脑机接口和成熟的基因编辑是否会改变世界?
一、脑机接口（BCI）：连接大脑与世界的桥梁
脑机接口，顾名思义，是一种能够实现大脑与外部设备之间直接通信的系统。它通过读取和解析大脑的神经信号，并将其转化为指令，从而控制外部设备；反之，它也能将外部设备的信息传递给大脑，形成一种双向的互动。
目前和未来的应用场景：
医疗康复领域：
瘫痪患者的福音： 这是BCI最直接、最受期待的应用之一。通过BCI，失去肢体运动能力的患者可以用意念控制机械臂、假肢、轮椅，甚至电脑光标，从而恢复部分生活自理能力和与外界的互动能力。例如，利用BCI控制的机械臂，患者可以抓取物体、写字、吃饭。
沟通辅助： 对于患有闭锁综合征等严重运动障碍的患者，BCI可以帮助他们通过思维直接“说话”或“打字”，从而重新获得与家人和社会的沟通渠道。
神经性疾病治疗： BCI可以用于监测和调节大脑活动，例如在癫痫患者中，当监测到癫痫发作的先兆时，BCI可以触发干预措施来阻止发作。未来，它也可能用于治疗帕金森病、抑郁症、成瘾症等疾病，通过精准的大脑刺激来纠正异常的神经活动。
感觉恢复： 将BCI与人工视觉或听觉设备结合，可以帮助失明或失聪的人恢复部分感知能力。例如，通过BCI将摄像头捕捉的视觉信息转化为大脑可以理解的信号，输入到大脑的视觉皮层，实现“看到”东西。
增强人类能力（增强领域）：
提升认知能力： 未来，BCI可能不仅仅是恢复功能，更可以增强人类的认知能力。例如，通过连接外部的知识库或计算设备，我们可以瞬间获取信息、加速学习过程、提升记忆力。想象一下，能够直接用意念访问互联网，搜索并理解复杂信息。
提升运动和反应能力： 在需要快速反应和精确操作的领域，如体育竞技、军事行动、航空航天等，BCI可以帮助人类更快速、更精确地控制设备，甚至实现人机一体化的操作。例如，飞行员可以通过意念直接控制飞机的某些功能，而无需繁琐的物理操作。
跨感官体验： 未来BCI或许可以实现更丰富、更奇特的感官体验，例如将触觉信号转化为视觉信号，或者体验来自他人（通过BCI共享）的感受。
娱乐与沟通创新：
沉浸式游戏和虚拟现实： BCI可以提供前所未有的沉浸式游戏体验，让玩家直接用意念控制游戏角色，感受游戏中的触觉和情感反馈，模糊虚拟与现实的界限。
意念通信： 在未来，BCI甚至可能实现“意念通信”，直接在人与人之间传输思想和情感，而无需语言。这可能会彻底改变社交互动方式。
对世界的影响：
重新定义“人类”： 当人类可以通过技术手段显著增强自身能力时，我们对“正常”和“健全”的定义可能会被颠覆。这将引发关于人类进化方向、身份认同以及社会公平性的深刻讨论。
医疗模式的变革： 许多目前无法治愈的疾病可能会找到新的治疗方案。医疗康复将更加个性化和精准。
就业结构的调整： 许多重复性、高强度或危险性的工作可能会被BCI驱动的机器人或自动化系统取代，人类将更专注于创造性、策略性和情感性的工作。
社会公平与伦理挑战：
“能力鸿沟”： 如果BCI技术的获取存在经济门槛，那么拥有先进BCI技术的人可能会获得巨大的优势，从而加剧社会不平等，形成新的“能力鸿沟”。
隐私和安全： 大脑数据是极其敏感的个人信息。如何保护大脑数据的隐私，防止被滥用或黑客攻击，是一个巨大的挑战。
自主性和自由意志： 如果大脑活动被外部系统解读和干预，那么个体的自主性和自由意志是否会受到威胁？如何界定人与机器的界限？
增强的界限： 为了什么目的而增强？增强到什么程度？这些问题将引发激烈的伦理辩论。
二、成熟的基因编辑技术：重塑生命蓝图
