Firefox与SHINE：DARPA正在押注下一代脑机接口与神经可塑性

DARPA近期正在同时推进两条与大脑相关的前沿技术路线。

一条指向更快、更大规模的非侵入式脑机接口。DARPA 最新公布的“Firefox”项目，希望在既有非侵入式光学脑机接口技术基础上，进一步突破速度、规模与数据处理能力的限制。

另一条则指向大脑本身的可塑性。名为SHINE的项目试图利用合成生物学、分子工程和神经调控等手段，更精准地作用于特定脑区和神经回路，让功能失调的神经网络获得修复和重塑的可能。

从“读取大脑”到“调控大脑”，两个项目背后实际上指向了 DARPA 在神经技术领域更长远的布局。

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Firefox：把非侵入式脑机接口推向更大规模

DARPA 将于 9 月 1 日围绕“Firefox”项目举办提案日活动，报名截止日期为 8 月 21 日。

过去几十年，DARPA 持续投入脑机接口及相关神经技术研究。从利用神经信号控制无人系统，到帮助伤残军人恢复运动功能，再到神经疾病治疗和极端环境下维持作战人员的认知状态，大脑与机器之间如何建立更高效的信息通路，一直是 DARPA 关注的重要方向之一。

根据 DARPA 对项目的描述，在此前投资基础上，其已经开发出一种非侵入式相干光学系统，可以记录来自人体大脑皮层深部的神经信号。

但获得神经信号只是第一步。真正要让这类技术走向高性能脑机接口，一个更加现实的问题随之出现：当系统能够同时观察越来越多脑区、产生越来越多神经数据之后，如何快速扫描？如何扩大覆盖范围？又如何实时处理如此庞大的数据流？

Firefox 希望解决的就是这类问题。DARPA 将其中的关键技术挑战主要归结为两个方向。

第一，扩大光学系统对大脑的扫描能力

Firefox 希望开发一种动态光栅扫描组件，用于引导和扩展光信号，使系统能够更加高效地探测多个感兴趣脑区。这意味着未来的非侵入式光学脑机接口，不再只是聚焦于有限区域，而是有可能同时覆盖更大范围的大脑皮层。

神经系统本身就是一个高度分布式的信息处理网络。运动、视觉、语言、注意、决策等复杂功能，往往并非由单一脑区独立完成。如果系统只能读取有限区域，其能够获得的信息维度也必然受到限制。

因此，提高脑区覆盖范围，本质上是在扩大脑机接口可以获取的“神经信息带宽”。

第二，解决海量神经数据的实时计算问题

扫描范围扩大之后，另一个瓶颈随之而来——数据。

更多脑区、更高采样速度和更多通道，意味着神经数据量可能急剧增长。如果仍完全依赖传统数字计算架构进行处理，计算速度、能耗和实时性都可能成为限制。

因此，Firefox 的另一项重要任务，是探索突破传统数字计算框架的新型数据处理架构，以应对光学神经记录系统大幅提升之后所产生的数据速率和计算负载。

DARPA 所描述的“突破数字领域”，并不简单意味着制造一颗速度更快的芯片，而是可能涉及新的计算范式，例如量子计算、神经形态计算，乃至利用生物系统执行信息处理任务的生物计算。

换句话说，Firefox 试图同时解决脑机接口两端的问题：

一端，是怎样从更多脑区获得更多神经信息； 另一端，则是怎样足够快地处理这些信息。

如果这两项能力能够同时提升，那么非侵入式脑机接口面对的一个核心瓶颈——“神经信息带宽”——就有可能被进一步打开。

为什么叫“Firefox”？

这个颇具流行文化色彩的项目名称，也引起了外界注意。

一种颇为有趣的解释，是它可能致敬了 1982 年克林特·伊斯特伍德主演的科幻惊悚片《Firefox》。电影改编自 1977 年出版的同名小说。故事中，苏联秘密研发了一架极其先进的 MiG-31 战斗机，不仅能够以极高速度飞行并躲避雷达，更引人注目的是，它装备了一套通过飞行员思维进行控制的武器系统。

按照影片设定，当飞行员发现目标后，无需操作按钮，只需要形成相应的思维指令，系统便能够控制武器锁定并攻击目标。

因此，在 DARPA 公布 Firefox 后，有 X 用户调侃称，DARPA 似乎正在试图把 1982 年电影里的“意念控制武器”变成现实。

当然，现实中的 Firefox 与电影中的科幻设定仍存在巨大差异。但从名称到研究方向，这一联想仍颇具象征意义：如何让大脑与复杂机器之间建立更高速、更直接的信息交换，正在从科幻叙事逐渐进入真实的工程研究。

