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马斯克现场展示脑机交互:获得了一项突破性的神经连接技术。

2020-09-04  tnhzh

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马斯克的脑机接口公司Neuralink周五披露了新进展,通过“三只小猪”的演示,科学家们展示了两个月前,他们将一种硬币大小的计算机芯片植入了猪的大脑中。这意味着人们朝着向人脑中植入芯片治愈人类疾病又迈进一步。

 Neuralink是马斯克于2016年创立的,致力于在最复杂的人脑中植入一种包含了数千个电极的无线脑机界面来治愈诸如阿尔兹海默症病、痴呆症和脊髓损伤等疾病,并最终使用人工智能与人类相融合。

  马斯克表示,植入式设备实际上是可以解决这些人类面临的问题的,比如记忆力衰退、听力下降、抑郁和失眠等。

  “这听起来有点奇怪,但是最终我们将实现与人工智能的共生。速度将会限制人类与人工智能的共生,所以建造一个使两者能够很好地结合的未来是我们的目标。”马斯克表示。

  Neuralink并不是首家进行脑机接口尝试的企业。此前,由电刺激神经和大脑区域治疗听力损伤以及帕金森病的小型设备已经使用了数十年,人脑植入芯片的项目也已经在脊髓损伤和中风患者中小规模试验。

  研究人员在猪的大脑部分植入了神经网络控制的芯片,植入芯片可以连接到显示屏上,监视其鼻子发出的信号。马斯克在直播中现场表演“遛猪”,小猪需要用麝香哄骗才肯“出镜”。当小猪闻到有香味的东西时,芯片就会采集这些大脑活动产生的信号。Neuralink还能够通过读取脑电波来增进对神经系统疾病的理解。

  Neuralink使用的是一种侵入式的脑机接口技术。脑机接口技术一直是科学努力突破的前沿技术,原理是建立人或动物大脑和外部机器设备之间的直接通路。这样大脑只要一发出信号,机器就能执行大脑传达的指令。

  据Neuralink总裁霍达克(Max Hodak)介绍,研究人员将会在脑颅上使用无痛的激光钻孔方法在人的脑颅里放置一些侵入式的材料——一种直径只有4-6微米的“线”,不到头发的四分之一,这样就能尽可能减少侵入式手术对大脑的损伤。

  多伦多大学神经科学研究员莫法特(Greame Moffat)表示:“得益于新型芯片的尺寸、便携性、电源管理以及无线的能力,Neuralink的技术进步实现了飞跃。”

  Neuralink的首席外科医生迈克杜格尔(Matthew MacDougall)表示,公司将针对瘫痪或者截肢的少量患者进行人体临床试验,但尚未披露时间表。去年马斯克曾表示,Neuralink植入装置可能于今年年初得到美国FDA的批准,对人类进行临床试验。

  科学家认为,尽管该技术取得重要进展,但在人体临床试验前,仍需要更多数据的支持。

  在美国,和Neuralink处于同一赛道的还有Kernel、Paradromics和NeuroPace等初创公司,它们都试图利用材料科学、无线连接和信号技术的进步来制造类似于Neuralink的设备。医疗器械巨头美敦力(107.861.00,0.94%)也生产用于治疗帕金森综合症、特发性震颤和癫痫患者的大脑植入设备。



Neuralink最新脑机设备。

脑机接口设备能够解决的健康问题。

你可以在一个小时内通过外科手术机器人安装一个Neuralink设备。

可无线充电、手机连接。

自动植入过程。

可以读取神经元。

今年7月,Neuralink已经从FDA获得了一项突破性的神经连接技术。






目前,人们依据脑机接口与大脑的联系紧密程度,将脑机接口分为三类:

侵入式脑机接口:

