馬斯克：人類首次接受腦機(jī)接口芯片植入，植入者恢復(fù)良好

1月30日消息，Neuralink創(chuàng)始人埃隆·馬斯克在社交媒體平臺(tái)X上宣布，人類首次接受腦機(jī)接口（Neuralink）芯片植入，植入者恢復(fù)良好。

1月29日，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院趙國(guó)光教授團(tuán)隊(duì)、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院洪波教授團(tuán)隊(duì)召開無(wú)線微創(chuàng)腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)階段進(jìn)展總結(jié)會(huì)，宣布全球首例植入式硬膜外電極腦機(jī)接口輔助治療頸髓損傷引起的四肢截癱患者行為能力取得突破性進(jìn)展。

無(wú)線微創(chuàng)植入腦機(jī)接口NEO系統(tǒng)及其體內(nèi)機(jī)

無(wú)線微創(chuàng)植入腦機(jī)接口NEO（Neural Electronic Opportunity）首例臨床植入試驗(yàn)，將兩枚硬幣大小的腦機(jī)接口處理器通過神經(jīng)外科醫(yī)生的操作植入高位截癱患者顱骨中，成功采集感覺運(yùn)動(dòng)腦區(qū)顱內(nèi)神經(jīng)信號(hào)。手術(shù)后10天患者出院回家。居家使用時(shí)，體外機(jī)隔著頭皮給體內(nèi)機(jī)供電，并接收腦內(nèi)的神經(jīng)信號(hào)，傳送到電腦或者手機(jī)上，實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口通信。

首例植入大腦硬膜外芯片后高位截癱患者通過無(wú)線微創(chuàng)腦機(jī)接口成功實(shí)現(xiàn)腦控抓握

Neuralink，是馬斯克在2016年與多名科學(xué)家一同創(chuàng)辦的腦科學(xué)公司。顧名思義，這家公司的主要研究方向就是腦機(jī)接口——通過研發(fā)一種能夠植入大腦的設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)“人腦與機(jī)器交互”。去年的融資情況顯示，Neuralink的估值已高達(dá)50億美元（約合人民幣359億元）。

所謂“腦機(jī)接口”，就是通過在大腦中植入微小的電極，利用電流讓計(jì)算機(jī)和腦細(xì)胞產(chǎn)生互動(dòng)。2019年馬斯克發(fā)布了首款產(chǎn)品，其原理是用激光在頭骨上鉆孔，然后再避開大腦血管、將一條線路植入腦中。2020年8月，為了對(duì)腦機(jī)接口的效果進(jìn)行驗(yàn)證，研究人員在三只豬的體內(nèi)植入了設(shè)備，馬斯克在直播時(shí)向觀眾展示了小豬大腦活動(dòng)的實(shí)時(shí)傳輸。

據(jù)馬斯克介紹，Neuralink正在設(shè)計(jì)一種將大腦信號(hào)轉(zhuǎn)化為行動(dòng)的設(shè)備，將首先專注于兩個(gè)應(yīng)用：一是恢復(fù)人類視力，二是幫助無(wú)法移動(dòng)肌肉的人控制智能手機(jī)等設(shè)備，甚至恢復(fù)脊髓受損者的全身功能。

Neuralink公司人體試驗(yàn)精確機(jī)器人植入腦機(jī)接口的目標(biāo)，是尋找22歲及以上、漸凍癥（因脊髓損傷或肌萎縮側(cè)索硬化癥）導(dǎo)致四肢癱瘓、且傷后至少一年未見好轉(zhuǎn)的試驗(yàn)參與者，初步目的是讓癱瘓人士?jī)H用意念就能操作計(jì)算機(jī)光標(biāo)或鍵盤。

從馬斯克公司腦機(jī)接口項(xiàng)目操作流程看，手術(shù)將由機(jī)器人“R1”操作植入物“N1”植入大腦區(qū)域。約15分鐘植入完成后，“N1”內(nèi)的芯片將用于記錄大腦信號(hào)并將其無(wú)線傳輸?shù)絅euralink的解碼運(yùn)動(dòng)意圖應(yīng)用程序。應(yīng)用程序解碼大腦信號(hào)后，通過藍(lán)牙連接來控制外部設(shè)備?；颊邉t使用Neuralink應(yīng)用程序并通過藍(lán)牙連接來控制外部鼠標(biāo)和鍵盤，從而去做自己想做的事。

從外觀上看，植入物“N1”只有一枚硬幣大小，內(nèi)部小型電池可以通過一個(gè)袖珍的感應(yīng)式充電器從外部無(wú)線充電。Neuralink官網(wǎng)介紹稱：“完全可植入，在外觀上看不見，可以讓你隨時(shí)隨地控制電腦或移動(dòng)設(shè)備?！?/p>

植入物“N1”