基因编辑技术，尤其是以CRISPRCas9为代表的新一代基因编辑技术，使得科学家能够精确地修改DNA序列，从而实现对基因的功能进行编辑、删除或插入。当这项技术达到成熟阶段，其影响力将是革命性的。
目前和未来的应用场景：
医疗治疗领域：
基因治疗的普及： 许多由单基因缺陷引起的遗传性疾病，如囊性纤维化、镰状细胞贫血症、亨廷顿舞蹈症等，理论上都可以通过基因编辑技术直接修复致病基因来根治。这比目前的症状治疗更为根本。
癌症治疗的突破： 基因编辑可以用于改造免疫细胞，使其更有效地识别和攻击癌细胞（如CART疗法），或者直接编辑癌细胞中的驱动基因，抑制其生长。
传染病防控： 基因编辑可以用于开发新型抗病毒药物，或者通过编辑病原体使其失去致病性，甚至编辑宿主细胞以增强对特定病原体的抵抗力。
抗衰老和疾病预防： 未来，基因编辑可能用于修复与衰老相关的基因损伤，延缓衰老过程，或者编辑特定基因以降低患上阿尔茨海默症、心血管疾病等常见慢性病的风险。
农业与食品生产：
改良作物和牲畜： 基因编辑可以创造出抗病虫害、抗旱、高产量、营养成分更高的作物。也可以用于培育生长更快、抗病性更强的牲畜，提高食品生产效率和质量。
减少农药和化肥使用： 通过基因编辑培育出抵抗病虫害的作物，可以显著减少对农药的依赖，对环境更加友好。
生物技术与环境保护：
生物修复： 利用基因编辑改造微生物，使其能够更有效地降解环境污染物，如石油泄漏或塑料垃圾。
物种保护与复苏： 在极端情况下，基因编辑可能用于复苏已灭绝的物种（如猛犸象），或者增强濒危物种的生存能力。
对世界的影响：
人类健康与寿命的巨大飞跃： 许多目前无法治愈的疾病将得到根治，人类的平均寿命和健康寿命有望大幅延长。
农业生产的革命： 解决全球粮食安全问题，提高食品的营养价值和可持续性。
生命科学的根本性改变： 我们对生命的理解和干预能力将达到前所未有的高度，生命科学研究将更加深入和高效。
伦理、法律和社会挑战：
生殖系基因编辑的争议： 如果允许对人类胚胎进行基因编辑（生殖系编辑），那么这些改变将遗传给后代。这将引发关于“设计婴儿”、人类基因库的改变以及潜在的基因歧视等重大伦理争议。
安全性和不可预知性： 基因编辑技术可能存在脱靶效应，即在非预期位置进行编辑，导致不可预知的后果。即使脱靶率很低，一旦影响到生殖系，其后果可能是长远的。
公平获取： 与BCI类似，基因编辑技术的成本和可及性将决定其影响范围。如何确保所有人都能够公平地受益于这些技术，而不是加剧不平等？
环境风险： 将基因编辑的生物释放到环境中，可能对生态系统产生不可预测的影响，需要严格的监管。
三、脑机接口与基因编辑的协同作用与叠加效应
当这两种颠覆性技术相结合或各自成熟后，其影响将更加复杂和深远：
增强与修复的融合：
基因编辑强化BCI： 基因编辑技术可能被用于优化神经元的连接，提高信号传递的效率和准确性，从而使BCI的性能更上一层楼。例如，编辑与神经可塑性相关的基因，加速BCI的学习过程。
BCI辅助基因编辑： 理论上，未来BCI可以用于精确地控制基因编辑工具在特定细胞或组织中的活性，实现更精准、更安全地进行基因编辑操作。
定义“人”的新维度：
生物学上的增强与认知上的增强： 当我们可以通过基因编辑“优化”我们的生理机能，并通过BCI“增强”我们的认知能力时，“人类”的定义将变得模糊。我们将更接近于一种“赛博格”（cyborg）状态，即生物与技术的深度融合。
生命设计与能力设计： 基因编辑可能用于设计我们自身的生物特性（如更强的体能、更高的智商），而BCI则用于增强我们的认知能力和与外部世界的互动方式。这种双重改造将对人类的进化产生前所未有的影响。