当你选择这样的脑机接口,那么你就要面对机器直接插入大脑灰质的命运。这类脑机接口能够获得高质量的神经信号,但与此同时也带来严重的免疫排斥。

目前,这种设备主要被用作治疗使用。科学家利用侵入式脑机接口重建病人的特殊感觉,恢复瘫痪病人的运动功能。

历史上主要的成功案例来自一名叫做威廉・多贝尔(William Dobelle)的科学家。1978 年,多贝尔在一名盲人的脑内植入了 68 个电极组成的阵列,这一尝试使得盲人产生了光幻视(又称眼内闪光,是视网膜受到刺激时产生的感觉)。在随后的调试中,接受这种治疗的盲人能够在有限的视野内看到低分辨率、低刷新率的点阵图像。

2002 年,接受新一代系统治疗的患者恢复了更多的视力,甚至可以在研究中心附近驾车慢速前行。同一阶段,在恢复运动功能方面,脑机接口研究也取得了显著的进展。

双目失明的延斯(Jens Naumann)在仿生眼的帮助下恢复了一定程度的视力。这样的系统用眼镜上的摄像头、腰间的电脑处理器和植入脑部的微电极阵列三部分组成。

部分侵入式脑机接口:

即那些植入颅腔但位于灰质之外的脑机接口。这其中最典型的例子是 “皮层脑电图”(ECoG),是将与常规脑电图相似的电极直接植入大脑皮层。

华盛顿大学的科学家曾利用这个技术让一名少年病人能够只靠脑电玩《太空侵略者》(也就是我们熟悉的 “小蜜蜂” 类游戏)。但研究者同时指出,利用基于皮层的脑电图实现超过一维的运动很困难。
 
非侵入式脑机接口:

顾名思义,这是指那些不需植入脑部即可发挥作用的脑机接口。脑电图就是其中最典型的应用。除此之外,脑磁图(MEG)和功能性核磁共振成像(fMRI)都是非侵入式脑机接口的例子。

目前,非侵入式脑机接口主要内容收集人类脑部活动数据进行研究,反向利用这些脑机接口作用于人脑进行治疗目的的尝试不多。

德国图宾根大学的科学家在 1990 年代曾利用脑电图对瘫痪患者进行治疗,但受限于脑电图易受噪音干扰以及难于学习的特性,这一技术最终并未在治疗领域走得更远。


尽管 Neuralink 目标远大,背后又有大名鼎鼎的创始人,但他们并非这一领域的先行者 —— 至少,它不是最早踏入这一领域的公司。早在 Neuralink 成立很多年以前,许多公司就已经踏入了脑机接口的研究和应用领域了。

脑机接口技术的主要挑战

几十年前,电话、汽车,以及月球着陆对人们来说似乎是无法克服的技术挑战。就像现在人们期望中的脑机接口技术一样。

脑机接口技术仍然面临很多问题,但这些问题一旦得以解决 —— 我们将会拥有一种有高带宽、持久、双向通信、且兼备生物相容性和无创植入的完美设备。

以 Neuralink 的脑机接口技术为例,当前面临的主要障碍包括:

带宽:

手机打字时,人们将移动拇指,进行着人机的缓慢沟通。同理,如果带宽很低,那么你与 AI 的集成将非常薄弱。和 AI 的沟通速度越快,你整合的信息越多;沟通速度越慢,整合的越少。

植入:

只要开颅手术是脑机接口技术的前提,那么这项技术推广的难度就会一直存在,这也是 Neuralin 关注的重点。侵入性脑外科手术不仅会引起安全问题,而且成本高昂、供应有限。完成该过程的机器需要有像激光准分子手术(Lasik)这样的自动化过程。

其他障碍:

如今接受 BCI 技术的患者头部有一根电线,而 Neuralink 计划将来的产品利用无线设备工作。这也带来了许多新挑战 —— 比如植入物必须自行处理诸如信号放大、模数转换和数据压缩等。

另一个大问题——生物相容性。未来的大脑接口需要永远存在且不出现任何问题,这意味着该设备需要是密封和坚固的,而且能承受周围神经元的渗出和移动达数十年之久。同时,大脑还需要认为该设备正常大脑的一部分。

接着是空间问题。已经在为 1000 亿个神经元腾出空间的头骨需要给有一百万个神经元接口的设备找到放置的确切位置。如今的多电极阵列,一百万个电极将达到棒球的大小。因此,体积的缩小化也需要提上日程。

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