人類邁向“Cyborg”（生化電子人）的進程，一直與一個前沿技術的發展緊密相關，那就是腦機接口。
今天，馬斯克為其投資的腦機接口初創公司 Neuralink 召開了一場發布會，首次對外披露了這家公司在腦機接口上的最新技術進展以及未來展望：Neuralink 演示了其已經在小鼠身上實驗過的一款設備，該設備可將 1500 個電子探針送入小鼠大腦，能夠同時從多個神經元中提取信息。目前，Neuralink 的這款設備已經在動物身上進行了至少 19 次手術，植入電線成功率達 87%。
為了高效實現腦機接口，這個設備使用了一款名為“縫紉機”（sewing machine）的探針設備，將類似玻璃紙的柔性導線成功插入到小鼠的軟組織中。這個操作也意味著 Neuralink 打造的腦機接口產品將是一款侵入式的產品。
“縫紉機”位於頭部之外，使用雷射束形成小孔刺穿頭骨，在大腦中植入一個無線接收信息模塊，通過信號傳到神經元系統，允許已經癱瘓在床的病人，控制手機或計算機等電子設備，聽到自己的聲音，形成記憶。另外，該方法也有可能用於治療抑鬱症。
這次發布也是 Neuralink 成立兩年以來最重磅的一次成果發布。不過，這一舉動與學術界的慣例相悖，在發表論文之前，就進行了成果的新聞發布。
Neuralink 成立於 2017 年，總部設在舊金山，聘請了多位美國重點大學研究神經領域的科學家，來共同研究高效實現腦機接口的方法。馬斯克表示，最快在明年年底，能夠在患者身上使用這項技術。
但與此同時，該研究成果面臨很多的挑戰。這項突破由加州大學 Tim Hanson、Philip Sabes，以及加州大學伯克利分校教授 Michel Maharbiz 完成，他們也是 Neuralink 的創始團隊。Tim Hanson 此前在接受《麻省理工科技評論》採訪時表示，馬斯克所追求的高密度記錄技術對於特定的大腦疾病並無必要，不一定是人類選擇治療特定腦部疾病的方法。
他表示，這種技術更適合研究動物基礎科學，用在人身上有點為時過早。
當然，馬斯克也在今天發布會上表示，這不是一種與人工實現某種共生的方法，“這不是強製性的事情，而是你可以選擇做的事情。”
Neuralink的進展究竟是什麽？
Neuralink 的腦機接口新技術，核心一共有三部分。
第一個是靈活的“線程”。線的直徑寬度為 4 至 6 μm，比人的頭髮絲（約 75 微米）還要細。
目前，實驗性腦機接口使用的是剛性金屬電極；猶他陣列可容納 100 個由矽製成的堅硬針頭，用氣槍將其射入大腦。這些針頭髮射時捕捉神經元中的電信號效果非常好，不過這種方式不僅會損害大腦，而且設備壽命也很短。
而 Neuralink 又發明了另一種由微小電極或傳感器連接的柔性導電線，與其他腦機接口中使用的材料相比，不僅對大腦損害性更小，而且還能傳輸更多數據。
根據早前發布的 “Elon Musk＆Neuralink” 白皮書顯示，這種材料分布在 96 個線程上的每個陣列中，能夠容納多達 3072 個電極。值得注意的是，這個電極也不簡單，是由碳纖維或聚合物製成的，但是這種輕薄電極無法直接植入到大腦，通過柔性線和機器就可以直接導入。
第二個是用於插入線程的機器。Hanson 曾表示，這個機器是 Neuralink 在大腦內部研究的“殺手鐧”。
由於大腦在頭骨中是不斷移動的，Neuralink 的技術比猶他陣列更難以植入。正因如此，他們開發了一種“神經外科機器人”，能夠每分鐘插入六根線（192 個電極），整個過程，特別像縫紉機去縫針。
他們通過發明的機器，將輕薄的柔性電極植入大腦當中。
第三個就是 Neuralink 開發了一種定製芯片，被命名為“N1 傳感器”。芯片尺寸比手指還小。該芯片的作用能夠更好地讀取、清理和放大來自大腦的信號。但目前，只能在老鼠身上進行實驗，通過 USB-C 的有線連接方式傳輸數據。
