埃里克·卢特哈特（Eric Lutehardt）认为，在不久的将来，我们将允许医生将电极插入大脑中，以便我们可以直接与计算机以及彼此通信
周一早上，在《银翼杀手2049》的首映周末之后，埃里克·洛伊特哈特（Eric Leuthardt）站在一间光线昏暗的手术室中央，穿着手术服和口罩，弯腰着昏迷的病人。
卢特哈特（Lutehardt）对站在他旁边的驻场外科医生说，“我以为他是个男人，但我不确定，”他在病人头上剃过的皮肤上划了一条线，他将在那做第一道切口，作为神经外科手术的一部分。 “你认为他是复制品吗？”
实习生说：“我绝对认为他是复制品。”这名实习生指的是电影中的术语，意思是现实的机器人。
卢特哈特说：“未来，不断出现的飞行汽车对我来说似乎很有趣，”他将标记传递给居民并拿起手术刀。 “他们表现出反乌托邦：他们一直在谈论生物学，复制品。 但是，未来的大片遗失了。 例如，神经假体在哪里？”
现年44岁的科学家，神经外科医生Lutehardt对这个问题进行了很多思考。 除了在圣路易斯华盛顿大学做神经外科医师外，他还出版了两本小说并撰写了获奖作品，旨在“为即将发生的变化做好准备”。 在第一部技术惊悚小说《红魔4》（Red Devil 4）中，90％的人口选择将计算机设备直接植入大脑。 这使得在人与计算机之间建立联系成为可能，并且在不离开家的情况下提供了大量的感觉。 卢特哈特（Lutehardt）相信，在接下来的几十年中，此类植入物将变得像整形外科手术或纹身一样，并且会毫不犹豫地安装它们。
埃里克·鲁特哈特（Eric Lutehardt）他说：“我的工作是向人们开放。” “所以很容易想象。”
但是，卢特哈特所做的不只是想象未来。 他专门从事难治性癫痫患者的手术，他们都需要在主手术前花费几天的时间，将电极植入皮层，同时计算机会收集有关癫痫发作前被激活的神经元序列的信息。 这时，它们被绑在医院的病床上，常常感到无聊。 大约15年前，卢特哈特（Lutehardt）有一个顿悟：为什么不诱使他们成为实验对象？ 这将消除他们的无聊，并使他的梦想更接近现实。
卢哈特开始为他们制定任务。 然后，他分析了他们的大脑信号，以了解他从脑中对思想和意图进行解码所能学到的知识，以及如何将这些信号用于控制外部设备。 他是否有足够的数据来描述计划的动作？ 是否有可能听到人的内心独白？ 有可能破译思想吗？
尽管对其中一些问题的答案并非是明确的，但却令人鼓舞。 有足够的启发性使卢特哈特成为真正的信徒-如果他不是在手术室的生与死环境中工作的神经外科医师，那么当他没有幻想或傲慢的余地时，那些人的想法听起来会很疯狂。 Lutehardt比其他人更清楚神经外科手术对于患者是一项危险，可怕且困难的事情。 但是他对大脑的理解使他对自己的固有局限性有了清晰的认识-以及克服这些局限性的技术潜力。 他坚持认为，当世界其他地方了解所有可能性并且技术取得了必要的进步时，人类将做其一如既往的事情。 不断发展。 这次-在芯片植入头部的帮助下。
该患者准备进行微创激光手术治疗脑肿瘤。 类似的精密操作使电极植入更安全，更省心。“真正的神经整合必将发生，” Luthardt说。 这是时间问题。 这将需要10或100年，从长远来看，这将是人类的重大发展。”
