腦機(jī)接口新進(jìn)展!用意念控制電腦還有多遠(yuǎn)

旗下有電動(dòng)汽車公司Tesla、火箭公司SpaceX、太陽能公司SolarCity、超級(jí)高鐵Hyperloop等企業(yè)的馬斯克總能給世界帶來驚喜。幾天前，馬斯克投資 1 億美元的神經(jīng)科學(xué)公司 Neuralink 公司公布了最新腦機(jī)接口裝置進(jìn)展，一種“像縫紉機(jī)一樣”的機(jī)器人，能夠?qū)⒊w細(xì)的線植入大腦深處，該系統(tǒng)最終將能夠讀寫大量信息。

據(jù)透露，該公司已開始在老鼠身上進(jìn)行測試。馬斯克在發(fā)布會(huì)后接受媒體記者采訪時(shí)表示，Neuralink團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功地讓一只猴子通過大腦控制電腦。Neuralink 的總裁霍達(dá)克 （Max Hodak） 表示，該公司將爭取 FDA 的批準(zhǔn)，最早于明年開始人體臨床試驗(yàn)。Neuralink到底突破了什么？我們用意念控制電腦還有多遠(yuǎn)？

腦機(jī)接口（brain-computer interface，BCI）是指在人或動(dòng)物腦（或者腦細(xì)胞的培養(yǎng)物）與外部設(shè)備間建立的直接連接通路。換句話說，就是用意念控制機(jī)器，這意味著人與機(jī)器的主要交互方式，除手工輸入、語音交互外，還可通過大腦向機(jī)器直接發(fā)指令。腦機(jī)接口，在神經(jīng)假體、神經(jīng)反饋訓(xùn)練、腦狀態(tài)監(jiān)測等教育、醫(yī)療、康復(fù)等領(lǐng)域有大量的應(yīng)用場景。目前，腦機(jī)接口技術(shù)可以分為兩類：一類是侵入式，如在大腦中植入芯片；另一類為非侵入式，如戴上可以采集腦電波的頭盔或帽子。

Neuralink所做的是侵入式腦機(jī)接口。從發(fā)布會(huì)介紹的信息來看，Neuralink主要發(fā)布了四個(gè)方面的技術(shù)，一是線程（Threads），來自美國國家實(shí)驗(yàn)室的Vanessa Tolosa研發(fā)的單根多觸點(diǎn)柔性電極。二是機(jī)器人（Robots），將Threads植入皮層的手術(shù)機(jī)器人。三是元件（Electronics），將記錄到的信號(hào)進(jìn)行濾波，數(shù)模轉(zhuǎn)換和脈沖檢測的電子元件，代表技術(shù)為DJ Seo的N1傳感器，DJ Seo之前在加州大學(xué)伯克利分校做Neural dust項(xiàng)目。四是算法（Algorithms），腦機(jī)接口算法，由加利福尼亞大學(xué)舊金山分校Philip Sabes教授開發(fā)。

馬斯克表示，Neuralink 的腦機(jī)接口植入技術(shù)計(jì)劃實(shí)現(xiàn)三大目標(biāo)：在保證安全性和可持續(xù)性的情況下，逐步提高讀取和寫入的神經(jīng)元數(shù)量。在每個(gè)階段，為有著急切醫(yī)療需求的病患生產(chǎn)設(shè)備。讓腦機(jī)接口手術(shù)如激光近視手術(shù)一樣簡單和自動(dòng)化。Neuralink 新產(chǎn)品的最終目標(biāo)是在截癱病人身上植入設(shè)備，幫助其控制手機(jī)或電腦。

北京大學(xué)電子系博士后陳冠楠對(duì)《中國電子報(bào)》記者表示：“腦機(jī)接口如果真的能幫助癱瘓病人回到世界中，是很有意義的。我見過一些這種病人感覺他們就像是被鎖在了自己的身體里，非常可憐，馬斯克愿意在早期探索這個(gè)技術(shù)，是在為后人填坑，應(yīng)該說是壯舉?！?/p>

資料顯示，在Neurallink開發(fā)出腦機(jī)接口之前，布朗大學(xué)曾開發(fā)了名為BrainGate的腦機(jī)接口。相比BrainGate，Neuralink的電極通道更多，這意味著可以收集到更多的大腦數(shù)據(jù)，而且Neuralink的線比 Utah Array更軟，能夠減少硬材質(zhì)在長期使用中的問題，也因?yàn)楦?xì)更軟，植入變得更為困難。Neurallink開發(fā)的神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人，能夠閃避開血管的位置，減少大腦產(chǎn)生炎癥反應(yīng)。