社会结构与价值体系的重塑：
新的社会分层： 能够负担得起生物增强和认知增强技术的人，可能会形成一个与普通人之间存在显著差距的阶层，这可能导致前所未有的社会分裂和不平等。
重新审视“自然”与“人为”： 当我们可以随意修改生命蓝图和增强大脑功能时，我们对“自然”的理解将发生根本性变化。人为干预的边界在哪里？什么是“必要”的，什么是“过度”的？
工作模式与生活方式的彻底改变： 极高的效率和能力将使我们能够更高效地解决全球性问题，但也可能导致工作本身的意义和价值被重新定义，甚至部分人类可能不再需要进行传统意义上的“工作”。
结论：
脑机接口和成熟的基因编辑技术，无论单独来看还是协同作用，都具备改变世界的巨大潜能。它们将极大地改善人类健康，提升生命质量，拓展生存的可能性。然而，伴随而来的是严峻的伦理、法律和社会挑战。
最大的改变将体现在：
对人类自身能力的认知和利用方式的根本性颠覆。
对生命本质的理解和干预能力的提升。
对社会结构、公平性、个体权利以及人类未来走向的深远影响。
这些技术的发展不是线性的，它们的发展速度、普及程度、监管方式以及人类社会如何应对其带来的伦理挑战，将共同决定它们最终将把世界带向一个什么样的未来——是更加光明、高效和健康的乌托邦，还是一个充满不平等、失控和潜在危机的反乌托邦。因此，对这些技术的探索需要谨慎，伴随着深刻的思考和广泛的社会对话。
网友意见
这是一个很有价值，也很难回答的问题。但是如果我们把这句话的宾语“缩小”一点（‘世界’—‘人类世界’）：这两项人类正在不断开发的探索使用的技术，在未来很有可能改变我们的人类世界。
2020年12月3日举办的腾讯 ConTech 大会上正巧有着类似的主题——基因编辑，脑机接口，人类能否洞悉生命源码？
在那场大会上，著名神经生物学家鲁白、北京大学生命科学学院教授魏文胜，以及清华大学医学院生物医学工程系教授洪波，一同就“基因编辑”和“脑机接口”等科学前沿话题，提供了一系列新闻、新知内容，并对技术发展与人类进步之间的关系做出展望。
以下是 biokiwi 对大会中的重点内容的记录，以及一些补充、延展和思考。
基因编辑：改写生命密码
2020年的诺贝尔化学奖授予了两位发明 CRISPR 基因编辑技术的女科学家。
来自美国加州大学伯克利分校的詹妮弗·杜德纳（Jennifer Doudna）和来自法国维也纳大学的埃曼纽尔·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）共同发现了 CRISPR/Cas9 系统中，crRNA的定位能力、以及Cas9蛋白的切割作用；并在应用过程中，将crRNA和tracrRNA融合形成单链向导RNA（sgRNA），能够简单、准确地识别和编辑目标基因序列，显著增加了基因编辑的应用前景。
魏文胜教授用简单的例子解释了基因编辑领域革命性、颠覆性的主要原因——能够在编码生命的最底层进行改动。就像微信、QQ等应用程序，背后是由“0”和“1”组成的二进制编码语言；生命同样如此，由四种碱基（A、T、C、G）排列组合而成的 DNA 序列，即基因，进行编码控制。
但最底层的遗传信息与生命的外在体现之间，包含着复杂且多变的调控途径，魏文胜教授认为基因编辑有两个重要的关键词：
- 一是定位精准。以人类细胞为例，包含30亿碱基对的基因组，容易出现序列相似的片段，因此基因编辑最关键、也最难的，便是精准定位、确定目标；如果定位不精准，则只能称作“破坏”，而非“编辑”。