Neuralink 表示，這顆定製芯片所提供的電流大約是目前最強的傳感器的 10 倍。但這遠遠不夠，這個部分的最終目標是創建一個無線工作系統。
在 N1 芯片中，植入了四個傳感器，其中三個位於運動區域，另一個位於感受區域。唯一外置的設備安裝在耳後，內含一枚電池。
這顆芯片可以提供雲端支持，通過無線連接，甚至可以與 Neuralink 在 iPhone 上的應用程序進行互動。
具體的“侵入”過程是，自主神經外科機器人利用計算機視覺系統來引導一根五微米厚的包含電線和絕緣材料的針頭進入大腦（這樣做避免破壞血管），電線直徑約為人類頭髮直徑的四分之一，連接到不同的位置和深度的一系列電極。機器人最快每分鐘可以插入 6 根包含 192 個電極的電線。
這些電極將檢測到的神經脈衝傳遞到頭骨表面的處理器，處理器能夠讀取多達 1536 個通道的信息，這大約是目前可植入人體系統的 15 倍。而且，它符合科學研究和醫學應用的基本底線，並可能優於競爭對手比利時 Imec 公司的神經像素技術（Neuropixels technology），該技術可以同時從數千個不同的腦細胞收集數據。
發表在 Neuralink 白皮書上的一篇摘要指出，Neuralink 已經在動物身上進行了至少 19 次手術，植入電線成功率達 87%。
在演講中，馬斯克暗示，Neuralink 已經在靈長類動物身上取得了成果。“我們不得不提到一隻猴子。這是一個敏感的話題。這隻猴子已經能用大腦控制電腦了。”
腦機接口硬體開發，高分辨率是挑戰
高分辨率的腦機接口（簡稱 BCI）是相當複雜的。它們必須能夠讀取神經活動，以便能夠找出執行哪些任務的神經元群。植入電極非常適合處理這種情況，但從歷史來看，硬體的限制導致它們會接觸到大腦的多個區域，或產生干擾。
隨著精細的生物相容性電極的出現，這種情況發生了改變，這種電極可以限制干擾，並能精確地瞄準細胞簇。然而，我們依然對某些神經過程缺乏了解。
很少有活動與大腦區域，如前額葉和海馬體是分離的。相反，活動發生時大腦的不同區域都會有響應，因此很難確定位置。然後還要把神經電脈衝轉換成機器可讀的信息。研究人員尚未破解大腦的編碼，而且來自視覺中心的脈衝不像那些在形成語言時產生的脈衝，有時很難識別信號的起始點。
好在這方面目前已經取得了進展。在最近發表在《自然》雜誌上的一項研究中，科學家們根據之前實驗記錄的數據，訓練了一種機器學習算法，以確定舌頭、嘴唇、下巴和喉嚨的運動是如何產生聲音的。他們將這些信息整合到一個解碼器中，解碼器將大腦信號轉換成聲道的估計運動，並將它們輸入一個單獨的部件，將這些運動轉換成合成語音。
Sabes 在活動期間表示，“大腦中的神經活動是隨機的，這意味著，單個神經元水準上的神經表現是有噪聲的。這僅僅是我們需要從大量神經元中記錄數據以獲得高保真度讀數的原因之一。我們想要做的是讓人們能夠利用神經表征修複受損的大腦回路，最終讓我們更好地與世界相連、了解彼此和我們自己。”
這些都沒有影響到 Neuralink 公司，該公司擁有 90 名員工，目前已經收到 1.58 億美元的資金支持(其中至少有1億美元來自馬斯克)。該公司希望明年第二季度與史丹佛大學神經外科醫生合作, 開始進入人體研究。該公司預計，插入電極一開始就需要通過顱骨鑽孔，它希望很快能使用雷射在骨頭上打孔。
Neuralink 認為，他們的產品將有助於緩解像帕金森病和癲癇這樣的慢性疾病，並且有朝一日可以使截肢者重新獲得活動能力，或者幫助身體殘疾的患者重新獲得語言能力、聽覺、視覺等。
蘊含風險的瘋狂嘗試