Firefox 项目的技术联络人为 DARPA 项目经理 Pedro Irazoqui 博士。

但值得注意的是，Firefox 并不是 DARPA 近期唯一与大脑有关的新项目。就在本月早些时候，DARPA 还宣布将为另一项名为SHINE的神经技术计划举办网络信息发布会。

如果说 Firefox 关注的是如何更好地“读取大脑”，SHINE 则更进一步——它试图研究如何主动改变大脑神经回路的状态。

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SHINE：从读取神经信号走向重塑神经回路

SHINE 全称为Selective Harnessing of Intrinsic Neuroplasticity Engineering，核心目标是利用大脑自身的神经可塑性机制，发展下一代神经调控技术。DARPA 将于 8 月 25 日举办相关网络信息发布会。

与传统神经刺激单纯改变神经元兴奋状态不同，SHINE 更关注一个基础问题：

能否精准靶向某些特定神经回路，并借助大脑自身的可塑性，让异常神经网络发生更加持久的结构或功能改变？

DARPA 希望为未来建立一种新的治疗技术基础，使功能失调的神经回路能够得到自然恢复和修复，同时尽可能避免干扰正常脑功能。

为了实现这一目标，SHINE 涉及的技术路线非常广，包括合成生物学、分子工程以及神经调控等多个方向。

其中，一个值得关注的领域是致幻化合物与神经可塑性之间的关系。

以裸盖菇素等化合物为代表的致幻剂，被认为具有促进神经可塑性的潜力。早在 2019 年，DARPA 就曾启动相关药物研究项目，希望寻找治疗创伤后应激障碍、抑郁、焦虑和药物滥用的新型精神类药物。

但问题也十分明显。传统致幻剂往往同时作用于多种神经递质受体和受体亚型，缺乏足够的靶向性，因此可能同时激活大量信号通路，并产生幻觉等显著副作用。

对于军事医疗场景而言，这种不可预测性显然难以接受。

因此，一个更具挑战性的方向是：能否保留促进神经可塑性的治疗作用，却尽可能剥离改变意识和产生幻觉的作用？

这实际上也是 SHINE 所代表的新一代神经技术思路之一——从过去相对粗放地改变整个大脑状态，转向对特定分子、细胞、脑区和神经回路进行更加精准的调节。

从分子到脑区：DARPA正在寻找更精准的“大脑控制旋钮”

除了合成生物学，SHINE 另一个重要方向是神经调控，即利用外部手段改变神经系统的信息传递和活动模式。

相关技术可能包括非侵入式神经接口，通过声、光或磁场等不同物理能量作用于神经系统。

DARPA 此前推进的 AWARE（Alert WARfighter Enablement）项目就是一个典型案例。该项目尝试利用近红外光作用于人体，希望最终建立一种可以根据需要开启或关闭特定药物作用的机制。

这类研究与 SHINE 的共同点，在于它们都试图寻找更加精准的神经干预方式。

过去很多神经调控技术更像是用一个相对粗糙的“旋钮”改变脑区兴奋状态，而 DARPA 现在希望获得的，可能是一套更加精细的控制系统：

不仅知道刺激哪里，还需要知道刺激什么细胞、什么分子通路、在什么时间刺激，以及如何让改变维持足够长时间。

最终目标不只是短暂改变神经活动，而可能是利用神经可塑性，让异常神经回路重新组织。

如果 SHINE 最终发展成为获得全面资助的研究计划，DARPA 希望它能够为未来新型神经治疗方式建立科学与技术基础，使功能失调的神经回路在不影响大脑正常工作的情况下得到恢复。

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DARPA正在同时推进“读脑”与“改脑”

过去几十年，DARPA 一直试图理解并利用人类神经系统，以帮助作战人员在受伤、疲劳、极端环境以及精神心理压力下更快恢复，并保持更高水平的认知和行动能力。

而 Firefox 与 SHINE 所释放出的一个重要信号是：

下一阶段神经技术竞争的重点，可能不再只是“能不能连接大脑”，而是能否以更高带宽读取大脑、以更高精度理解大脑，并最终以更加可控的方式影响大脑。

从这个意义上说，Firefox 与 SHINE 展示的并不是两项孤立的 DARPA 计划，而是下一代神经技术正在逐渐形成的两条主线——一条不断提升人与机器之间的信息带宽，另一条不断提升人类干预神经系统的空间、时间与生物学精度。

参考来源：

https://sociable.co/military-technology/darpa-firefox-advance-brain-computer-interface-speed-scale-performance/

https://www.businessinsider.com/darpa-wants-to-help-injured-brains-rewire-themselves-after-injury-2026-8

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