采取的也是這種模式。Neuralink的創立緣于馬斯克對人工智能飛速發展的憂慮。自2014年以來,馬斯克在多種場合反複警告過人工智能的危險性,認為人工智能發展的速度太快,未來可能遠超人類。


2014年8月:“我們對人工智能需要加倍小心。它有可能比核彈更危險。”

兩個月後:“如果要我推測對我們最大的生存威脅是什麼,可能就是人工智能。”

2017年7月:“我一直在敲響警鐘,但在看到機器人上街殺人之前,人們不知道該如何反應,因為這聽起來太缥缈了。”

2018年4月:“[AI是]一個非常重要的主題。它将以我們現在都無法想象的方式影響我們的生活。”

馬斯克還認為,美國政府正在輸掉控制人工智能的戰争。他說:“監管到位的方式是緩慢而線性的,而我們正面臨着指數級的威脅。如果你對指數級威脅隻有一種線性的反應,那麼指數級威脅非常可能赢。這就是問題之所在。”[3]

在馬斯克看來,人因為高智能等才成為星球的主宰。一旦人工智能在這方面超過人類,那麼它們就會像今日我們對待寵物那樣對待我們。但是,要想完全限制人工智能的發展是做不到的,因此他開出的藥方是開發可植入腦的腦機接口,在人工智能全面超越人類之前,讓二者融合為一體。



終極目标


Neuralink的終極目标是打造出 "全腦接口"(whole-brain interface),使腦中幾乎所有的神經元都能夠與外界順暢溝通。這種設備将完全融入腦,以至于在感覺上,全腦接口就是 "身體的一部分" 。這種接口能讓腦無線連接到雲,從而能和計算機、甚至和其他擁有同樣接口的腦連接。這樣,腦和外界之間的信息交流就會變得輕而易舉,感覺就像是在自己頭腦中所進行的思考一樣。


創建全腦接口的目的是使人得以 "與人工智能共生",成為超人。馬斯克認為,到了那個時候,“當人死亡時,他已經有了自己的電腦擴展和在線擴展,就像一個在線幽靈”,“你更多存在于‘雲’裡面,而不是在你的身體裡面”——這也就是一些人所說的數字永生



困難所在


真要對每個腦神經元都建立起“微觀層面的電極-神經元接口”,不僅要考慮到腦中龐大的神經元數量(800億以上),還要考慮當前的技術極限——僅能在腦内安置幾百個電極,每個電極一次最多同時測量大約五百個神經元。這樣算下來,要想同時測量800億個神經元是不可能的。所以,能同時記錄的神經元數(馬斯克稱之為“帶寬”)就成了全腦接口的瓶頸。

Neuralink計劃遇到的第二個困難是如何把電極植入腦内。目前所有無創記錄腦活動的技術,要麼空間分辨率方面很差,遠遠達不到記錄單個神經元活動的層次,要麼時間分辨率極差,不能實時記錄變化迅速的腦活動(圖2)。不用說單神經元記錄,即使是少量神經元記錄,目前的技術都需要帶有創傷性的開顱手術,而這隻有當病人面臨生命危險時才可能接受。但是Neuralink的長遠目标是人機融合,這就要求健康人也接受開顱手術。如此一來,安全問題就成了一大障礙。另外,顱内植入手術價格昂貴,而且隻有技術高超的神經外科專家才能做,故而難于普及。按照馬斯克的設想,這種技術應該和激光矯正近視眼一樣方便才行。



腦活動記錄主要技術的時間分辨率和空間分辨率。丨來源:researchgate.net/figure by Faheem Ershad


即使克服了上述兩大瓶頸,Neuralink也還面臨着其他嚴重阻礙:腦機之間的交流應該是無線的;植入物需要具有良好的生物相容性,不引起排異反應,而且能在腦内環境長期使用;如何在有限的顱内空間安置大量電極;如何實時處理海量數據并由此獲取有用信息。[4]



