人類邁向“Cyborg”（生化電子人）的進程，一直與一個前沿技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)，那就是腦機接口。

今天，馬斯克為其投資的腦機接口初創(chuàng)公司 Neuralink 召開了一場發(fā)布會，首次對外披露了這家公司在腦機接口上的最新技術(shù)進展以及未來展望：Neuralink 演示了其已經(jīng)在小鼠身上實驗過的一款設(shè)備，該設(shè)備可將 1500 個電子探針送入小鼠大腦，能夠同時從多個神經(jīng)元中提取信息。目前，Neuralink 的這款設(shè)備已經(jīng)在動物身上進行了至少 19 次手術(shù)，植入電線成功率達 87%。

圖丨Neuralink 展示探針設(shè)備成功插入過程（來源：Neuralink）

為了高效實現(xiàn)腦機接口，這個設(shè)備使用了一款名為“縫紉機”（sewing machine）的探針設(shè)備，將類似玻璃紙的柔性導(dǎo)線成功插入到小鼠的軟組織中。這個操作也意味著 Neuralink 打造的腦機接口產(chǎn)品將是一款侵入式的產(chǎn)品。

“縫紉機”位于頭部之外，使用激光束形成小孔刺穿頭骨，在大腦中植入一個無線接收信息模塊，通過信號傳到神經(jīng)元系統(tǒng)，允許已經(jīng)癱瘓在床的病人，控制手機或計算機等電子設(shè)備，聽到自己的聲音，形成記憶。另外，該方法也有可能用于治療抑郁癥。

這次發(fā)布也是 Neuralink 成立兩年以來最重磅的一次成果發(fā)布。不過，這一舉動與學(xué)術(shù)界的慣例相悖，在發(fā)表論文之前，就進行了成果的新聞發(fā)布。

Neuralink 成立于 2017 年，總部設(shè)在舊金山，聘請了多位美國重點大學(xué)研究神經(jīng)領(lǐng)域的科學(xué)家，來共同研究高效實現(xiàn)腦機接口的方法。馬斯克表示，最快在明年年底，能夠在患者身上使用這項技術(shù)。

但與此同時，該研究成果面臨很多的挑戰(zhàn)。這項突破由加州大學(xué) Tim Hanson、Philip Sabes，以及加州大學(xué)伯克利分校教授 Michel Maharbiz 完成，他們也是 Neuralink 的創(chuàng)始團隊。Tim Hanson 此前在接受《麻省理工科技評論》采訪時表示，馬斯克所追求的高密度記錄技術(shù)對于特定的大腦疾病并無必要，不一定是人類選擇治療特定腦部疾病的方法。

他表示，這種技術(shù)更適合研究動物基礎(chǔ)科學(xué)，用在人身上有點為時過早。

當然，馬斯克也在今天發(fā)布會上表示，這不是一種與人工實現(xiàn)某種共生的方法，“這不是強制性的事情，而是你可以選擇做的事情。”

Neuralink的進展究竟是什么？

Neuralink 的腦機接口新技術(shù)，核心一共有三部分。

第一個是靈活的“線程”。線的直徑寬度為 4 至 6μm，比人的頭發(fā)絲（約 75 微米）還要細。

目前，實驗性腦機接口使用的是剛性金屬電極；猶他陣列可容納 100 個由硅制成的堅硬針頭，用氣槍將其射入大腦。這些針頭發(fā)射時捕捉神經(jīng)元中的電信號效果非常好，不過這種方式不僅會損害大腦，而且設(shè)備壽命也很短。

而 Neuralink 又發(fā)明了另一種由微小電極或傳感器連接的柔性導(dǎo)電線，與其他腦機接口中使用的材料相比，不僅對大腦損害性更小，而且還能傳輸更多數(shù)據(jù)。

根據(jù)早前發(fā)布的 “Elon Musk＆Neuralink” 白皮書顯示，這種材料分布在 96 個線程上的每個陣列中，能夠容納多達 3072 個電極。值得注意的是，這個電極也不簡單，是由碳纖維或聚合物制成的，但是這種輕薄電極無法直接植入到大腦，通過柔性線和機器就可以直接導(dǎo)入。

第二個是用于插入線程的機器。Hanson 曾表示，這個機器是 Neuralink 在大腦內(nèi)部研究的“殺手锏”。

由于大腦在頭骨中是不斷移動的，Neuralink 的技術(shù)比猶他陣列更難以植入。正因如此，他們開發(fā)了一種“神經(jīng)外科機器人”，能夠每分鐘插入六根線（192 個電極），整個過程，特別像縫紉機去縫針。

圖丨用于插入線程的“神經(jīng)外科機器人”（來源：Neuralink）

他們通過發(fā)明的機器，將輕薄的柔性電極植入大腦當中。

第三個就是 Neuralink 開發(fā)了一種定制芯片，被命名為“N1 傳感器”。芯片尺寸比手指還小。該芯片的作用能夠更好地讀取、清理和放大來自大腦的信號。但目前，只能在老鼠身上進行實驗，通過 USB-C 的有線連接方式傳輸數(shù)據(jù)。