- 二是编辑。对基因序列的编辑就像修改一份 word 文档，包括插入、删除、以及替换等多种形式的改变都属于编辑。
基于以上两个关键词，基因编辑最理想的状态便是“指哪打哪”，只在目标靶点处发生改变，基因组上的其他位置一动不动。但相似序列、非特异性结合等各种原因，使得这个想法只能停留在理想的状态，几乎难以实现。
基因编辑技术的不断革新，正是向着这个理想的状态不断迈进。
基因编辑领域最早源自细胞本身对于DNA损伤的修复机制。利用归巢内切酶(HEs)在目标位点附近引入DNA双链断裂，激活细胞内同源重组途径(homologous recombination, HR)介导的修复过程，将两端带有同源臂（即与插入靶点上下游相同序列的片段）的外源DNA序列插入基因组，实现基因整合编辑的目的。但DNA双链断裂之后的修复过程主要是非同源末端连接(non-homologous end joining, NHEJ)，HR 发生的机率较低，便导致基因编辑的效率极低，且引入的外源 DNA 序列会随机整合到基因组其他位置，造成脱靶效应。
为了减少脱靶效应、提升效率，科学家通过人工改造，先后推出了两种基因编辑的方法：
- 1996年起，能够识别特异性DNA位点的锌指蛋白，和限制性内切酶的切割结构域被组装成为锌指核酸酶（ZFN），用以对目的位点进行准确地编辑。但针对不同的位点，需要对 ZFN 中的锌指蛋白进行重新设计，难度和成本太高；
- 转录激活因子效应物核酸酶（TALEN）同样包括DNA特异性识别区域（TALE）和用来切割DNA 的核酸酶。2009年 TALEN 的识别规则被探明以后，便被广泛用于基因编辑领域，2012年甚至被评为当年年度十大科学进展之一。可 TALEN 也存在缺点，组装过程过于复杂，使用的门槛较高。
2012年，成簇规律间隔短回文重复序列（CRISPR）系统的出现，彻底加速了基因编辑领域的发展。CRISPR本是原核生物的免疫防御机制，帮助细菌在被病毒入侵时形成“记忆”，下次就能够识别外源DNA（即病毒），并进行剪切。在此基础上，詹妮弗和艾曼纽以及张锋等人不断优化、改进；现在研究人员只需要根据目标基因的序列，设计一段几十个碱基长度的向导RNA，并将Cas9或其他Cas酶一并导入细胞中，就能够准确地对目标基因进行编辑。
CRISPR 不仅大大降低了操作难度和成本，还显著提升了精准度和适用范围（但脱靶效应等缺点还依旧存在，只是概率降低了不少）。目前已有Cas9，Cas12，Cas13，CasX等多种CRISPR/Cas系统，适用于不同的基因编辑场景和目的，也让基因编辑在从理论到临床的道路上更进一步。
在这个过程中，科学与伦理之间的平衡和界线至关重要。鲁白教授介绍道，目前公认的尺度是能够在体细胞中进行基因编辑，但禁止在精子或卵细胞这样的生殖细胞中进行；因为前者仅仅会影响你个人，而后者可能通过繁殖影响下一代，甚至改变更多人。而人类有权利决定自己，但没有权力影响下一代。
魏文胜教授也同样就2018年基因编辑婴儿事件，提出自己对于基因编辑生殖细胞的一些看法和疑问：
1. 基因的好坏目前并没有标准答案，而几乎是一个哲学问题
2. 现阶段还无法完全保证基因编辑的操作安全性，也难以证明非目标基因没有被影响；
3. 因为生殖细胞的基因编辑是永久性的改变，会伴随下一代的一生。人类是否有权利决定下一代？
