腦機(jī)接口系統(tǒng)是什么 腦機(jī)接口系統(tǒng)怎么實(shí)現(xiàn)的

硅谷明星馬斯克再度成為科技圈的焦點(diǎn)。這一次，他旗下的神經(jīng)科學(xué)公司Neuralink宣布了成立以來(lái)的一項(xiàng)重要成果——一個(gè)可擴(kuò)展的高帶寬腦機(jī)接口系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一個(gè)類似縫紉機(jī)的機(jī)器人和一些粗細(xì)只有4至6微米、比人類頭發(fā)絲還細(xì)的線路組成。Neuralink的目標(biāo)是在癱瘓患者體內(nèi)中植入腦機(jī)接口設(shè)備，使他們能夠用大腦控制手機(jī)或計(jì)算機(jī)。

馬斯克聲稱，這套裝置將是對(duì)當(dāng)前技術(shù)水平的重大改進(jìn)。這個(gè)設(shè)備與大腦連接的電極數(shù)量是FDA批準(zhǔn)的、用于帕金森氏病患者裝置的1000倍。他希望，未來(lái)，植入腦機(jī)接口芯片的過(guò)程可以像眼科的準(zhǔn)分子激光手術(shù)一樣簡(jiǎn)單。

據(jù)悉，Neuralink將尋求美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）的批準(zhǔn)，最早于2020年開(kāi)始對(duì)人類進(jìn)行臨床試驗(yàn)。

縫紉機(jī)器人

柔性電線和縫紉機(jī)器人

7月16日，在舊金山的一個(gè)公開(kāi)活動(dòng)中，馬斯克帶來(lái)了神經(jīng)科學(xué)公司Neuralink在腦機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的最新突破。為了這次重要發(fā)布，6天前，Neuralink特地在推特上做了預(yù)告，表示公司將在本周二宣布近兩年的工作成果。

首先被公布的是Neuralink為腦機(jī)接口系統(tǒng)特制的、由微小電極或傳感器連接的柔性電線（thread）。據(jù)稱，這種電線寬度僅為4至6微米，對(duì)大腦損害小且能傳輸更多數(shù)據(jù)。Neuralink腦機(jī)接口系統(tǒng)共有3072個(gè)電極，分布在大約100根柔性電線上，每根電線都由一個(gè)定制的、類似縫紉機(jī)的外科機(jī)器人單獨(dú)插入老鼠的大腦中。

為了把如此細(xì)微的電線精準(zhǔn)地植入大腦，Neuralink研制了一款配套的神經(jīng)外科機(jī)器人系統(tǒng)。我們可以把它想象成一個(gè)“縫紉機(jī)”，在高端光學(xué)設(shè)備的幫助下，“觀察”頭骨上人為制造的、4個(gè)直徑為8毫米的微小孔洞，把電線“精準(zhǔn)”植入大腦。

此外，Neuralink還定制了一款微小芯片，可以通過(guò) USB-C 的有線連接方式傳輸數(shù)據(jù)。

一個(gè)完全植入式的神經(jīng)接口通過(guò)細(xì)線與大腦相連。

據(jù)Neuralink稱，該裝置一次可以監(jiān)測(cè)1000多個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)。而且，這些元件足夠堅(jiān)固，能夠通過(guò)大腦組織。與此同時(shí)，在鏡片和計(jì)算機(jī)視覺(jué)軟件的幫助下，機(jī)器人可以避免撞擊血管，減少大腦損傷和疤痕組織的形成。

目前的手術(shù)方案是采用鉆孔的方式在頭骨打洞，但Neuralink的科學(xué)家在接受《紐約時(shí)報(bào)》采訪時(shí)表示，未來(lái)，他們希望使用激光技術(shù)制造手術(shù)所需的孔洞。

已完成19次動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，最早2020年開(kāi)始人類臨床試驗(yàn)

據(jù)Neuralink在7月16日發(fā)布的白皮書顯示，目前，這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)對(duì)老鼠進(jìn)行了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。研究人員完成了至少19次手術(shù)，并在87%的情況下成功地放置了電線。