Neuralink 表示，這顆定制芯片所提供的電流大約是目前最強的傳感器的 10 倍。但這遠遠不夠，這個部分的最終目標是創(chuàng)建一個無線工作系統(tǒng)。

圖丨Neuralink 所研發(fā)的定制芯片（來源：Neuralink）

在 N1 芯片中，植入了四個傳感器，其中三個位于運動區(qū)域，另一個位于感受區(qū)域。唯一外置的設(shè)備安裝在耳后，內(nèi)含一枚電池。

這顆芯片可以提供云端支持，通過無線連接，甚至可以與 Neuralink 在 iPhone 上的應(yīng)用程序進行互動。

具體的“侵入”過程是，自主神經(jīng)外科機器人利用計算機視覺系統(tǒng)來引導(dǎo)一根五微米厚的包含電線和絕緣材料的針頭進入大腦（這樣做避免破壞血管），電線直徑約為人類頭發(fā)直徑的四分之一，連接到不同的位置和深度的一系列電極。機器人最快每分鐘可以插入 6 根包含 192 個電極的電線。

這些電極將檢測到的神經(jīng)脈沖傳遞到頭骨表面的處理器，處理器能夠讀取多達 1536 個通道的信息，這大約是目前可植入人體系統(tǒng)的 15 倍。而且，它符合科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)應(yīng)用的基本底線，并可能優(yōu)于競爭對手比利時 Imec 公司的神經(jīng)像素技術(shù)（Neuropixels technology），該技術(shù)可以同時從數(shù)千個不同的腦細胞收集數(shù)據(jù)。

發(fā)表在 Neuralink 白皮書上的一篇摘要指出，Neuralink 已經(jīng)在動物身上進行了至少 19 次手術(shù)，植入電線成功率達 87%。

在演講中，馬斯克暗示，Neuralink 已經(jīng)在靈長類動物身上取得了成果?！拔覀儾坏貌惶岬揭恢缓镒印＿@是一個敏感的話題。這只猴子已經(jīng)能用大腦控制電腦了。”

腦機接口硬件開發(fā)，高分辨率是挑戰(zhàn)

高分辨率的腦機接口（簡稱 BCI）是相當復(fù)雜的。它們必須能夠讀取神經(jīng)活動，以便能夠找出執(zhí)行哪些任務(wù)的神經(jīng)元群。植入電極非常適合處理這種情況，但從歷史來看，硬件的限制導(dǎo)致它們會接觸到大腦的多個區(qū)域，或產(chǎn)生干擾。

隨著精細的生物相容性電極的出現(xiàn)，這種情況發(fā)生了改變，這種電極可以限制干擾，并能精確地瞄準細胞簇。然而，我們依然對某些神經(jīng)過程缺乏了解。

圖丨 N1 傳感器（來源：Neuralink）

很少有活動與大腦區(qū)域，如前額葉和海馬體是分離的。相反，活動發(fā)生時大腦的不同區(qū)域都會有響應(yīng)，因此很難確定位置。然后還要把神經(jīng)電脈沖轉(zhuǎn)換成機器可讀的信息。研究人員尚未破解大腦的編碼，而且來自視覺中心的脈沖不像那些在形成語言時產(chǎn)生的脈沖，有時很難識別信號的起始點。

好在這方面目前已經(jīng)取得了進展。在最近發(fā)表在《自然》雜志上的一項研究中，科學(xué)家們根據(jù)之前實驗記錄的數(shù)據(jù)，訓(xùn)練了一種機器學(xué)習(xí)算法，以確定舌頭、嘴唇、下巴和喉嚨的運動是如何產(chǎn)生聲音的。他們將這些信息整合到一個解碼器中，解碼器將大腦信號轉(zhuǎn)換成聲道的估計運動，并將它們輸入一個單獨的部件，將這些運動轉(zhuǎn)換成合成語音。

Sabes 在活動期間表示，“大腦中的神經(jīng)活動是隨機的，這意味著，單個神經(jīng)元水平上的神經(jīng)表現(xiàn)是有噪聲的。這僅僅是我們需要從大量神經(jīng)元中記錄數(shù)據(jù)以獲得高保真度讀數(shù)的原因之一。我們想要做的是讓人們能夠利用神經(jīng)表征修復(fù)受損的大腦回路，最終讓我們更好地與世界相連、了解彼此和我們自己?！?/p>

這些都沒有影響到 Neuralink 公司，該公司擁有 90 名員工，目前已經(jīng)收到 1.58 億美元的資金支持(其中至少有1億美元來自馬斯克)。該公司希望明年第二季度與斯坦福大學(xué)神經(jīng)外科醫(yī)生合作, 開始進入人體研究。該公司預(yù)計，插入電極一開始就需要通過顱骨鉆孔，它希望很快能使用激光在骨頭上打孔。

