大腦的電子設(shè)備，腦機(jī)接口的狀況

在本文中，既涵蓋了與連接器和電纜裝配行業(yè)相關(guān)的主題，也包含了每個可想到的應(yīng)用中針對電子設(shè)備中的當(dāng)前挑戰(zhàn)的最新技術(shù)和最佳解決方案。我們將了解未來（也許是遙遠(yuǎn)的未來）連接器和線纜一個特定應(yīng)用：腦機(jī)接口。

工具一直是我們?nèi)祟惻c生俱來能力的延伸，計算機(jī)也沒有什么不同。網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)，就像那些通過互聯(lián)網(wǎng)連接起來的計算機(jī)一樣，把人類能力的延伸帶到了另一個層次，在那里，數(shù)十億人的頭腦能夠在彼此之間分享思想和信息。雖然網(wǎng)絡(luò)非常有用，但它仍然依靠一種古老的技術(shù)來解讀信息流：語言。我們認(rèn)為這是理所當(dāng)然的，但卻非常麻煩?；ヂ?lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施中真正的瓶頸不是任何電子部分，而是人類的大腦、神經(jīng)和眼球等，這些負(fù)責(zé)解讀和理解互聯(lián)網(wǎng)信息的器官。

如果有一種技術(shù)可以直接將頭腦連接在一起，繞過語言，那會是什么情景？毫不奇怪，伊隆·馬斯克(ElonMusk)是最早真正認(rèn)真對待這一想法的人之一。2016年，他啟動了Neuralink項目，該項目旨在大腦和計算機(jī)之間建立這樣的直接聯(lián)系，如果你愿意的話，可以創(chuàng)建一個腦機(jī)接口。自公司成立以來，人們對該公司的活動了解不多，但圍繞將數(shù)字電子產(chǎn)品直接連接到大腦的技術(shù)挑戰(zhàn)進(jìn)行了一些有趣的討論，在這種方式下，信息也許可以更有效地交流。

大腦的電子設(shè)備

在他的博客“Wait But Why”中，蒂姆·厄本（Tim Urban）詳細(xì)討論了這些技術(shù)挑戰(zhàn)，包括對大腦本身的“電子學(xué)”的調(diào)查。大腦和神經(jīng)系統(tǒng)是由神經(jīng)元及其軸突和樹突組成的一系列生物電纜組成的，這些神經(jīng)和樹突接收和傳遞整個大腦和身體的電信號。正如Urban所指出的，科學(xué)理解這些系統(tǒng)是如何在宏觀層面上很好地工作的。大腦本身的內(nèi)部運(yùn)作是另一回事，但令人驚訝的是，在神經(jīng)層面上找出大腦的電信號并不是構(gòu)建Neuralink特有的腦機(jī)接口最困難的部分。相反，最大的挑戰(zhàn)將是設(shè)計硬件本身。為什么會是這樣的挑戰(zhàn)，我們需要確切地了解Neuralink的特殊類型的腦機(jī)接口，以及當(dāng)今腦力接口的技術(shù)在什么地方。

腦機(jī)接口的狀況

事實(shí)上，大腦與機(jī)器直接交流已經(jīng)有很長一段時間了。生物假體的應(yīng)用已經(jīng)成為迄今為止最普及的腦機(jī)接口技術(shù)，這項技術(shù)使用戶能夠直接控制假肢的動作，而不需要肌肉控制。這類設(shè)備還可以取代失去的聽力和視力等。上世紀(jì)70年代，威廉·多貝爾(WilliamDobelle)博士將一種實(shí)驗性生物兼容電極植入了病人的視覺皮層，當(dāng)受到刺激時，這種電極可以讓病人看到“壓眼閃光”或燈的閃光。

自20世紀(jì)50年代末以來，耳蝸植入物用于治療感音神經(jīng)性聽力損失。這些裝置將聲音轉(zhuǎn)換為電信號，電信號直接刺激耳蝸并恢復(fù)聽力。這種腦機(jī)接口技術(shù)在近70年歷史上穩(wěn)步發(fā)展和提高。如今，來自包括Omnetics在內(nèi)的供應(yīng)商的納米微型連接器達(dá)到了小尺寸、高可靠性和耐用性的水平，既提高了現(xiàn)有設(shè)備的性能，也提高了其他腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展。Omnetics研究和制造了一些超小型和納米級微型連接器，但正如我們所看到的，即使如此超小型設(shè)計也可能難以滿足像Neuralink這樣的項目的需要。