馬斯克在問(wèn)答環(huán)節(jié)中透露，Neuralink還與加州大學(xué)戴維斯分校的科學(xué)家合作，對(duì)猴子進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。他表示，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)靈長(zhǎng)類動(dòng)物能夠通過(guò)大腦來(lái)控制計(jì)算機(jī)。

Neuralink的神經(jīng)外科主任Matthew McDougall博士對(duì)英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》介紹，Neuralink計(jì)劃就其設(shè)備的一個(gè)版本向FDA申請(qǐng)批準(zhǔn)，以期最早在2020年開(kāi)始人類臨床試驗(yàn)。該版本的設(shè)備“只適用于嚴(yán)重的未被治療的疾病患者”。第一個(gè)臨床試驗(yàn)將針對(duì)因脊髓上部損傷而完全癱瘓的人群，并將在患者的大腦中鉆4個(gè)8毫米的孔，共安裝4個(gè)Neuralink的植入物。這些植入物會(huì)記錄大腦活動(dòng)，將大腦信號(hào)傳遞給植入在耳后的一個(gè)小裝置。該裝置能夠把數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。

Neuralink的第一個(gè)腦機(jī)接口效果圖

Neuralink聯(lián)合創(chuàng)始人兼總裁馬克斯·霍達(dá)克（Max Hodak）表示，第一次手術(shù)將在全身麻醉的情況下進(jìn)行，但他希望未來(lái)可以使用局部麻醉。

腦機(jī)接口技術(shù)與Neuralink

腦機(jī)接口指的是將大腦以某種形式與外部設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)腦電波信號(hào)與相關(guān)指令信號(hào)間的轉(zhuǎn)換。這種方式已經(jīng)被證明可以用來(lái)控制外部機(jī)械設(shè)備。

腦機(jī)接口主要分為侵入式和非侵入式兩種形式。侵入式的腦機(jī)接口系統(tǒng)，需要通過(guò)手術(shù)在腦部植入芯片和電極。這種操作方式需要大量的醫(yī)學(xué)知識(shí)，通常只能應(yīng)用于少數(shù)臨床病例。

馬斯克此次推出的就是侵入式系統(tǒng)。這意味著，這項(xiàng)系統(tǒng)在植入過(guò)程中需進(jìn)行開(kāi)顱手術(shù)，因而可能會(huì)有腦部感染的風(fēng)險(xiǎn)。

用于將電極插入大腦的Neuralink機(jī)器人系統(tǒng)

在非侵入式腦機(jī)接口方面，2019年7月，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)與明尼蘇達(dá)大學(xué)合作，取得了一項(xiàng)腦機(jī)接口領(lǐng)域的突破成果。研究人員利用無(wú)創(chuàng)神經(jīng)成像技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)研發(fā)了一種新型腦機(jī)接口。實(shí)驗(yàn)中，使用新型腦機(jī)接口的人類受試者以無(wú)創(chuàng)的方式控制機(jī)械臂，機(jī)械臂以一條平滑、連續(xù)的路徑跟蹤計(jì)算機(jī)屏幕上的光標(biāo)。研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在不久的將來(lái)進(jìn)行臨床試驗(yàn)。

除了侵入與非侵入式的路徑之爭(zhēng)，腦機(jī)接口技術(shù)還存在一些倫理問(wèn)題。有專家認(rèn)為，對(duì)腦機(jī)接口技術(shù)“人類應(yīng)該慎之又慎”。

以腦機(jī)接口為主要研究方向的Neuralink創(chuàng)立于2017年，匯集了一批來(lái)自頂尖大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家。公司的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)人腦與人工智能軟件互聯(lián)。

Neuralink在媒體上曝光不多，顯得頗為神秘。目前，Neuralink規(guī)模為100人左右，共籌集資金超過(guò)1.5億美元。其中，聯(lián)合創(chuàng)始人馬斯克至少出資1億美元。

2019年 5 月，Neuralink 完成了5100 萬(wàn)美元融資。

據(jù)悉，馬斯克此番宣布公司重要進(jìn)展的一個(gè)目的是為公司繼續(xù)招攬人才。