Lutehardt并不是唯一对创建脑机接口具有异国情调的人。 去年三月，特斯拉和SpaceX的创始人埃隆·马斯克（Elon Musk）发起了Neuralink项目，该项目旨在创造可促进大脑与机器集成的设备。 Facebook的马克·扎克伯格（Mark Zuckerberg）表达了同样的梦想，今年春天，他的公司揭露了这样一个事实，即60名工程师正在致力于创建界面，让您以思考的力量进行打字。 Braintree支付系统的创始人布莱恩·约翰逊（Brian Johnson）用他的资金来支持Kernel，这是一家开发神经假体的公司，他认为这有一天会改善智力，记忆力等等。
但是所有这些计划都处于早期阶段，尚未得到广泛传播，因此很难确定已经取得了什么进展或确定的目标有多现实。 脑机旅行车接口出现问题。 马斯克（Musk）和扎克伯格（Zuckerberg）谈论的设备不仅需要质量更高的设备，还需要支持硅计算机与人脑杂乱的灰质之间的连续机械连接和数据传输。 它们将必须具有足够的计算能力，以解析由数千亿个大脑神经元随时产生的数据阵列。 此外，我们仍然不知道大脑使用的代码。 换句话说，我们将必须学习阅读人们的思想。
但是卢特哈特（Lutehardt）相信他一生都会看到这种情况。 他说：“知道技术的变化速度，完全可以想象的是，现代手机中包含的所有东西都将在20年内适应一米饭。” “而且它已经可以以微创的方式放在您的脑海中，并且可以进行必要的计算以成为真正有效的脑机接口。”
解密大脑
科学家早就知道，神经元的激活可以使我们运动，感受和思考。 但是，要破解神经元彼此之间以及与身体其他部分进行交流的代码（听这种交流，了解脑细胞如何使我们正常运作），一直是神经生物学最困难的任务之一。
在1980年代初期，研究所的工程师Apostolos Georgopoulos [Apostolos Georgopoulos]。 霍普金斯大学为当今脑机接口的革命铺平了道路。 Georgopoulos在运动皮层的高级处理区域中识别出了神经元，这些神经元在每次运动之前都会被激活-无论是向右挥动的刷子，还是从上到下的压力。 这一发现变得很重要，因为可以记录这些信号并将其用于预测运动的方向和强度。 这些神经元激活电路中的一些控制着许多低级神经元的行为，这些神经元协同工作以移动单个肌肉，最终移动四肢。
Georgopoulos使用数十个跟踪高电平信号的电极阵列，表明他不仅可以预测猴子将在三维空间中移动操纵杆的方向，还可以预测移动速度及其时间变化。
正是这些数据似乎使瘫痪的病人有能力用思想的力量控制假体。 1990年代，Georgopoulos的专职人员之一Andrew Schwartz就是这个任务。 到了1990年代后期，现为匹兹堡大学的神经科学家Schwartz将电极植入猴子的大脑中，并开始证明它们确实可以通过思维的力量训练来控制机器人肢体。
莱特哈特（Lewthardt）于1999年准备去华盛顿大学工作，他受到了这项工作的启发：当他需要决定如何度过每年的休假时间进行研究时，他理解了自己想做什么。 Schwartz的早期成功使Lewthardt确信科幻小说即将成为现实。 科学家终于采取了诱人的第一步，将人与机器结合在一起。 Lutehardt希望成为即将到来的革命的一部分。
他想把一年的时间用于研究老鼠的疤痕问题：随着时间的流逝，施瓦茨和其他人植入的电极引起炎症反应或被脑细胞覆盖而停止工作。 但是当Lutehardt和他的策展人着手制定计划时，他们有了一个更好的主意。 为什么不探索使用其他一些技术来记录大脑活动呢？
“突然忽然降临在我们身上：“嘿，我们总是有电极的人！” Luthardt说。 “为什么我们不尝试他们呢？”
外科医生准备在患者的头骨上钻一个洞以放置激光探针
