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[AI书房] 第6章 动物实验:猪和猴子证明的可能性
读脑者:Neuralink与人类最后的革命
第6章 动物实验:猪和猴子证明的可能性
金京镇
一、格特鲁德(Gertrude)项目:猪脑信号的实时可视化
2020年8月28日,周五下午,旧金山弗里蒙特的Neuralink总部出现了一幅不寻常的景象。舞台后方摆放着一个铺满干草的小围栏。比预定时间晚到的埃隆·马斯克望向观众开口说话时,人们并没有期待看到什么新款电动车或火箭。那天的主角是三头猪。
幕布拉开,一只粉红皮肤的动物正哼哼着翻找干草堆。每当这头名叫格特鲁德(Gertrude)的猪把鼻子埋进干草,扬声器里就传出一种奇异的声响。「滴-滴-滴-嗒,哔哩哩。」听起来像不规则的爵士乐,又像老式调制解调器试图拨号时的杂音。马斯克解释了那声音的真面目:「各位听到的,是格特鲁德大脑中的神经元正在实时放电的声音。」
两个月前,格特鲁德的颅骨里已经植入了一枚硬币大小的芯片。这枚装置连接在负责鼻部感觉的皮层区域,每当猪嗅闻或触碰什么东西,产生的神经信号就被捕获并以无线方式传输出来。屏幕上蓝色的波形如同起舞般跳动着,鼻子每动一下,尖峰信号就猛然跃起。那些肉眼看不见的大脑电信号的低语,被转化成了耳朵可以听见的物理信号。
但这次演示的真正意义并不在于读取脑电波本身。关键在于对比。
马斯克依次介绍了三头猪。第一头猪乔伊斯(Joyce)没有接受过植入手术,保持着自然状态。第二头猪多萝西(Dorothy)曾经植入过芯片,后来又被取出。多萝西的存在传递了一个明确的信息:如果植入了Neuralink之后改变主意,或者想要升级,随时可以取出,取出后大脑功能不会受到影响。这证明了可逆性(Reversibility)。最后登场的格特鲁德,正带着植入脑中的芯片生活。从外表上看,既没有疤痕,也没有任何异常行为。
为什么偏偏选猪?在神经科学研究中,灵长类动物确实是与人类最相似的模型。但猪的颅骨在厚度和强度上与人类相近,适合用来测试手术机器人的钻孔及植入体的内部
构造。猪鼻部对应的感觉皮层极其发达。猪用鼻子探索世界时产生的海量神经信息,是检验脑机接口性能的理想数据。
研究团队还演示了一套算法:分析格特鲁德在跑步机上行走时产生的脑信号,预测腿部关节的位置。屏幕上出现了两条线,灰色线追踪的是猪腿的实际运动数据,蓝色线则是仅凭脑信号预测的数值。两条线几乎完全重合。这从数学层面证明了一种可能性:通过解码大脑运动皮层的信号,可以让脊髓损伤患者瘫痪的双腿重新动起来。
马斯克把这个装置称为「颅骨里的Fitbit」(Fitbit in your skull)。听起来像营销术语,但格特鲁德所展示的,恰恰是这个比喻可以成为现实的可能性。她照常吃饭、睡觉、跟同伴厮混,过着平淡无奇的日子,同时24小时不间断地以无线方式传输自己的脑数据。回想过去的脑实验,动物被关在实验室的隔离环境中,头上插着粗大的导线。相比之下,这是一次根本性的转变。
斯坦福大学神经科学家谢尔盖·斯塔维斯基(Sergey Stavisky)看了这场发布后评价说,Neuralink从2019年的初期演示发展到2020年的完全植入系统,是「令人印象深刻的实质性进展」。多伦多大学神经科学研究员格雷姆·莫法特(Graeme Moffat)则表示,在芯片尺寸、便携性和无线功能方面,这是「相较于现有科技的一次跨越式飞跃」。当然,这场发布是一次演示而非科学论文,样本量、追踪周期、副作用定义等临床级别的严谨性仍是另一回事。
但格特鲁德演示所制造的效果是明确的:脑机接口不再只停留在非侵入式脑电波头戴设备的范畴,它毫不掩饰地揭示了一条通往侵入式设备也能实用化的路径。对公众来说,这场演示同时植入了两种情感。一种是敬畏:连生命体最隐秘的领域,大脑,也可以被数据化。另一种是凉意:我的思维和感觉,也可以像那样被转换成电子声响。
格特鲁德并不知道自己正承载着人类的未来。她只是为了找到好吃的干草,哼哼唧唧地拱来拱去。可从那哼哼声中迸发的电子音,却是一声信号弹,宣告神经工程已经走出象牙塔,进入了商业化和实用化的现实领域。从猪脑中传出的那个声响,是人类大脑即将与机器直接对话的未来预告片。