鲁白教授用他从事的神经科学领域的一项研究，生动形象地解释了基因的好坏是基于不同场景的。人体有一个名为脑源性神经营养因子（BDNF）的基因，因为其序列中一个碱基的差异，导致有V型和M型两种，分别在白色人种中占80%和20%。鲁白教授早先的研究表明，基因为M型BDNF的人在场景记忆方面比V型的人要差15-20%。但也正是在记忆上的差异，使得V型BDNF基因的人不容易记住坏事，患抑郁症的概率也更低。因此在不同的场景下，不同的基因类型各有千秋，我们没法武断地认为基因的好坏，也没有权力改变人种。
另一方面，魏文胜教授认为现阶段在体细胞上对于基因编辑技术的运用，确实是能够造福人类、缓解病痛的。在临床层面，基因编辑用于治疗遗传病、癌症或其他重大疾病是没有太大争议的；但是应用到改善脱发等增强型的场景，就成为饱受争议的话题。因为人群审美或偏好的差异，即便在技术层面上是可以实现的，但还需要一个标准去判断是否要做、是否能做、做哪些。
基因编辑作为临床治疗手段不同于传统的吃药或者打针，随着科学技术的发展，临床治疗的概念在不断扩展。原本只出现在科幻小说或影视作品里的技术，也在现实生活中诞生，例如脑机接口。
脑机接口：我还是我吗？
2020年8月28日，埃隆 · 马斯克（Elon Musk）旗下的脑机接口公司 Neuralink 举行发布会，展示了最新的可穿戴设备 LINK V0.9 和手术机器人，并利用小猪演示了脑机接口技术的实际应用过程。
大脑分为不同的区域，分别控制不同的功能，例如控制运动的运动皮层和掌管感觉的感觉皮层。洪波教授解释说，马斯克在小猪上做的演示接口在运动皮层，通过分析神经元活动与小猪的实际运动相吻合，来证明他们技术的可行性。
从原理上来看，脑机接口（BCI）系统通过放置在头皮上、大脑皮层表面或者大脑内的传感器辨别神经活动的模式，对思维进行解码，进而转换为输出信号，控制系统实现与外界环境的交流与交互。
事实上，这个听起来很时髦的概念并不新颖，它最早可以追溯到上个世纪初期。
- 从1909年德国神经科医生科比尼安·布洛德曼（Korbinian Brodmann）提出大脑皮质的Brodmann分区，到1924年德国精神科医师Hans Berger首次发表，并用"Alpha"和"Beta"波来描述脑电图（EGG）；这可以算得上最早的脑机相连的概念；
- 20世纪末期，越来越多的学者尝试用脑电图作为神经反馈的工具探索大脑。1976年加州大学洛杉矶分校的雅克·维达尔（Jacques J. Vidal）创造了脑机接口（BCI）这个说法，并给出沿用至今的标准定义：BCI是一种特殊的通讯系统，它不依赖于人体的外围神经和肌肉组织；
- 进入21世纪，脑机接口逐渐成为现实。布朗大学研究团队在2006年完成首个大脑运动皮层脑机接口设备植入手术；随后脑机接口技术不断发展，可以实现收集神经信号、处理转化为外接设备信号，从而让瘫痪病人操控机械臂，完成喝水、吃饭、打字等复杂和广泛的操作。
而马斯克带来的脑机接口发布会，更主要的是技术和工程层面上的突破：例如其手术机器人能够快速、准确地将一千多根记录用的电极插入大脑，脑机接口的设备也只有硬币大小；这些都得益于工程和技术的进步，尤其是马斯克团队拥有强大的工程力量。
马斯克在发布会上的演示仅仅是演示，这个技术未来在医疗上的应用并不只是让小猪跑起来，而是通过脑机接口帮助类似霍金这样，失去运动能力和与外界交流能力的渐冻症患者、或脊髓损伤等疾病患者，通过记录他们的大脑活动，解析他们的想法，帮助他们完成正常生活的基本行为。
但脑机接口要实际应用在临床医疗上还需要一段时间，有很多问题也需要进一步解决。
- 如何降低脑机接口高昂的成本和售价？
- 电极微丝的安全性如何？长时间放置在人脑中会有什么安全隐患？人体会对插入的电极产生什么样的免疫反应或神经炎症反应？