近期目标


按照馬斯克創辦公司的一貫策略,Neuralink的近期目标定位于開發醫用可植入的腦機接口,既可以在當前取得實際應用,又能為長期目标做技術準備和籌措資金。


這類裝置可以應用在癫痫患者,癫痫發作前給出預警,提醒病人及時服藥。或者幫助四肢癱瘓的病人利用腦信号控制機器手或計算機屏幕光标。Neuralink計劃在2023年左右将這樣的設備推向市場。






馬斯克的時間表

2020年底前:把腦機接口植入人腦,首先用在四肢癱瘓的病人身上。

8-10年内:有可能把腦機接口設備植入正常人腦中,雖然這在 "很大程度上取決于監管部門的批準時間,以及我們的設備在殘疾人身上的工作情況"。

10年内:希望能在健康人之間實現“傳心”(telepathy),即都植有腦機接口的兩個人可以用腦信号直接溝通。

25年内:有望開發出全腦接口,即一個人所有的神經元都将能和人工智能的載體聯結在一起,并把人工智能當做自己腦力活動的擴展。另外,擁有全腦接口的健康人的腦可構成了彼此可以直接交流的巨腦,這樣的巨腦會産生出怎樣的新現象,我們現在還無法想象。






已有成就

馬斯克和Neuralink在2019年8月初發表的論文中,介紹了他們迄今為止所取得的三大主要成就:[1]

01

柔性的多"絲"電極陣列

這種絲非常細而柔軟,寬度大概隻有4-6μm,内含金電極覆以多聚體絕緣層, 每個電極都在絲外伸出一小片以接收信号,這些小片沿絲排列成一串。與目前腦機接口通常所用的電極相比,這種電極非常柔軟,能随腦的微小活動而活動,因此對腦造成的損傷較小。同時,與目前一般所用的多電極陣列中的電極數相比,多"絲"電極陣列的電極數提高了一個數量級,每個陣列的96股絲中多達3072個電極。



(a)



(b)

圖2 電極“絲”。每個絲中包括32根電極。(a)電極絲外觀,電極伸出絲外的小片排成一列,小片中心距離為50 μm。(b)放大後的電極絲。[1]

02

植入電極的手術機器人

電極絲既細又柔軟,而且數量衆多,需要在短時間内準确植入腦内,要靠手工植入顯然是不可能的。馬斯克的團隊開發了一種像是把顯微鏡和縫紉機結合在一起的神經外科手術機器人。該機器人具有自動植入模式,每分鐘最多可以植入6根絲(192個電極)。每股絲都能以微米級的精度單獨植入腦中,并得以避開表面血管,瞄準特定的腦區。


雖然整個植入過程可以自動進行,但外科醫生依然保留了完全的控制權,如果需要,可以在每次植入皮層之前對電極絲的位置進行手動微調。利用該系統,團隊在19次手術中取得了87.1±12.6%(平均值±s.d.)的植入成功率。



圖3 Neuralink開發的手術機器人。[1]



圖4 腦内植入電極絲後的照片。[1]

03

可植入腦機接口的芯片


Neuralink的第三項成就是開發出一種可植入腦機接口的芯片。電極陣列被封裝在一個小型的可植入設備中,其中有一塊低功耗的定制芯片,可對3072個電極上記錄到的信号進行放大和數字化。整個3072個通道封裝後隻占用不到(23×18.5×2)mm3的體積。一根USB-C電纜就能傳送所有通道同時記錄到的數據。



(a)



(b)

圖5 Neuralink可植入腦機接口的芯片。(a)芯片外觀和大小;(b)芯片結構。A.單個神經處理應用專用集成電路(application specific integrated circuit , ASIC),它由以下部分組成:256個獨立可編程放大器、片上模數轉換器(ADC)以及用于串行化數字化輸出的外圍控制電路,能夠處理256個通道的數據。這種特殊封裝的器件包含12個這樣的芯片,總共有3,072個通道。B.在聚對苯二甲酸乙二醇基底上的聚合體電極絲。C. 钛合金外殼(蓋子已拆)。D. 用于供電和數據傳輸的數字USB-C連接器。[1]

馬斯克團隊已把這套系統安裝到大鼠腦中,讀取3072個電極的信息,這比目前在人腦中埋置的腦機接口至少要高出一個數量級。後來他們又将類似系統應用到猴子上,實現了猴腦控制計算機。