安装在头骨上的立体定位框架引导激光探针，该探针指向大脑中所需的点。Georgopoulos和Schwartz基于使用位于单个神经元膜旁并跟踪电压变化的微电极的技术收集数据。 Lutehardt使用的电极在手术前被植入癫痫患者体内，该电极更大，位于皮层表面，头皮下方，塑料片上，同时记录了成千上万个神经元发出的信号。 要安装它们，Lutehardt进行了一次主要手术，其中去除了颅骨的上部，在
硬脑膜 （大脑最外层的膜）上切开了一个切口，电极直接位于大脑的顶部。 然后，他用一束从患者头部出来的电线将它们连接起来，然后将这些电线连接到分析大脑信号的设备上。
这种电极已经成功使用了数十年，以确定患者大脑中癫痫发作的确切来源。 第一次手术后，患者停止服用药物治疗癫痫病，最终导致发作-物理来源的数据可帮助医生Lutehardt和其他人决定必须切除大脑的哪一部分，以防止将来发作。
但是许多人对电极能否提供足够的信息来控制假体表示怀疑。 为了找到答案，Lewhardt引入了位于纽约卫生署卫生实验室Wadsworth Center的计算机科学家Gerwin Schalk。 进展很快。 经过数年的测试，Lutehardt的患者通过用思想的力量左右移动虚拟飞船，展示了他们扮演太空侵略者的能力。 然后他们学会了在屏幕上的三维空间中移动光标。
2006年，在会议上报告了他的工作后，美国陆军研究部经理Elmar Schmeisser联系了Schalk。 Schmeiser想到了一些更复杂的东西。 他想知道是否有可能解码“精神言语”，即一个人不说话但在脑海里说话的词。 施迈瑟（Schmeiser）热爱科幻小说，并且长期以来梦想着制造出一种“心理头盔”，该头盔能够识别士兵的心理言语并将其广播到朋友的听筒中。
激光探针Lutehardt安排了12名卧床不起的癫痫患者，他们躺在房间里无聊，等待癫痫发作，并给他们每个人36个单词，每个单词都有简单的辅音，元音和辅音结构，例如“ bet”，“ bat” ，“ Beat”和“ boot”。他要求患者首先大声说出这些词，然后按照计算机屏幕上没有音频的视觉指示，想象他们会怎么说，然后再大声说出这个词，已经没有视频提示，这样他可以检测到传入的感觉信号。 他派沙尔克进行分析。
Shalk程序可与序列识别算法配合使用-可训练其系统以识别与特定任务或思想相关的中子群的激活方案。 如果有50-200个电极，每个电极每秒产生1000个值，则程序必须研磨大量变量。 电极越多，每个电极的神经元越少，则对有意义的序列进行解码的机会就越大-如果您使用足够大的计算能力来应对不必要的噪声，则可以。
Schalk说：“分辨率越高越好，但每秒至少应有50,000个数字。” -您需要从他们那里提取您感兴趣的一件事。 这是一项艰巨的任务。”
Schalk的结果令人惊讶地可靠。 如您所料，当患者说出单词时，数据说明运动皮层区域中与再现语音的肌肉相关的活动。 长期以来一直被怀疑与语音处理有关的声音皮层及其周围区域在那时也很活跃。 有趣的是，当受试者在不给语音发声的情况下呈现单词时，尽管它们略有不同，但神经元激活模式却非常相似。
Schalk，Lutehardt和其他参与该项目的人们认为，他们发现了想象语音时在脑海中听到的这种安静的声音。 该系统从来都不是完美的：经过数年的工作和算法的改进，Shalk程序能够在45％的情况下正确猜出单词。 但是，Schalk和Lutehardt并没有试图改善这种结果（通过改进传感器可以提高质量），而是着力于对日益复杂的语音成分进行解密。
近年来，沙尔克（Schalk）不断改善对真实和心理言语的处理（他可以区分主体在心理上所说的话-马丁·路德·金（Martin Luther King）的演讲“
