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《黑客帝国》成真?马斯克带来脑机接口新进展

旗下有电动汽车公司Tesla、火箭公司SpaceX、太阳能公司SolarCity、超级高铁Hyperloop等企业的马斯克总能给世界带来惊喜。几天前,马斯克投资 1 亿美元的神经科学公司 Neuralink 公司公布了最新脑机接口装置进展,一种“像缝纫机一样”的机器人,能够将超纤细的线植入大脑深处,该系统最终将能够读写大量信息。

据透露,该公司已开始在老鼠身上进行测试。马斯克在发布会后接受媒体记者采访时表示,Neuralink团队已经成功地让一只猴子通过大脑控制电脑。Neuralink 的总裁霍达克 (Max Hodak) 表示,该公司将争取 FDA 的批准,最早于明年开始人体临床试验。Neuralink到底突破了什么?我们用意念控制电脑还有多远?

脑机接口(brain-computer interface,BCI)是指在人或动物脑(或者脑细胞的培养物)与外部设备间建立的直接连接通路。换句话说,就是用意念控制机器,这意味着人与机器的主要交互方式,除手工输入、语音交互外,还可通过大脑向机器直接发指令。脑机接口,在神经假体、神经反馈训练、脑状态监测等教育、医疗、康复等领域有大量的应用场景。目前,脑机接口技术可以分为两类:一类是侵入式,如在大脑中植入芯片;另一类为非侵入式,如戴上可以采集脑电波的头盔或帽子。

Neuralink所做的是侵入式脑机接口。从发布会介绍的信息来看,Neuralink主要发布了四个方面的技术,一是线程(Threads),来自美国国家实验室的Vanessa Tolosa研发的单根多触点柔性电极。二是机器人(Robots),将Threads植入皮层的手术机器人。三是元件(Electronics),将记录到的信号进行滤波,数模转换和脉冲检测的电子元件,代表技术为DJ Seo的N1传感器,DJ Seo之前在加州大学伯克利分校做Neural dust项目。四是算法(Algorithms),脑机接口算法,由加利福尼亚大学旧金山分校Philip Sabes教授开发。

马斯克表示,Neuralink 的脑机接口植入技术计划实现三大目标:在保证安全性和可持续性的情况下,逐步提高读取和写入的神经元数量。在每个阶段,为有着急切医疗需求的病患生产设备。让脑机接口手术如激光近视手术一样简单和自动化。Neuralink 新产品的最终目标是在截瘫病人身上植入设备,帮助其控制手机或电脑。

北京大学电子系博士后陈冠楠对《中国电子报》记者表示:“脑机接口如果真的能帮助瘫痪病人回到世界中,是很有意义的。我见过一些这种病人感觉他们就像是被锁在了自己的身体里,非常可怜,马斯克愿意在早期探索这个技术,是在为后人填坑,应该说是壮举。”

资料显示,在Neurallink开发出脑机接口之前,布朗大学曾开发了名为BrainGate的脑机接口。相比BrainGate,Neuralink的电极通道更多,这意味着可以收集到更多的大脑数据,而且Neuralink的线比 Utah Array更软,能够减少硬材质在长期使用中的问题,也因为更细更软,植入变得更为困难。Neurallink开发的神经外科手术机器人,能够闪避开血管的位置,减少大脑产生炎症反应。

关于Neurallink脑机接口装置的进展,中国科学院自动化研究所国家专用集成电路设计工程技术研究中心副主任、研究员张志伟在接受《中国电子报》记者采访时表示,Neurallink脑机接口系统所用的核心技术,比如高密度、生物相容性好的柔性电极,专用低功耗脑机接口处理芯片等都是近几年相关领域的研究热点。这次发布体现了整体解决方案上高水平的综合集成,多项技术都在以往基础上有了长足的进步。其在电极植入方式上还提出了创新的思路,并且发明了专用的设备加以实现,令人印象深刻。

“这一方向的技术进步将有力推动脑科学的研究。以毫秒量级的时间分辨率同时观察并调控成千上万个神经元的活动,将可能带来脑科学研究范式的变化,从以往注意单个或是较少数量神经元的研究,转变到理解大规模神经网络的活动与信息处理和脑功能的关系上来。”中科院自动化所模式识别国家重点实验室副主任、脑网络组北京市重点实验室副主任余山在接受《中国电子报》记者采访时说。

余山进一步表示,目前的发布是一个阶段成果的展示,离实用还有很长距离,还有很多技术的困难要克服,比如需要验证植入电极长期使用的安全性和有效性,需要进一步发展微创的植入方法,需要开发更加准确的神经编解码算法。在电子系统方面,目前的版本尚未做到植入式,主要是芯片尚未实现全植入情况下的高数据传输速率和无线供电。

赣鄱基因创始人兼CEO殷伟荣认为:“该解决方案需要进一步结合生物信息学,就像23andMe公司,否则没有意义。”23andMe是一家DNA鉴定公司,用户将自己的唾液邮寄给该公司就可以获得一份在线的DNA报告。

关于Neurallink与生物信息学的结合,余山的判断是目前还没有看到这项技术与生物信息学结合的点,以后可能需要个体化的脑机接口系统,但是这个更多的是受到电极植入位置和所记录的细胞等较为随机的因素的影响,更有可能是通过个体化的人机结合训练来实现,而不是通过个体基因的检测与分析。

张志伟认为,目前脑科学面临挑战。在实验方面,缺乏大规模神经网络活动精确记录和调控的手段;在理论方面,还需要进一步发展相关的数学和计算的理论框架,用于理解各种脑功能是如何从海量的神经元的相互作用过程中得以涌现的。

脑科学被认为是下一次产业革命。盛大的创始人陈天桥与夫人从2016年成立TCCI,计划连续10年每年捐献1亿支持脑科学研究。不久前陈天桥在接受采访时曾表示,下一次产业革命的突破在于认知科学的突破,认知科学突破的目的则在于“从根本上了解欲望的本质,揭开大脑这个黑盒子,理解人类感知、决策的过程,让科技真正从讨好大脑、欺骗大脑发展到破解大脑。”

责任编辑:马利亚


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