圖6 長期植入大鼠體内的腦機接口裝置。[1]



下一個目标

目前已開發成功的原型機傳輸腦信号時,隻能使用安置在動物頭上的USB接口,相當不便。因此,下一步目标就是實現無線傳輸。

Neuralink把拟議中的無線傳感器稱為“N1傳感器”。他們打算植入4個N1傳感器,其中3個在運動區,1個在體感區,這樣不僅能用腦信号控制外設備,而且還能接受感覺反饋,實現腦與外部設備之間的雙向通信。傳感器将與安裝在耳後的外部設備實現無線連接,可通過手機應用程序進行控制。

公司認為這樣能夠較快地幫助人類解決一系列醫療問題,并希望在2020年底之前在5名癱瘓患者身上進行測試,觀察該技術能否幫助患者用大腦移動鼠标光标并打字。新冠疫情當前,公司向美國食品與藥物管理局(FDA, U.S. Food and Drug Administration)申請的許可能否獲批尚不得而知。

目前在安置這套系統時,外科醫生必須在頭骨上鑽洞才能植入線頭,會給病人帶來不适。公司希望将來能使用激光束在頭骨上打出一系列微小的孔洞,并能像目前的激光治療近視手術那樣自動、無痛和便捷。



圖7 拟議中植入人體的無線腦機接口示意圖。[2]



科學界的質疑


盡管Neuralink的已有成就令人印象深刻,但許多科學家對其提出的終極目标深表懷疑。2019年7月,播客《裁決》(Verdict)上發表的一篇文章[5]對馬斯克的宏願提出質疑。文中,人工智能和機器人學名譽教授夏基(Noel Sharkey)認為,馬斯克為了跟上人工智能的步伐而對腦橫加幹涉是可笑的,沒有任何研究或證據能支持馬斯克所謂的“人工智能将崛起并殺死我們”的觀點,AI隻是一種工具,決定如何使用它的是人。

新南威爾士大學人工智能和數據教授托比·沃爾什(Toby Walsh)認為,人類需要與人工智能融合來獲得拯救的觀點值得懷疑,我們無法跟計算機比速度和記憶力,但我們擁有的情商和社交能力、創造力和适應能力,就是人類能夠一直領先于機器的地方。他還表示,馬斯克以不能按時實現承諾而聞名,針對健康人的神經聯結或許要等到幾十年以後。

2020年5月13日,Facebook人工智能部門負責人、卡耐基梅隆大學計算機科學家佩森蒂(Jerome Pesenti)發布推文,批評馬斯克在人工智能方面不知所雲,并認為現在還根本不存在人工通用智能這樣的事物,人工智能的發展離人類的智能還差得很遠。


顯然,對馬斯克人機融合的思想,人們的看法還存在很大的分歧。究竟孰是孰非,還有待檢驗。





筆者點評




就SpaceX和Tesla的情況來看,馬斯克在創辦公司時把近期目标和長遠目标結合起來的做法是有啟發性和有希望的。

在筆者看來,Neuralink的近期目标也有望為殘疾人帶來福音,盡管在時間表上未必能如馬斯克所設想的那樣樂觀。但其遠期目标從原則上和實際可行性上來說都頗成問題,非常可能成為空中樓閣。

SpaceX和Tesla的遠期目标雖然宏大,但基本上是純粹工程技術性的,都有堅實的理論基礎作為後盾。相比之下,Neuralink的遠期目标是“建立全腦接口和腦機融合”——而我們對人腦的認識還非常膚淺,至今都還沒有任何有關腦功能機制的理論框架,可預見的未來也難以發現。因此,Neuralink的遠期目标并非是純粹的工程技術問題,也牽涉到科學問題。而科學上的關鍵問題往往難以完全憑借大量的人力、物力投入就能按計劃實現,有時也要靠機遇和運氣,靠天才的靈光一閃。

Neuralink遠期目标的問題究竟在哪裡?