二、佩杰(Pager)的乒乓游戏:仅凭意念玩电子游戏
2021年4月8日,YouTube上出现了一段3分27秒的视频。画面中,一只9岁的猕猴坐在显示器前。它的名字叫佩杰(Pager)。手里握着操纵杆,正在玩电子游戏。金属吸管里流出香蕉奶昔,佩杰一边吸着奶昔一边专心致志地投入游戏。到这一步为止,看起来和常见的动物认知实验没什么区别。
但过了一会儿,旁白说道:「现在我们已经断开了操纵杆的连接。」
画面中操纵杆的线缆已经拔掉。然而显示器里的乒乓球依然按照佩杰的意图移动着。佩杰的手还在做着推动操纵杆的动作,但实际控制游戏的不是他的手,而是他的大脑。在视频的高潮部分,研究人员索性把操纵杆整个撤走了。佩杰凝视着空荡荡的前方,嘴里吸着奶昔,双手安静地放在膝盖上。可屏幕里的球拍正以凌厉的速度精准地接住飞来的球。这就是MindPong(意念乒乓)。
埃隆·马斯克在推特上分享了这段视频,写道:「一只猴子正在用脑芯片以心灵感应的方式玩电子游戏。」心灵感应这个词不是科学术语,但它是描述这一现象最贴切的文学表达。思维的传递。跳过肉体这个媒介的意志传输。
这魔术般的画面背后,藏着缜密的工程设计。演示前6周,佩杰大脑两侧的运动皮层各植入了一枚Neuralink N1芯片,共计两枚。总共2,048个电极记录着佩杰试图移动手和手臂时神经细胞的放电模式。
第一步是校准(Calibration)。佩杰用手实际操作操纵杆玩游戏时,计算机将操纵杆的运动与佩杰的脑信号配对学习。「出现这个模式的电信号,说明操纵杆被推上去了」「出现那个模式,说明被拉下来了」,人工智能就这样把握住了其中的对应关系。
学习完成后,物理输入设备就不再需要了。Neuralink的解码器(Decoder)实时截获佩杰大脑发出的信号,将其转换为光标的移动。视频下方可视化呈现了佩杰的脑活动。每当红色尖峰剧烈跳动,游戏中的球拍就即刻做出反应。延迟几乎感觉不到。
对佩杰来说,这个过程并不需要什么特别的努力。他只是怀着想继续喝香蕉奶昔的欲望,抱着要接住球的意图罢了。而这个意图没有经过电线,没有经过肌肉,直接变成了数字世界中的行动。
纽卡斯尔大学神经接口教授安德鲁·杰克逊(Andrew Jackson)就这次演示指出,用猴子的大脑控制电脑光标本身并不是新概念。2002年就发表过类似的演示,这个想法甚至可以追溯到1960年代埃伯哈德·费茨(Eberhard Fetz)的研究。但Neuralink带来冲击的点在别处:完全无线、小型化植入体、高通道数前提下的实时解码,浓缩在一段视频里呈现出来。
过去的非侵入式脑电波(EEG)设备只能发出「向左或向右」之类的简单指令,反应速度也慢。而佩杰通过神经元级别的高分辨率信号,展现出如同握着鼠标一般流畅而精细的模拟控制。
这个实验同时验证了神经可塑性(Neuroplasticity)的威力。佩杰理解了游戏规则,学会了自己的脑活动能带来游戏结果(奶昔奖励)。正如赫布定律(Hebbian theory)所说的「一起放电的神经元会连接在一起」,佩杰的大脑通过与机器的互动自行重新布线,创建出了最优的控制通路。
马斯克在分享这段视频时放出豪言:「将来,瘫痪患者操作智能手机的速度会超过用拇指打字的普通人。」佩杰的乒乓游戏不是一场娱乐表演。它是向四肢瘫痪患者发出的希望信号。因为它证明了:即使脊髓受损、一根手指都动不了的人,只要大脑的运动皮层还活着,就能像佩杰一样操控电脑。
但这段视频留下的不只是技术成就,还有哲学问题。佩杰是在玩游戏,还是已经成了游戏的一部分?他的意识与计算机算法之间的边界在哪里?看着一只猴子为了奶昔这个奖赏而使用大脑的画面,我们是不是在提前目睹未来人类为了多巴胺这个奖赏而把大脑接入机器的场景?佩杰瞳孔中映射出的显示器光芒,是人类与机器融合的后人类时代开幕的一个强烈隐喻。
三、动物实验的技术成果与安全性数据
猪格特鲁德和猴子佩杰那些耀眼的演示背后,是Neuralink工程师们花费数年积累起来的庞大数据山。动物实验的真正目的不是作秀。它要证明的是:这项技术植入人脑之后,受试者不会死亡,能够长期使用,而且运行正常。这是一场半导体设备必须在生物环境这个严酷战场上存活下来的生存之战。