我有一个梦想 ”，还是亚伯拉罕·林肯（Abraham Lincoln）的
葛底斯堡演讲 。大脑如何通过各个部分编码智能概念。
这些研究的数据尚未公布，但“说实话，我们仍在设法弄清楚它们，” Lutehardt说。 他承认，他的实验室可能已经达到了当前技术发展水平下的极限。
植入未来
卢萨德说：“一旦我们有证据表明我们可以破译意图，我就知道事情将会发生。”
收到结果后不久，Lutehardt休了几天假，写了文章，展望了未来，并考虑了短期和长期目标。 在待办事项清单的第一行，他决定为即将到来的未来做好人文准备-这项工作还远远没有完成。
Lutehardt在头骨上钻了一个洞
在此屏幕上，可以实时跟踪激光运动。手术后，Lutehardt靠在办公室的椅子上，声称只要有足够的资金，他就可以制造出免费出售的植入物假体，从而使人们可以使用计算机并在三维空间内控制光标。 用户还可以做一些事情，例如打开和关闭电灯，或者根据自己的想法调整温度。 他们甚至可能能够体验到人工感应的触感，并获得将精神言语转换为声音的原始方法。 “使用当前的技术，我可以制造植入物-但是有多少人需要它？” 他说。 “我认为采取切实可行的小步骤非常重要，这样人们才能朝着长远目标迈进。”
为此，卢特哈特（Lutehardt）创立了NeuroLutions，该公司应证明当今存在将大脑与机器连接起来的基本设备市场，并且该设备正处于帮助人们的技术发展之初。 NeuroLutions已经获得了数百万美元的投资，并且已经经历了中风受害者，他们失去了对身体一侧（非侵入性脑机接口）的控制。
该设备由监视大脑功能的电极组成，该电极位于头皮上并连接到整形外科设备。 在信号到达大脑的运动区域之前，它能够确定与运动意图相关的特征性神经活动。 神经信号来自与中风破坏的大脑相反的一侧，因此通常不会受到影响。 通过发现它们，放大它们并使用它们来控制使瘫痪肢体运动的设备，Lutehardt可以帮助患者比市场上现有的方法更快，更有效地重新获得失去控制的肢体。 而且，重要的是，该设备可以在不干扰大脑的情况下使用。
尽管与卢特哈特（Lutehardt）的拿破仑（Napoleonic）未来计划相比，该技术相当温和，但他认为，该地区已经能够改变当今人们的生活。每年，在美国出现700,000名新的中风患者，而手麻痹是最常见的伤害。如果您能找到一种帮助他们恢复身体的方法，并证明这种方法更有效，更快捷，那么这不仅将证明脑机接口的强度，而且还将满足医学界的巨大需求。
Lyuthardt计划的激光探头的轨迹立体定向系统
手术器械Lyuthardta位于头皮上的非侵入性电极的使用不会使患者感到困惑，但会带来严重的局限性。大脑中神经细胞的电信号被头皮淹没，并且在穿过骨骼时也会分散。因此，它们更加难以识别和确定其来源。Lutehardt使用直接位于大脑皮层上的植入电极可以做更多的事情。但是，通过非常痛苦的经历，他了解到为手术辩护的难度更大-不仅对患者，而且对投资者而言。当他们在2008年与Schalk共同创立NeuroLutions时，他们希望为瘫痪的人们带来搬迁的机会，从而将接口引入市场。但这对投资者来说并不有趣。由神经科学家创立的初创公司已经尝试了十年来创建脑机接口，但是在将技术变成帮助瘫痪患者的可行选择方面，他们所取得的成就很小。与医疗初创公司开发各种设备并竞争投资所试图解决的其他问题相比，潜在患者的数量是有限的。 （在美国，有40,000人患有四肢瘫痪）。