首先,腦中有860億個神經元,要想同時測量如此巨量神經元的活動,目前看來還沒有實現的可能。

退而求其次,Neuralink 團隊把長遠目标定為同時記錄一百萬個神經元(筆者不知道這個數字是怎麼估計出來的,就其抽樣比例來說,相當于稱如果對8萬個人作調查,就掌握了全世界人的情況,這個預設令人懷疑。)雖然“史蒂文森定律”表明,迄今為止我們能夠同時記錄的神經元數量似乎每過7.4年就會翻一倍。[4]但這是一條經驗定律,是否能永遠靈驗大成問題,即使一直保持這個速度,也要到本世紀末才能達到一百萬的數目,到 2225 年才能記錄大腦中每一個神經元。不過,任何按指數規律增長的過程,到了某個時候必然因其他因素的制約而顯著放緩,甚至變平坦。

此外,由于顱内容積有限,即使是用比電極絲更細的電極,要在顱内植入860億根電極也是不可能的。當然全腦接口的支持者也可以争辯說,将來也可能發展出完全不同的新型電極,例如利用2011年左右發展起來的神經塵(neural dust)技術,神經塵是一種一百微米大小的矽傳感器,可以撒進大腦皮層,利用附近軟腦膜上方一個三毫米大小的設備通過超聲波與神經塵進行溝通。但是神經塵本身已經和大的神經元體積相當,所以要在腦中撒進等量的神經塵依舊不大可能。也有人提出可以采用光遺傳學或者使用碳納米管之類的新方法,但到目前為止都還隻是一些設想。

即使實現了同時記錄所有神經元的電活動,如何處理這樣超海量的數據也是個大問題,并且光記錄神經元的電信号也未必能反映腦的全貌。因為腦本質上是一種電-化學機器,除了電活動之外,像神經遞質、神經調質之類的化學物質在腦活動中也極其重要,而全腦接口完全沒有考慮這些因素。另一個被忽略的因素是,腦中比神經元數更多的神經膠質細胞的作用尚不明确。關于這些問題以及所謂的“心智上傳”和“數字永生”都隻是一種迷思,筆者在和卡爾·施拉根霍夫博士的讨論中對此已有詳細的分析[6],此處不再贅述。

全腦接口的支持者争辯說:“未來總會有一些過去的人難以相信的普适技術出現……人總是低估人類的群體力量。”此話雖有一定道理,但我們不能把可能性絕對化成必然性。盡管人的群體智慧無與倫比,技術的發展也常常出乎一般人的預料,但是這并不等于說無論什麼樣的設想一定都能實現,特别是在有限的時間内實現。

筆者觀察到一個有趣的現象,那就是在關于揭開腦的奧秘方面,神經科學家往往非常謹慎,而技術專家則往往心雄萬夫、氣沖鬥牛。這可能是技術專家對腦不夠了解的緣故,“無知者無畏”。其實,馬斯克本人也說過:“沒有對技術的充分理解,我認為很難做出正确的決策。”[4]他也承認自己是團隊中對神經科學了解最少的人,那麼由他來對整個項目作出決策是否正确呢?

在Neuralink創辦之初,知名科技博客Wait But Why的博主厄本(Tim Urban)受馬斯克的邀請,到該公司做過長時間的訪問,并與其創始團隊的大部分人進行了深入交談。據此經曆,厄本撰寫了一篇長文。[4]

他在博文中說道:“AI 會自行運行,因為與人的對話太慢了。通信的速度越快,你與 AI 的結合度就越高——通信的速度越慢,結合度就越低。我們與 AI 的結合越差——AI 越獨立——它背叛我們的可能性就越高。如果 AI 完全獨立,并且擁有遠遠高于我們的智能,你如何保證它們的最優化功能不會與人類的利益相背?……如果我們實現了與 AI 緊密共生,AI 就不會獨立出來——它會成為你,并且與你大腦皮層的關系會類似于大腦皮層和邊緣系統的關系。”“為了最小化來自 AI 的生存威脅,他(馬斯克)的策略本質上是讓 AI 力量變得‘民有、民治、民享’。”





And since Elon sees AI as the ultimate power, he sees AI development as the ultimate “play it safe” situation. Which is why his strategy for minimizing existential AI risk seems to essentially be that AI power needs to be of the people, by the people, for the people.





