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脑机交互愈演愈烈,Neuralink的大脑植入技术或将成为催化剂

2019-8-14 13:43:25来源:大数据文摘微信公众号作者:楚阳、橡树_Hiangsug、易琬玉责编:阿迷评论:

埃隆·马斯克在7月16号公开发表声明:其创立的公司Neuralink计划于明年实现在瘫痪者的脑中植入电极。该公司的初衷是研发有助于行动或沟通障碍人群的辅助技术。这一则公告引起了社会各界的广泛关注。

▲现有的脑机接口致力于帮助那些移动或沟通有障碍的人恢复身体机能

如果你没关注这个领域的发展,可能会觉得通过脑机接口让人可以用思维控制机械臂听起来像是科幻小说,但是科学家和工程师们使之成为了现实。

实际上,脑机接口的核心原理很简单。在你的大脑中,被称之为神经元的精密细胞之间不停地互相发送和接受信号,你的所思、所为、所感都不过是这800亿左右的神经元交互的结果而已。

如果在一个神经元旁边埋上一根细线,你就可以记录它的电化学活动并将其发送给电脑。只要从大脑中的特定区域记录足够多的电化学信号,你就可以仅凭思考或简单的移动来控制电脑、机器人或是任何你想控制的其他东西。

但这是一项巨大的技术挑战,尤其是搞定记录数以百万计的神经元。

NEURALINK公司带来了什么?

2017年,埃隆·马斯克创立了Neuralink,该公司便致力于解决这些挑战,以提高植入神经接口的标准。

或许Neuralink系统最强有力的武器就是其渠道的广度和深度。

脑机接口的建立本质上是跨学科的,它需要来自于微电子系统设计与加工、可植入材料、手术方法、电子学、封装学、神经科学、算法、医学、问题监管等多学科的专业知识,而Neuralink建立了一个涵盖大多数(几乎全部)上述领域的团队。

▲指尖级别的线程(thread)大小,Neuralink

凭借这些专业知识,Neuralinks推动了这一领域的发展,并加速了自身的技术进步。比如,他们称之为“线程”的电极非常小而柔软,许多科学家正尝试着利用这一特点使得植入大脑后的排异反应最小。Neuralink还研发出了高性能的微电子产品——这是脑机接口的又一重点领域。

然而,经常被学术界忽视的问题是,如何将整个系统有效地植入到大脑中。

实现Neuralink的脑机接口需要一台外科手术,毕竟和神经元亲密接触的植入电极优于贴在脑壳上的非入侵式电极。因此,如何最小化将设备植入大脑的外科手术风险变成了一个关键问题。

▲把“线程”植入大脑的“缝纫机”,Neuralink

Neuralink最震撼的发布就是,他们创造了一个拥有3000个电极的神经接口,这些电极可以以每分钟30-200个的速度嵌入到大脑中。每一根连到电极上的“线程”都是由一个精密的外科机器人像缝纫机一样缝上去的,且这一过程要特意避免碰到遍布大脑表面的血管;与之相关的机器控制技术和成像技术是这种设备的关键所在,因此备受青睐。

虽然Neuralink认识到要将这项技术应用到临床上的患者仍面临许多挑战,但是他们已经在认真考虑这些挑战并试图研发出在临床上完全可行的整套脑机接口。目前这一领域还鲜有人涉足。

多少个电极才够仿真人?

利用数以千计的电极实现设备可植入的需求不仅限于私营公司,美国国防部高级研究计划局(DARPA),美国国立卫生研究院大脑倡议(NIH BRAIN Initiative)和国际财团正致力于用数以万计的电极来记录和刺激大脑。但是,面对来自1000、3000甚至100000个神经元的信息,科学家们能做些什么呢?

在某种程度上,配备更多电极的设备其实是不必要的。对计算机的访问和通讯的有效控制,控制机械臂的抓取和移动,以及瘫痪的肌肉已经在人类身上实现,而且这些领域已经被研究了很多年了。

20世纪90年代以来,由美国Blackrock Microsystems公司制造的只有100个电极的多通道神经电极成为了神经科学和临床研究的关键设备。该电极阵列经美国食品及药物管理局(FDA)批准用于临时的神经记录。

尽管将电极寿命延长至5年以上将是一项巨大的进步,但目前来看,脑机接口发展所遇到的最大的问题还是在于连接器、电子工程和系统工程,而非植入电极本身。随着研究的深入,我们可能会发现,制约计算机和机器人控制精度的是科学家对神经密码解读而非植入电极的数量。

▲脑机接口可以将大脑信号转换为控制机械臂的命令。UPMC/Pitt Health Sciences, CC BY-NC-ND

即使是目前最先进的植入系统,或者说是科学家们可以设想的最理想的系统也可能达不到熟练操作的要求。尽管Neuralink一直致力于研发更优秀的脑机接口,希望可以改善那些在运动和沟通方面有障碍人群的生活品质。但眼下,马斯克想要用脑机接口将人的大脑和AI融合的愿景还遥不可及。

因此,Neuralink和其他研究可植入脑机接口的团队在未来会走向何处呢?拥有更多电极且寿命更长的设备和短小精悍的无线电子设备的结合将是不可阻挡的趋势。然而,仅有优良的设备是不够的,如果科学家们想要更深刻地认识大脑,兑现通过脑机接口改善人类生活品质的承诺,不仅需要来自于公众或私人对公司或科学实验室的长期投资,还需要各个团队形成共享数据和技术的新型合作体系。

与此同时,学者们要时刻关注前沿的神经科学技术对未来社会的影响——对此,伦理学和监管部门仍扮演着重要的角色。但是,脑机接口会成为一项真正的革命,它会帮助更多的人克服由于疾病或创伤带来的大脑和身体的限制。

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关键词:脑机接口马斯克

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