關(guān)于Neurallink腦機(jī)接口裝置的進(jìn)展，中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所國家專用集成電路設(shè)計(jì)工程技術(shù)研究中心副主任、研究員張志偉在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，Neurallink腦機(jī)接口系統(tǒng)所用的核心技術(shù)，比如高密度、生物相容性好的柔性電極，專用低功耗腦機(jī)接口處理芯片等都是近幾年相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。這次發(fā)布體現(xiàn)了整體解決方案上高水平的綜合集成，多項(xiàng)技術(shù)都在以往基礎(chǔ)上有了長足的進(jìn)步。其在電極植入方式上還提出了創(chuàng)新的思路，并且發(fā)明了專用的設(shè)備加以實(shí)現(xiàn)，令人印象深刻。

“這一方向的技術(shù)進(jìn)步將有力推動(dòng)腦科學(xué)的研究。以毫秒量級(jí)的時(shí)間分辨率同時(shí)觀察并調(diào)控成千上萬個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)，將可能帶來腦科學(xué)研究范式的變化，從以往注意單個(gè)或是較少數(shù)量神經(jīng)元的研究，轉(zhuǎn)變到理解大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)與信息處理和腦功能的關(guān)系上來?！敝锌圃鹤詣?dòng)化所模式識(shí)別國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、腦網(wǎng)絡(luò)組北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任余山在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)說。

余山進(jìn)一步表示，目前的發(fā)布是一個(gè)階段成果的展示，離實(shí)用還有很長距離，還有很多技術(shù)的困難要克服，比如需要驗(yàn)證植入電極長期使用的安全性和有效性，需要進(jìn)一步發(fā)展微創(chuàng)的植入方法，需要開發(fā)更加準(zhǔn)確的神經(jīng)編解碼算法。在電子系統(tǒng)方面，目前的版本尚未做到植入式，主要是芯片尚未實(shí)現(xiàn)全植入情況下的高數(shù)據(jù)傳輸速率和無線供電。

贛鄱基因創(chuàng)始人兼CEO殷偉榮認(rèn)為：“該解決方案需要進(jìn)一步結(jié)合生物信息學(xué)，就像23andMe公司，否則沒有意義。”23andMe是一家DNA鑒定公司，用戶將自己的唾液郵寄給該公司就可以獲得一份在線的DNA報(bào)告。

關(guān)于Neurallink與生物信息學(xué)的結(jié)合，余山的判斷是目前還沒有看到這項(xiàng)技術(shù)與生物信息學(xué)結(jié)合的點(diǎn)，以后可能需要個(gè)體化的腦機(jī)接口系統(tǒng)，但是這個(gè)更多的是受到電極植入位置和所記錄的細(xì)胞等較為隨機(jī)的因素的影響，更有可能是通過個(gè)體化的人機(jī)結(jié)合訓(xùn)練來實(shí)現(xiàn)，而不是通過個(gè)體基因的檢測與分析。

張志偉認(rèn)為，目前腦科學(xué)面臨挑戰(zhàn)。在實(shí)驗(yàn)方面，缺乏大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)精確記錄和調(diào)控的手段；在理論方面，還需要進(jìn)一步發(fā)展相關(guān)的數(shù)學(xué)和計(jì)算的理論框架，用于理解各種腦功能是如何從海量的神經(jīng)元的相互作用過程中得以涌現(xiàn)的。

腦科學(xué)被認(rèn)為是下一次產(chǎn)業(yè)革命。盛大的創(chuàng)始人陳天橋與夫人從2016年成立TCCI，計(jì)劃連續(xù)10年每年捐獻(xiàn)1億支持腦科學(xué)研究。不久前陳天橋在接受采訪時(shí)曾表示，下一次產(chǎn)業(yè)革命的突破在于認(rèn)知科學(xué)的突破，認(rèn)知科學(xué)突破的目的則在于“從根本上了解欲望的本質(zhì)，揭開大腦這個(gè)黑盒子，理解人類感知、決策的過程，讓科技真正從討好大腦、欺騙大腦發(fā)展到破解大腦?！?/p>