Neuralink强力推进的工程成果可以归纳为四个方面。
一是基于电极丝线(thread)的高密度通道设计。传统的硬质犹他阵列(Utah Array)会对脑组织造成微小损伤并引发免疫反应,随着时间推移,信号质量不断下降。Neuralink采用聚酰亚胺材质的纤细丝状电极,能够随大脑的微小运动灵活摆动,同时不被脑脊液或血液腐蚀,可以持续工作数年以上。这一点需要通过动物实验来验证。
二是为了快速且精准地插入这些电极而开发的手术机器人R1。脑表面分布着大量微血管。插入电极时一旦刺破血管就会引发脑出血,进而导致脑细胞死亡。Neuralink公开的数据显示,R1机器人扫描猪和猴子的脑表面后,自动计算出避开血管的路径。它以每分钟192根电极的速度插入,同时确保了微米级的精度。这比人类外科医生在显微镜下手动插入的并发症率要低得多。
三是在植入体内部完成超低功耗信号放大、数字化和无线传输的集成技术。体内,尤其是脑内,对电子器件来说犹如地狱。36.5摄氏度的温度、极高的湿度,以及会引发腐蚀的体液充斥其中。早期许多脑机接口设备用不了几个月就因腐蚀或绝缘破坏而故障。Neuralink通过加速老化测试和实际动物植入验证了芯片的密封技术。像佩杰这样的猴子在芯片植入状态下生活了一年以上,期间未报告因感染或设备腐蚀导致的毒性反应。
四是实时解码管线。格特鲁德的腿部关节预测和佩杰的乒乓游戏控制,都是展示脑信号解码算法精度的指标。团队成功地从1,024个通道涌入的信号中实时分析并提取出了意图(Intention)。在数百到数千个通道的放电数据中完成噪声去除、非线性模式识别、时间延迟最小化等高难度信号处理问题,而且是在实时时间窗口内。
但安全性数据光靠演示视频是说不清楚的。安全性涵盖手术中并发症、植入后生物反应、长期耐久性、动物福利层面的疼痛与应激管理,以及研究治理等多个维度。在已公开的学术和官方文件中,Neuralink提供了部分数据和系统概述,但外部研究者多次表示,足够长期且大规模、可供复现的数据尚未充分积累和公开。
2022年初,FDA驳回了Neuralink的临床试验申请。主要顾虑包括锂电池的安全性、电极丝线在脑内迁移到意外位置的可能性,以及取出芯片时对脑组织造成损伤的风险。脑组织仅升温1到2摄氏度就可能遭受永久性损伤。必须证明芯片在最大负载运行时或充电时产生的热量在安全标准以内。
Neuralink为此补充了更多动物实验数据。他们验证了电池过热防护系统,并通过猪模型(多萝西案例)展示了电极不会与脑组织粘连、可以安全取出。2022年的猪实验中,部分动物的脑内被观察到形成了肉芽肿(granulomas)这种炎症组织。Neuralink未能确定具体原因,但声称植入体和丝线并非成因。
2023年5月,FDA基于这些补充数据批准了人体临床试验。动物实验超越了功能演示的范畴,它是满足监管机构所要求的严格安全标准的必经关卡。
然而2024年第一位人类患者诺兰德·阿尔博(Noland Arbaugh)术后,部分电极丝线出现了从脑组织回缩(retraction)的现象。据路透社报道,Neuralink和FDA此前就从动物实验中了解到,比头发还细的丝线有可能发生回缩。但Neuralink判断这一风险尚不足以要求重新设计。从第二位患者起,他们采取了将丝线深入运动皮层多插入8毫米的方式来应对这个问题。
猪和猴子留下的数据终究不只是数字。它们是一块科学基石,把「在脑袋上钻个洞、植入芯片」这个乍看野蛮而危险的想法,提升为「医学上可控且可预测的手术」。在它们的牺牲与贡献之上,Neuralink才得以从实验室里的怪异项目进化为下一代医疗器械。
四、动物福利争议与伦理批评的回应
创新的光越强,阴影就越浓。Neuralink展示的那些耀眼技术成就的背面,是在实验室里结束生命的动物们的痛苦与死亡,这一沉重的伦理议题始终存在。从2022年开始,动物权益组织的举报和内部员工的爆料,抛出了一个根本性的问题:为了技术进步,我们能容忍到什么程度?