Neuralink 認為，他們的產(chǎn)品將有助于緩解像帕金森病和癲癇這樣的慢性疾病，并且有朝一日可以使截肢者重新獲得活動能力，或者幫助身體殘疾的患者重新獲得語言能力、聽覺、視覺等。

蘊含風(fēng)險的瘋狂嘗試

人的大腦有 860 億到上千億個神經(jīng)元，每當我們產(chǎn)生一個想法，本質(zhì)上都是這些神經(jīng)元在進行化學(xué)反應(yīng)和電信號交互，從而產(chǎn)生一個振幅很微小的電壓。所以采集信息，就是通過不同的方法來獲取大腦中的電壓差，進而通過腦電信息的變化來分析推測，尋找到和大腦思維相關(guān)性的一個邏輯。目前的信息采集方式分為兩種：侵入式和非侵入式。

圖丨“縫紉機”使用的示意圖（來源：加州大學(xué)舊金山分校）

Neuralink 采用的是侵入式辦法。

BrainCo 創(chuàng)始人創(chuàng)始人兼 CEO 韓璧丞告訴 DeepTech，侵入式方法的好處是采集的信號非常準確，但缺點也很明顯，它對大腦存在一定的破壞性，開顱手術(shù)本身也具有相當?shù)娘L(fēng)險性，還有感染的可能；同時，實驗從動物到人的時候，是不是能實現(xiàn)，有沒有人愿意做實驗是有待觀察的。本身人對向腦子中植入東西可能會有抗拒的。

韓璧丞是2017年《麻省理工科技評論》“35 歲以下創(chuàng)新 35 人”中國區(qū)榜單入選者，他所創(chuàng)立的 BrainCo 也專注于腦機接口開發(fā)，他選擇的是非侵入式辦法，只需要直接佩戴設(shè)備就可以腦機連接，但問題是采集的信號沒有侵入式方法那么準確。

在加入舊金山加利福尼亞大學(xué) Neuralink 公司之前，該公司的兩位創(chuàng)始團隊成員 Hanson 和 Philip Sabes，以及加州大學(xué)伯克利分校（UC Berkeley）的 Michel Maharbiz，就開發(fā)了一種設(shè)備，他們用一根硬針將柔性電極插入大腦。Hanson 表示，這一方法是 Neuralink 公司內(nèi)部研究的“主要推動力”，至少在去年10月之前是如此。去年 10 月，Hanson 離開公司時，他稱與公司在科學(xué)優(yōu)先級和決策方面存在分歧。

該公司創(chuàng)始團隊成員研究的大腦接口與金屬微粒(即“神經(jīng)塵?！保琻eural dust)有很大的差異，神經(jīng)塵埃由聲波和全息圖驅(qū)動，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絼游锎竽X。

圖｜哺乳動物大腦皮層圖像（來源：加州大學(xué)舊金山分校）

顯然，馬斯克是個才華橫溢的工作狂，但他并不是個生物學(xué)家，同時他渴望快速取得成果。Hanson 說，Neuralink 的總裁 Max Hodak 希望從人類大腦中得到大量的測量數(shù)據(jù)。這想法沒錯，但這并不一定是治療疾病的方法?！癕ax和馬斯克渴望盡快將這一技術(shù)應(yīng)用到人類身上，但目前學(xué)界普遍的共識是，這有風(fēng)險?！叭绻霊?yīng)用于人體，首先需要做很多基礎(chǔ)工作。”

一些科學(xué)家擔(dān)心研究人員把過多的注意力放在大腦中電極的數(shù)量上。2017 年，DARPA 撥款 6500 萬美元建造一個“大腦調(diào)制解調(diào)器”，可以連接 100 萬個神經(jīng)元，但匹茲堡大學(xué)的Jose-Alain Sahel建議DARPA降低對數(shù)字目標的重視，他致力于研究大腦植入物以恢復(fù)視力。他說，“一百萬個電極很難實現(xiàn)，甚至可能對大腦都有害。對于治療來說，重要的是收到的信號是否有意義?！?/p>

推動腦機相連發(fā)展的一個動力是，人們希望，如果能在更大的范圍內(nèi)測量大腦，那么數(shù)千或數(shù)百萬神經(jīng)元的響應(yīng)就能輸入到一個深度學(xué)習(xí)程序，例如馬斯克的另一家企業(yè) OpenAI 正在開發(fā)的程序。這類系統(tǒng)已經(jīng)學(xué)會如何在圍棋和德州撲克中取得勝利，或許有了足夠多的數(shù)據(jù)，它們也能解碼大腦的語言。

該領(lǐng)域的技術(shù)專家 Christian Wentz 表示：“從足夠多的神經(jīng)元記錄下來的信息將能使我們了解大腦在做什么，并讓我們擁有這種瘋狂（wild）的腦機接口?！?/p>

或許從今天開始，我們真的需要想想腦機接口將帶領(lǐng)人類走向何方了。

來源：MIT科技評論