并且使用非侵入式设备已经可以解决由该界面执行的大多数任务。即使是最严重的患者，也可以眨眼或拉动手指。基于这些残余运动的方法可用于输入数据或移动轮椅，而无需额外的风险，恢复时间或将电极直接植入大脑皮层所需的资金。因此，当他们无法获得第一个项目的投资后，Lutehardt和Schalk便将注意力转移到了一个较为温和的目标上。他们发现，即使移除了骨科器械，许多患者仍在继续恢复其他功能-例如，这可能是恢复手指的精细运动技能。通常，他们需要非常小的激励。在新的神经传导路径得到加强后，大脑会继续重塑和扩展它们，以便它们将更复杂的运动命令传递到手臂。莱哈特（Lewhardt）期望此类患者获得的第一个成功是激发人们转向更强大的侵入性系统。他说：“几年后，可能会说：“非侵入性版本为您提供了这样的机会，但是现在，由于科学和其他知识的帮助，我们可以为您提供更多的机会。 “我们可以进一步改善您的功能。”莱特哈特（Lewthardt）因此希望全世界分享他对这项技术的潜在变革影响的热情，他试图通过艺术来启发人们。除了撰写小说和戏剧，他还与同事一起在YouTube上播客和视频，他们在其中讨论甜甜圈咖啡的技术和哲学。在卢特哈特（Lutehardt）的第一本书《红魔4》（Red Devil 4）中，一个人物使用“皮质假体”获得了在喜玛拉雅山上行走而仍在沙发上行走的快感。另一名警察侦探则与一位同事心灵感应地讨论了一名谋杀嫌疑人在他旁边时的审问。每个角色都可以即时访问世界图书馆的所有知识-他们可以像人产生自发思想一样迅速地接收信息。没有人被迫一个人呆着，我们的身体不再限制我们。另一方面，每个人的大脑都容易受到计算机病毒的攻击，这些病毒可以使人们变成精神病患者。卢哈特承认，现在我们仍然没有办法记录和刺激尽可能多的神经元来重建这些东西。但他辩称，与硅谷投资者的对话只会加剧他的乐观信念，即我们正处于创新爆炸的边缘。舒克并不那么乐观。他对Facebook，Musk和其他公司为寻找最佳界面类型做出了宝贵贡献表示怀疑。沙尔克说：“他们将不会做任何与科学界本身不同的事情。” “也许其中一些会出现，但并不是说它们有其他人没有的新东西。”沙尔克说，在未来的5-10年中，“大脑-计算机界面”的某些形式将用于中风，脊髓损伤，慢性疼痛和其他疾病的康复，这“非常明显”。但是他将当今的录音技术与1960年代的IBM计算机进行了比较，称它们为“过时的”。他认为，要使这项技术真正发挥长期潜力，就需要一种新型的脑部扫描-这种扫描一次可以读取更多数量的神经元。“实际上，您需要学会听大脑并与他交谈，以使他无法将其与内部沟通区分开，而我们现在不知道该怎么做，” Schalk说。 -目前，我们尚不知道该怎么做。但对我来说，这也很明显。当这种情况发生时，我们的生活将会改变，这是前所未有的。”何时何地实现突破尚不清楚。经过数十年的研究和进步，我们仍然面临着相同的技术挑战。然而，神经生物学以及计算机硬件和程序的进步使结果不可避免。
通过ECG的非侵入性脑机接口使用电极组来帮助中风患者恢复肢体功能。卢特哈特说，至少，硅谷的炒作“引起了极大的兴趣，并促使人们真正考虑到脑机接口，这是一种现实。”他说，那是“我们从未见过的东西”。尽管他承认，如果从头开始大肆宣传，它“可以将这一领域的发展推迟十到二十年”，但没有什么能阻止我们实现最终目标：技术将使我们能够克服认知和身体上的局限性，前几代人被认为是理所当然的。他坚持说：“这将会发生。” “这个想法有可能改变人类进化的方向。”亚当·帕耶（Adam Payor）是有关生物技术的《健美：人体工程学的内幕》的作者。