争议的核心是「负责任医学医师委员会」(PCRM)的举报。他们通过公共记录诉讼获取了Neuralink与加州大学戴维斯分校(UC Davis)合作开展的早期实验(2017至2020年)记录。报告内容令人震惊:脑手术后在剧烈痛苦中被安乐死的猴子;因感染导致皮肤溃烂的案例;以及医用胶「BioGlue」渗入脑表面、破坏脑细胞,致使动物癫痫发作后死亡的案例,均有详细记录。
路透社援引内部员工的证词报道称,由于埃隆·马斯克「加快速度」的施压,实验在准备不足的状态下被强行推进,2018年以来约有1,500只以上的动物死亡。部分猴子被发现手指和脚趾遭到截断。PCRM主张这是动物在承受极端压力后自残的证据。
2023年9月,『连线』(Wired)杂志发表了一篇基于兽医记录的调查报道。记录显示,一只猴子正在遭受「严重的神经系统缺陷」的折磨,但在Neuralink科学家的要求下,安乐死被推迟了。尸检结果表明,实验「使她的大脑变形并破裂」,大脑「从颅骨底部突了出来」。监管机构认定这构成了对『动物福利法』(Animal Welfare Act)的违反。
2018年12月,一只猴子的头骨上钻了两个孔,植入了电极。金属板用骨螺钉固定在头部,植入物周围的皮肤被缝合。手术部位迅速感染,「皮肤出现侵蚀」。三个月后,感染持续不退,他们将她处死。尸检显示,她的大脑曾发生「急性」出血,大脑皮层被Neuralink的设备「撕裂得破碎不堪」。
对此,埃隆·马斯克和Neuralink积极做出了解释。马斯克在社交媒体平台X上声称:「没有任何猴子因Neuralink植入物而死亡。」他反驳说,早期植入实验并未使用健康猴子,而是以已处于终末期(terminal)状态的猴子为对象进行实验。
然而,PCRM通过诉讼获得的公开记录讲述了另一个故事。只有三只猴子被用于术后无法恢复的终末期实验,而12只此前健康的动物则因该公司植入物出现的问题而被直接安乐死。2023年9月,PCRM向SEC(证
券交易委员会)提请对马斯克和Neuralink进行证券欺诈调查。2024年12月,有报道称SEC重新启动了对Neuralink的调查。
Neuralink方面称,其动物饲养设施已获得国际实验动物管理评估认证协会(AAALAC)的认证,设施的设计与其说是实验室,不如说更接近「动物游乐场」。他们强调,动物并非被关在笼中,而是在宽敞的活动空间里生活,参与实验也是自愿的。
然而根据PCRM的分析,实验方案规定猴子每天最多被强制固定在椅子上长达5小时。如果动物无法「适应」约束,方案要求在头骨上安装钢制「头柱植入物」以强制固定动物的头部。Neuralink声称猴子们乐于参与实验,但没有任何动物会自愿让实验者在自己的头骨上钻孔并植入设备。
2022年12月,美国农业部(USDA)监察长办公室对Neuralink启动了调查。2023年7月,USDA调查结果显示,除2019年一起自行报告的事件外,未发现违反《动物福利法》的证据。PCRM对这一调查结论提出了异议。但2024年11月,有报道称FDA在Neuralink位于加利福尼亚的动物研究设施中发现了多项质量管理问题,,pH计、生命体征监测仪及其他设备的校准记录均无法找到。
2025年1月,特朗普总统第二任期首周,包括负责农业部调查的监察长菲利斯·方(Phyllis Fong)在内的17名监察长被解职。PCRM提起的两项调查均陷入了不确定状态。
技术的历史从来都写在伦理困境之上。巴斯德的疫苗实验如此,早期太空开发中的莱卡(Laika)亦然。Neuralink方面的立场是「没有动物实验就不可能开发医疗器械」这一现实主义论点。要获得FDA批准并应用于人体,必须有活体动物数据;以现有技术水平,仅靠模拟无法替代大脑的复杂性。
但「打开健康动物的大脑这一行为是否正当?」这个根本性的伦理追问从未消失。为了减轻人类的痛苦,我们可以允许其他生命承受多大程度的痛苦?当创新的速度超过生命伦理的速度时,谁来踩那个刹车,又该如何踩?
插在动物大脑中的电极传输的不只是信号。它持续不断地发出一个追问:人类这个物种的道德坐标究竟在哪里。猪和猴子的牺牲,被视为迈向人体临床试验这一下一阶段的悲剧性却不可避免的通行费。但那张通行费收据上写着的金额是否合理,我们必须持续追问下去。