以上也許總結了馬斯克創辦Neuralink的核心思想,不過在筆者看來,這些話本身并不成立。首先,人工智能并不是一個主體,它并沒有主觀性或自我觀,既沒有意識,更沒有意志。而這些到目前為止,這些特質都還隻是腦所獨有。然而,腦為什麼會具有這些特質,科學家現在還毫無所知,更談不上讓人造物具備這些特質。所以在可預見的未來,人工智能隻能是一種工具,其為善或為惡都隻取決于使用它的人。筆者同意一些人工智能專家的觀點,根本不應該發展有自我意識的人工智能,何況根本還談不上存在發展的可能性。

退一萬步講,即使人工智能有了自我和意志,馬斯克開的藥方也解決不了問題。他一廂情願地認為,隻要人和人工智能融合起來,人工智能再強大也是人的一部分,受到人的控制。實際上,如果兩者聯合,一強一弱,極有可能是強者占主導地位。馬斯克既然擔心人工智能超過人類,那麼兩者融合的結果未必不能是人工智能成為聯合體的靈魂,人則成了傀儡,成了人工智能的工具。其他沒有和人工智能融合的人,則淪為這種聯合體的奴隸或寵物,這種命運與成為人的奴隸并沒有多大區别。至于馬斯克說到,隻要讓所有人都和人工智能融合就可以就可以避免這種危險,也純粹是癡人說夢。同一時間實現所有人的人工智能融合是不可能的。考慮到一開始時植入全腦接口必定價格昂貴,必定是少數像馬斯克這樣的富人才能負擔,這樣催生出的優勢集團将有能力統治芸芸衆生,這種前景和馬斯克所恐懼的人工智能專制同樣可怕。

筆者認為,在可預見的将來并不存在馬斯克所描述的危險,他開的藥方對一般人也不解決任何問題。至于在這個問題上,馬斯克究竟是拯救人類的先知,還是又一個危言聳聽的煉金術士,請讀者自己判斷吧!

參考文獻

[1] Elon Musk & Neuralink (2019) An integrated brain-machine interface platform with thousands of channels. bioRxiv 2019年8月2日

doi: doi.org/10.1101/703801

[2] Matthew Griffin (2019) Elon Musk unveils Neuralink’s brain implants that will help humans merge with AI. Fanatical Futurist(25/07/2019)

fanaticalfuturist.com/2

[3] Jonathan Chadwick (2020) The terrifying Neuralink machine that Elon Musk will use to turn humans into cyborgs by putting a chip in their BRAIN gets an awesome upgrade, the tech billionaire claims. Daily Mail 07/02/2020

dailymail.co.uk/science

[4] Tim Urban (2017) Neuralink and the Brain’s Magical Future. Wait But Why 2017年4月20日

waitbutwhy.com/2017/04/

(本文有中譯文發表在公衆号《神經現實》的2017-06-02号上)

[5] Robert Scamme(2019)Neuralink: Do we really need to merge our brains with AI? Verdict 19/07/19

verdict.co.uk/neuralink


[6] 顧凡及、卡爾·施拉根霍夫著,顧凡及譯(2019)腦與人工智能:一位德國工程師與一位中國科學家之間的對話。上海教育出版社。

這一書系包括下列三本書:

(1) 顧凡及,施拉根霍夫(Karl Schlagenhauf)著,顧凡及譯 (2019)《腦研究的新大陸:一位德國工程師和一位中國科學家之間的對話》,上海教育出版社

(2) 顧凡及,施拉根霍夫(Karl Schlagenhauf)著,顧凡及譯 (2019)《意識之謎與心智上傳的迷思:一位德國工程師和一位中國科學家之間的對話》,上海教育出版社。

(3) 顧凡及,施拉根霍夫(Karl Schlagenhauf)著,顧凡及譯 (2019)《人工智能的第三個春天:一位德國工程師和一位中國科學家之間的對話》,上海教育出版社。




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