Omnetics納米連接器（右），已經(jīng)用于像耳蝸植入物（左）。

然而，并非所有的腦機(jī)接口都用于治療。2002年，英國讀大學(xué)的教授凱文·沃里克(KevinWarwick)設(shè)計了一個叫做Braingate的腦機(jī)接口，允許體外的電子部分與他的中驅(qū)神經(jīng)相連。Warwick能夠在互聯(lián)網(wǎng)上控制機(jī)器人手臂。Warwick的項目在腦機(jī)技術(shù)上有一定的進(jìn)展，但離的Neualink的最終目標(biāo)，還差得太遠(yuǎn)。

全新的腦機(jī)接口

現(xiàn)在可以直接與人腦對接的電極能夠以不同的精度監(jiān)測或刺激1到100個單位神經(jīng)元。其他監(jiān)測以及與神經(jīng)元相互作用的方法，如功能性磁共振成像(FMRI)掃描和腦電圖(EEG)等，都不夠敏感或反應(yīng)在顆粒細(xì)胞層、單神經(jīng)元水平上測量整個大腦的活動。然而，Neuralink的目標(biāo)是與整個大腦建立神經(jīng)元級的接口。

ElonMusk的Neuralink項目可以推動納米連接器技術(shù)的創(chuàng)新。連接器越小，它在醫(yī)用腦機(jī)接口應(yīng)用中的功能就越強(qiáng)大.我們也期待全新的腦機(jī)接口早日誕生。

納米連接器

納米連接器是開發(fā)腦機(jī)接口的關(guān)鍵部件，它的體積不斷縮小，功能不斷增強(qiáng)，可幫助開發(fā)能夠直接與人腦中大約1000億個神經(jīng)元直接連接的腦機(jī)接口。

考慮到人腦中含有1000億神經(jīng)元的球行結(jié)構(gòu)，并且這個結(jié)構(gòu)處在不斷變化中。建立有效的腦機(jī)界面與每一個神經(jīng)元的工程挑戰(zhàn)立即變得清晰。與100個神經(jīng)元精確對接，即使是刺激視覺皮層以產(chǎn)生光的感覺的情況下，也和1000億神經(jīng)元直接對接有巨大的差別，即使利用這相連的成千上萬中的數(shù)十個神經(jīng)元，也能使腦機(jī)接口應(yīng)用產(chǎn)生更大的價值。

Neuralink團(tuán)隊希望電極技術(shù)將符合摩爾定律，就像晶體管技術(shù)一樣。包括Blackrock微系統(tǒng)公司在內(nèi)的一些公司正在這一領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新，而且Blackrock公司的Utah Array電極陣列設(shè)計靈活，可以連接到不同的連接器上，用于不同的應(yīng)用。

Blackrock Microsystems Cereport連接器

例如，Blackrock的Cereport連接器和相關(guān)的電纜組件適用于人類的“慢性病”治療。

2019年7月，Neuralink在舊金山加州科學(xué)院(California Academy Of Sciences)做了一次演講，該公司在會上概述了其技術(shù)的一些初步階段。Neuralink已經(jīng)開發(fā)出一種能夠?qū)?到6μm寬的電極“螺紋旋轉(zhuǎn)”插入大腦而不破壞腦血管的機(jī)器人。雖然這是這家高度保密的公司發(fā)布的一項重大技術(shù)聲明，但馬斯克承認(rèn)，此次活動主要是為了招聘人員，而Neuralink 公司面臨的絕大多數(shù)技術(shù)工程障礙仍有待克服。不管馬斯克的介紹的目的是什么，現(xiàn)在已經(jīng)宣布的微米級電極技術(shù)，預(yù)示著來自Neuralink的微型電子產(chǎn)品取得了巨大的創(chuàng)新進(jìn)展。

看起來這個技術(shù)可能就像40年代的真空管。Musk的公司似乎給行業(yè)帶來了世界變化技術(shù)的推動力。Neuralink希望能對電極和其他腦機(jī)接口產(chǎn)生類似的創(chuàng)新，但沒有人知道未來將是什么樣的技術(shù)。無論如何，在微米尺度上的小型化連接器和電纜組件以及特別是柔性醫(yī)療電子設(shè)備中的持續(xù)創(chuàng)新肯定是這幅遠(yuǎn)景中的一部分。