作者｜新春
出品｜互联网最前线
在刚结束的“Show & Tell”活动上，身为Neuralink公司老板的埃隆·马斯克在近三个小时的演讲中分享了其研究结果并宣布，预计将在6个月后进行大脑芯片的人体试验。
目前其已经向美国食品药品监督管理局（FDA）提交了大部分文件，以寻求无线大脑芯片临床试验上的批准。
据路透社报道，Neuralink公司正在开发的一款大脑芯片可以让人脑控制电子设备，进而使瘫痪的人重获运动能力。马斯克说，该芯片还将用于帮助盲人重见光明，即使有的人天生失明，也可以让其恢复视力。
为了打消大家对人脑芯片的疑虑，马斯克在介绍Neuralink公司新进展时讲到，如果他的一个孩子受了重伤，比如脖子骨折，他会放心地把芯片植入他们的体内。
01 脑机接口，未来的交互方式
脑机接口（BCI），又名脑机融合感知或大脑端口，是在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备间建立的直接连接通路。脑机接口的研究对运动、感觉等能力受损的群体具有非常重要的意义。近年来，强大的深度学习技术也被应用到脑机接口研究中，脑机接口也成为深度学习研究者的另一重要方向。
现有的脑机接口研究一般分为侵入式和非侵入式接口。随着深度学习技术的迅猛发展，越来越多的研究者也开始尝试用神经网络进行脑机接口研究，其中既有侵入式研究，也包含对非侵入式信号的解码。
侵入式脑机接口主要用于重建特殊感觉（例如视觉）以及瘫痪病人的运动功能。这类脑机接口通常需要植入到大脑皮层，因此信号质量较高。
此前《Science》杂志上发表了一项关于利用大脑信号进行语音合成的研究。研究人员选取了五位癫痫病患者作为研究对象，手术时在其听觉皮层上植入电极。他们将电极输出的数据转换成计算机生成的语音，然后使用神经网络将其重建为人类能够听懂的单词和句子。这一研究对于失语者等无法自主发声的群体有着非常重要的意义。
随后MIT 的三位科学家也发表了一份利用深度学习进行脑机接口研究的成果，他们成功地用自己创建的人工神经网络控制了猴子大脑皮层的神经活动。研究者利用从神经网络模型中获得的信息创建了特定的非自然图像，然后将这些图像展示给实验中的猴子，结果发现，这些图像可以强烈激活他们选择的特定脑神经元。该实验表明，人类利用自己创建的人工神经系统成功控制真实神经系统的活动。
MIT 科学家用计算机生成的特定图像
以上两种脑机接口研究都属于侵入式的。这种方式虽然信号质量较高，但也存在一些问题，如容易引发免疫反应和愈伤组织（疤痕），进而导致信号质量的衰退甚至消失。因此，如果能借助非侵入式方式（如脑电图）创建脑机接口可能会更加安全。
脑电图是一种利用电极记录大脑活动的非侵入式技术，但大脑活动和脑电图信号之间的关系非常复杂，如何“解码”成为困扰研究者的一大难题。
马斯克的Neuralink选择的则是前者。
02 “意念”带来的无限想象
Neuralink成立于2017年，主要研发将人工智能植入人类大脑皮层的脑机接口技术，以提高人类的智能化水平。
这个系统用一台神经手术机器人向人脑中植入被称为“神经蕾丝”（Neural Lace）的专有技术芯片和信息条，然后直接通过USB-C接口读取大脑信号，也可以通过芯片无线传输到人身体之外的接收器上，就像手机的蓝牙一样。
Neuralink所用神经蕾丝的宽度大约是 4 到 6 微米，是人类发丝直径的四分之一，对大脑造成损伤的可能性较小，因此可以植入更深的脑区。此外，分布在 96 根神经蕾丝上的 3072 个电极还为大量数据的传输创造了可能，这也使得它更能推动人们对脑的理解和脑疾病的治疗。
Neuralink 还开发了一种每分钟自动嵌入 6 根神经蕾丝的神经外科手术机器人，从而实现脑机接口连接。
Neuralink脑机接口手术机器人 V2
为了和这些神经蕾丝进行通信，此前Neuralink还设计了一个“N1传感器”。