圖片、資料來源：Neuralink官網(wǎng)

機(jī)器人“R1”的關(guān)鍵部分則在于頭部和針狀物，頭部包含5個(gè)攝像系統(tǒng)的光學(xué)器件和傳感器，以及光學(xué)元件；針狀物比人的頭發(fā)還細(xì)。Neuralink表示，“R1”能夠可靠有效地將“N1”的細(xì)線準(zhǔn)確插入需要的位置，而這靠人手是無(wú)法做到的。

圖片、資料來源：Neuralink官網(wǎng)

去年獲得人體試驗(yàn)批準(zhǔn)

Neuralink2023年9月19日宣布，該公司已獲得一個(gè)獨(dú)立審查委員會(huì)的批準(zhǔn)，將進(jìn)行首次人體試驗(yàn)，對(duì)癱瘓患者的大腦植入設(shè)備。據(jù)Neuralink聲稱，這項(xiàng)人體試驗(yàn)為期六年，參與者將首先參加一項(xiàng)為期18個(gè)月的研究，在那之后，他們將每周至少花兩個(gè)小時(shí)進(jìn)行腦機(jī)接口方面的研究。

去年9月，Neuralink開始為其首次人體實(shí)驗(yàn)招募人員。馬斯克的傳記作者之一，Ashlee Vance指出，Neuralink目標(biāo)是在2024年為11人進(jìn)行手術(shù)，到2030年為超過2.2萬(wàn)人手術(shù)。根據(jù)Neuralink 去年10月4日回復(fù)《每日經(jīng)濟(jì)新聞》的采訪郵件，公司正在招募的患者疾病包括四肢癱瘓、截癱、聽力損失、大截肢和白內(nèi)障。

馬斯克稱，希望找到因脊髓損傷或漸凍癥而四肢癱瘓的患者優(yōu)先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。Vance表示，外科醫(yī)生需要幾個(gè)小時(shí)進(jìn)行顱骨切除手術(shù)，然后機(jī)器人在25分鐘的時(shí)間內(nèi)插入Neuralink的設(shè)備以及約64根不同螺紋組成的超薄電極陣列。該裝置將取代被移除的顱骨。Vance還補(bǔ)充稱，電線非常細(xì)，大約只相當(dāng)于人類頭發(fā)寬度的十四分之一。

值得一提的是，在人體臨床試驗(yàn)申請(qǐng)成功前，Neuralink已分別在豬和猴子身上做了相關(guān)試驗(yàn)，并引發(fā)轟動(dòng)。

2021年4月，Neuralink發(fā)布了一段視頻，展示一只植入其設(shè)備的猴子通過心靈感應(yīng)玩電子游戲，以此展示研究團(tuán)隊(duì)在大腦控制研究上的重大突破。

據(jù)央視財(cái)經(jīng)，視頻中的獼猴名叫帕格，在視頻拍攝前植入了腦機(jī)接口。最初，研究團(tuán)隊(duì)教帕格使用游戲操縱桿玩游戲，并通過金屬吸管喂香蕉奶昔獎(jiǎng)勵(lì)它。在這一階段，腦機(jī)設(shè)備記錄了哪些神經(jīng)元被激活，對(duì)帕格神經(jīng)活動(dòng)與預(yù)期運(yùn)動(dòng)方向之間建模，實(shí)現(xiàn)“腦機(jī)連接”。

雖然，腦機(jī)接口公司Neuralin幾個(gè)月前才開始進(jìn)行人體試驗(yàn)，對(duì)癱瘓患者的大腦植入設(shè)備。而“腦機(jī)接口”若能幫助失去視力的人重見光明，也將是載入人類文明史冊(cè)的重要突破。

根據(jù)美國(guó)國(guó)家眼科研究所的數(shù)據(jù)顯示，與視覺相關(guān)的嚴(yán)重疾病正處于長(zhǎng)期上升的趨勢(shì)中，目前美國(guó)大約有130萬(wàn)盲人和290萬(wàn)弱視患者，這兩個(gè)數(shù)字有可能到2030年將增長(zhǎng)至220萬(wàn)和500萬(wàn)。

腦機(jī)接口如何讀取信息？

腦機(jī)接口正在小眾的發(fā)育中，從以上案例不難看出，醫(yī)療是其第一個(gè)也是離商業(yè)化最近的應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)階段可用于帕金森疾病、癲癇、輕度認(rèn)知障礙、阿爾茨海默病、焦慮障礙、抑郁障礙、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙和強(qiáng)迫癥等的治療康復(fù)。