人的大腦有 860 億到上千億個神經元，每當我們產生一個想法，本質上都是這些神經元在進行化學反應和電信號互動，從而產生一個振幅很微小的電壓。所以采集信息，就是通過不同的方法來獲取大腦中的電壓差，進而通過腦電信息的變化來分析推測，尋找到和大腦思維相關性的一個邏輯。目前的信息采集方式分為兩種：侵入式和非侵入式。
Neuralink 採用的是侵入式辦法。
BrainCo 創始人創始人兼 CEO 韓璧丞告訴 DeepTech，侵入式方法的好處是采集的信號非常準確，但缺點也很明顯，它對大腦存在一定的破壞性，開顱手術本身也具有相當的風險性，還有感染的可能；同時，實驗從動物到人的時候，是不是能實現，有沒有人願意做實驗是有待觀察的。本身人對向腦子中植入東西可能會有抗拒的。
韓璧丞是2017年《麻省理工科技評論》“35 歲以下創新 35 人”中國區榜單入選者，他所創立的 BrainCo 也專注於腦機接口開發，他選擇的是非侵入式辦法，只需要直接佩戴設備就可以腦機連接，但問題是采集的信號沒有侵入式方法那麽準確。
在加入舊金山加利福尼亞大學 Neuralink 公司之前，該公司的兩位創始團隊成員 Hanson 和 Philip Sabes，以及加州大學伯克利分校（UC Berkeley）的 Michel Maharbiz，就開發了一種設備，他們用一根硬針將柔性電極插入大腦。Hanson 表示，這一方法是 Neuralink 公司內部研究的“主要推動力”，至少在去年10月之前是如此。去年 10 月，Hanson 離開公司時，他稱與公司在科學優先級和決策方面存在分歧。
該公司創始團隊成員研究的大腦接口與金屬微粒(即“神經塵埃”，neural dust)有很大的差異，神經塵埃由聲波和全息圖驅動，將數據傳輸到動物大腦。
顯然，馬斯克是個才華橫溢的工作狂，但他並不是個生物學家，同時他渴望快速取得成果。Hanson 說，Neuralink 的總裁 Max Hodak 希望從人類大腦中得到大量的測量數據。這想法沒錯，但這並不一定是治療疾病的方法。“Max和馬斯克渴望盡快將這一技術應用到人類身上，但目前學界普遍的共識是，這有風險。“如果想應用於人體，首先需要做很多基礎工作。”
一些科學家擔心研究人員把過多的注意力放在大腦中電極的數量上。2017 年，DARPA 撥款 6500 萬美元建造一個“大腦調製解調器”，可以連接 100 萬個神經元，但匹茲堡大學的Jose-Alain Sahel建議DARPA降低對數字目標的重視，他致力於研究大腦植入物以恢復視力。他說，“一百萬個電極很難實現，甚至可能對大腦都有害。對於治療來說，重要的是收到的信號是否有意義。”
推動腦機相連發展的一個動力是，人們希望，如果能在更大的範圍內測量大腦，那麽數千或數百萬神經元的響應就能輸入到一個深度學習程序，例如馬斯克的另一家企業 OpenAI 正在開發的程序。這類系統已經學會如何在圍棋和德州撲克中取得勝利，或許有了足夠多的數據，它們也能解碼大腦的語言。
該領域的技術專家 Christian Wentz 表示：“從足夠多的神經元記錄下來的信息將能使我們了解大腦在做什麽，並讓我們擁有這種瘋狂（wild）的腦機接口。”
或許從今天開始，我們真的需要想想腦機接口將帶領人類走向何方了。
-End-
編輯：黃珊 林志佳
參考：
https://www.theverge.com/2019/7/16/20697123/elon-musk-neuralink-brain-reading-thread-robot
https://www.technologyreview.com/s/613961/elon-musks-brain-interface-company-is-promising-big-news-heres-what-it-could-be/
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