它是一个直径约8毫米、高4毫米的圆柱体，集成了Neuralink专门定制的芯片，能够从多达1536个通道中读取大脑信号。同时，它每秒可以从高达1024个电极上采集20000个分辨率为10位字节的样本，相当于每个通道大约读取200Mbps的神经数据。
相比于此前，Neuralink较大的突破是使用新设备LINK V0.9。
具体来说，LINK V0.9脑机接口技术是通过一台小手术机器人，像微创眼科手术一样安全无痛地在脑袋上穿孔，向大脑内快速植入芯片，实时读取脑电波，无线对外传输，并可以用手机控制。
这和此前马斯克发明的“脑后插管”植入N1芯片相比，设备进一步大大简化了：N1芯片需要通过数据线，才能把芯片读取的大脑信号传送出来，所以在耳朵旁边，还挂个设备。
这次是无线传送，电线连接在设备一厘米以内，在大脑皮层中就可以获得实时信号，与手机“蓝牙”连接。
更奇妙的是：这种设备使用感应充电，只需晚上充电，白天能用一整天，甚至可以无线充电。
目前，Neuralink已经在老鼠、猪和猴子身上进行了测试，让它们可以通过大脑控制机器，成功率达到87%。
虽然Neuralink的脑机接口在读取神经元信息的技术和工艺上是最先进的，但神经网络似乎在可解释性方面的进展不大。
马斯克表示，他的目标之一是让四肢瘫痪的患者能够实现以每分钟40个单词的速度打字。
03 入侵式技术或成行业发展最大挑战
如果人机思想互动所使用的脑接口技术能够在未来成熟并得到推广，人类就可以通过大脑间的直接交流交换思想，用思想控制机器更是不在话下。
那么，脑机接口就有望帮助癫痫、渐冻症等病症患者恢复感觉和运动功能，在神经系统疾病的治疗当中也大有可为。
除了一些脑疾病以外，类似Neuralink所做的人机思想互动方向，也可能在医疗健康方面为我们带来不小的贡献。
但如今Neuralink面临着诸多挑战。
从技术层面来看，脑机接口本质上是一种全新的信息沟通与交互界面，目前主要分为侵入式和非侵入式两大类。
这两种方式各有优劣，侵入式更精确，可以编码更复杂的命令，比如三维运动，但手术创伤不可避免；非侵入式电极这种头皮贴片虽然方便，无需开颅植入，但是能探测到的脑电信号范围和精确度有限。
首要的问题是，既然采用了侵入式接口的方案，就需要解决手术时如何将对脑部的损伤降到最低的问题。其次，随着植入时间延长，穿刺电极被炎症细胞包裹，理论上会导致信号缺失。
此外，电极植入部位的精准选择、信号的有效分析等，还需要对大脑功能结构和活动方式有更深入的理解。
Neuralink当下的极限是，在侵入式的领域中：通过激光「打孔器」，和「缝纫机」，将一条只有人头发丝 1/4 粗细的线路植入脑中，以类似微创手术的方式，将侵入式的解决方案对脑部的损伤降到最低，让侵入式的方案更有可能被人们接纳。
Neuralink打孔器工作时
04 未来突破空间巨大
一直以来，脑机接口技术的研究是十分复杂和具有挑战的，该技术不仅需要准确地读取神经活动信号，并辨别哪组神经元在执行哪项任务，而且有时因硬件的限制，脑机接口在接触大脑的多个区域时会产生干扰性组织。
虽然这一困扰随着技术的发展而得到一定程度的缓解，但研究人员们对人类的某些神经过程依然缺乏了解。例如在大脑区域的前额叶和海马体，它们是很少活动且孤立的，并且它们的活动信号也很难确定。
同时，研究人员们在现阶段也尚未破解大脑编码，一些来自视觉中心的脉冲不像人们说话时产生的脉冲，有时很难识别信号的起始点。
然而，这些挑战都没有组织Facebook、Neuralink、Paradromics、Kernel和Ctrl-labs等公司在脑机接口领域不断进行研发。据联合市场研究公司（AlliedMarketResearch）的数据显示，2022年，脑机接口的市场规模已达到14.6亿美元。
如此看来，脑机接口领域还有很大的发展和成熟空间，相信随着研究人员们的不断深入研发，未来的脑机接口技术将不仅仅给瘫痪患者或其他运动障碍的患者们带来便利，还能将这项技术普及到普通人的日常生活中，带来变革性的生活体验。
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