- 相比于小猪的跑动，临床上各种疾病的治疗要复杂得多，未来神经科学的发展能不能准确地解读这些复杂的神经元信号和通路？
- 如果需要进入临床试验，能够招募到足够多的志愿者吗？毕竟动物实验与人体实验之间存在不小的差异。
此外，鲁白教授还补充道，除了技术层面的问题，脑机接口还存在观念和伦理上的障碍。
不同于这种有创（侵入式）脑机接口，洪波教授从事的研究则更容易被大众接受，只需要在大脑表面的头皮上收集或发出信号，属于无创（非侵入式）脑机接口。例如中风患者无法控制其肢体，通过无创的脑机接口通路可以拉动他进行康复训练，加速其恢复过程。尽管现阶段头皮记录的稳定性还有些欠缺，但在未来纳米修饰等手段的帮助下，预计也能够采集到稳定且良好的神经信号。
另一方面，洪波教授将电极植入颅骨内的空间，避免安全性和免疫原性等困扰，未来进入临床和医疗应用的可能性更大。
洪波教授还把脑机接口与基因测序和基因编辑作类比：基因测序能解读生命的遗传信息，就像读出的脑机接口，能够知道你是怎么想的；而基因编辑能够改变遗传信息，就像写入的脑机接口，能够让人产生新的感觉或想法。只不过这两项技术的对象——基因和思想哪一个更加重要，可能就属于哲学问题了。
科技与人类发展的边界在哪？
不论是基因编辑还是脑机接口，都在尝试解读生命、并改写生命。这些技术不断发展，在临床医疗等领域展现更多应用潜力的同时，也引发了大众的顾虑和担忧。
例如植在大脑不同区域的脑机接口，可能让你的意识暴露在外在的机器之下；利用基因测序的手段，少量的组织样本就能解读你的遗传信息。这些只是被动的情况，还有更具风险、更需要谨慎对待的主动形式，例如通过脑机接口把一个想法写进你的大脑，或是通过基因编辑改写你的基因。
当脑机接口将个人的意识暴露给外在的机器，并利用外在的机器完成一些指令的时候，我还是我吗？鲁白教授用这样的例子和发问指出：除开实际应用的层面，这些先进技术是否会影响人类的自我认知，也是大众十分关心的问题，但这不仅仅是科学或伦理上的问题，还涉及到社会和哲学。
同时，鲁白教授还认为这样的事情其实一直在发生，腾讯等互联网巨头便是这一块的佼佼者，通过算法和学习，可以了解用户的喜好和阅读习惯。手机等移动设备或应用程序就像人脑的延伸，承担了记忆等功能。
洪波教授也拿电影《阿凡达》举例，提出了比较未来感的思考：在强调先进技术风险的同时，社会形态也在不断进步，技术与人类发展之间的边界并不是一尘不变的。
魏文胜教授更加谨慎，认为一项技术颠覆性越强、力量越大，引发的顾虑也就越深。技术或工具都是中性的，最终结果的好坏，主要取决于执行者的意愿和初衷。所以我们对技术本身的恐慌或者惧怕几乎是不可避免的，但更重要的是限制那些运用技术的人，而不是技术或工具本身。
最后，3位嘉宾对“基因编辑“和”脑机接口“两项技术的发展进行了畅想：
魏文胜：对于技术，我们更多的是看它光明的一面，给我们带来有益的一面。那么从基因编辑技术来讲的话，其实已经发生了，我们对包括地中海贫血在内的一些很严重的遗传疾病已经有了治疗的方案。所以随着时间的推移，我认为越来越多的遗传病、癌症、或其他的重大疾病，会在基因编辑以及其他技术的帮助下得到真正的治疗。
洪波：我比较乐观。五年之后，我相信脑机接口会进入临床，帮助很多残疾人；十年之后进入普通人的生活，改变我们的生活形态；二十年之后，会影响我们人类的进化。
鲁白：我不是专家，所以我不畅想未来，我只想做两点期望，第一个期望腾讯的听众以及大众要拥抱科学。第二点是期望我们的科学家，要负责任的应用技术。
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