腦機(jī)接口要怎么讀取信息呢？目前有三種主流方式，一是侵入式，把電極直接插入到大腦里面，跟大腦神經(jīng)比較靠近，準(zhǔn)確度比較高；第二種是無(wú)創(chuàng)式，電極在頭骨頭皮外面，通過極其微弱的腦信號(hào)讀取信息，與大腦神經(jīng)元離得遠(yuǎn)信號(hào)容易失真，解碼難度高，準(zhǔn)確性也會(huì)差一點(diǎn)；第三種是以上兩種的中庸之道半侵入式，不用將電極埋入大腦皮層，安置在顱骨處即可，同時(shí)兼顧準(zhǔn)確性和安全性。

圖注：三種主流方式和典型的腦機(jī)接口傳感器

腦機(jī)接口技術(shù)的實(shí)現(xiàn)離不開硬件的支持，腦機(jī)接口技術(shù)通過將電極植入人類大腦，來監(jiān)測(cè)和解讀人腦的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)據(jù)。這樣，就可以實(shí)現(xiàn)人類大腦與計(jì)算機(jī)的無(wú)縫連接，從而實(shí)現(xiàn)腦機(jī)融合。用癲癇舉例，在大腦病灶位置植入電極，電極搜集信息，并通過微處理器來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)病人的腦電波活動(dòng)，當(dāng)芯片監(jiān)測(cè)到癲癇發(fā)作前的異常腦電的時(shí)候，給予一個(gè)電的刺激來抑制癲癇的發(fā)作。

要實(shí)現(xiàn)這些天馬行空，需要將這些芯片落實(shí)到位：

1、電極芯片：主要用于從大腦中讀取電信號(hào)，用于控制外部設(shè)備。

2、神經(jīng)解碼芯片：可以將大腦發(fā)出的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為可理解的指令，實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的信號(hào)解碼。

3、信號(hào)處理芯片：可以對(duì)來自電極芯片和神經(jīng)解碼芯片的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的計(jì)算和處理，機(jī)器學(xué)習(xí)等復(fù)雜算法，從而實(shí)現(xiàn)更高精度、更高效的腦機(jī)接口系統(tǒng)。

4、干擾源芯片：用于采集人腦放電信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行干擾消除和濾波處理，以提高信號(hào)質(zhì)量和可靠性。

5、放大器芯片：對(duì)干擾源芯片采集到的信號(hào)進(jìn)行放大處理，以增強(qiáng)信號(hào)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，提高信號(hào)的分辨率和精度。

大腦是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的器官，其中至少860億個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元又有上千個(gè)連接，由此形成的巨大網(wǎng)絡(luò)。Neuralink進(jìn)入臨床的N1植入物（腦機(jī)芯片）的64根導(dǎo)線，比頭發(fā)絲還細(xì)，其上分布著1024個(gè)電極，可以直接連接神經(jīng)元，記錄神經(jīng)活動(dòng)。也就是說。這一設(shè)備最多可以同時(shí)監(jiān)測(cè)1024通道神經(jīng)元的活動(dòng)，而這只是人腦內(nèi)神經(jīng)元總數(shù)的上億分之一。

根據(jù)中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所副所長(zhǎng)、腦虎科技創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家陶虎在一次科普活動(dòng)上所說，電極數(shù)量至少要到10萬(wàn)數(shù)量級(jí)，腦機(jī)接口在應(yīng)用層面才能有實(shí)質(zhì)上的進(jìn)展。目前看來，還有一定的距離。

其次，大腦的信息量是相當(dāng)龐大的，精確處理如此龐大的數(shù)據(jù)量需要強(qiáng)大的計(jì)算能力，而這個(gè)計(jì)算并不是簡(jiǎn)單的叫AI芯片或者GPU去不停計(jì)算就能做到的，對(duì)于芯片在大腦內(nèi)搜集到的信息需要做好輸入和輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系，才能使腦機(jī)接口的運(yùn)作實(shí)現(xiàn)閉環(huán)。

讓芯片在人體內(nèi)安全穩(wěn)定的運(yùn)行更是困難，要實(shí)現(xiàn)大腦的深度植入的話，芯片必須要極小，10微米可能是一個(gè)最低界限值。否則的話，其將可能引起植入物周圍組織的感染。

再一個(gè)是芯片的低功耗要求更高。因?yàn)榍秩胧绞巧钊肴舜竽X，芯片在體內(nèi)停留時(shí)間越長(zhǎng)越好，畢竟沒有人想要過幾年就又開一次刀，而且過多頻次的更換可能會(huì)引起其他問題。所以，芯片需要在體內(nèi)盡量長(zhǎng)時(shí)間的停留，目前來說電極絲的壽命也僅僅只有數(shù)年。作為一個(gè)新生事物，其能在體內(nèi)停留多久，會(huì)不會(huì)受某些因素導(dǎo)致電極壽命縮短，還是一個(gè)尚待觀察的問題。

值得關(guān)注的腦機(jī)接口芯片企業(yè)

審核編輯 黃宇