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潛望|馬斯克腦機接口重大進展:設備體積顯著縮小 未來進行人體試驗

騰訊新聞《潛望》 紀振宇 8月28日發自矽谷

想象一下在未來,你可以用意念控制螢幕上滑鼠的移動、文字的輸入,甚至只需要通過“下載”,就能熟練掌握一門新的語言,或者不需要語言或動作,通過無線信號的傳輸,就能與別人交換想法。

這些看似脫離現實的科幻場景,正是被稱為“矽谷鋼鐵俠”的伊隆 馬斯克所創辦的Neuralink想要實現的目標,繼去年首次對外公開展示了他們在“腦機接口”領域的進展後,28日Neuralink再度舉辦發布會,由馬斯克本人親自展示了在過去1年中所取得的最新進展。

馬斯克在當天發布會上首先解釋了為何需要腦機接口,他表示,幾乎所有人都或多或少有神經方面的病變,包括記憶損失、聽力損失、癱瘓、抑鬱、失眠、焦慮、上癮等,所以需要一個可靠和價格可負擔的設備。

馬斯克表示,幾乎所有的神經性反應都是通過電子信號的傳遞。隨後他展示了目前現有的在腦機接口方面的醫學研究成果,每個棧僅有100個信道,同時設備體積較大、包括較大的電線和外置盒子,同時設備的植入需要專業醫生進行。

現有的技術手段所實現的功能也非常有限,每個設備僅有8-16個信道,在部分治療領域有一些作用,但是無法進行大帶寬的數據信息讀寫,同時在植入時需要破壞腦部的很大一塊部位,即便如此,這一應用仍幫助了超過15萬患有神經性病變的人。

當天發布會的重頭戲是馬斯克所展示的Neuralink在過去一年的重大進展,與去年發布會上所展示的設備相比,目前的設備體積更小,只想當於一個紐扣的大小。

從具體參數來看,馬斯克當天發布會上展示的腦機接口設備也得到全面進化,每個設備有1024個信道,植入僅需不到1小時,通過植入手術機器人進行。

在當天發布會上的演示圖中可以看到,最新的Neurolink設備僅需在頭骨上開一個很小的洞,通過植入手術機器人進行操作,將極細的電線插入腦中,由於電線非常細,可以避開腦中的血管,並不會造成明顯的出血。馬斯克形容該設備為“fitbit in your skull with tiny wires”(在頭骨上的有著很細電線的Fitbit)。

馬斯克稱,該設備的所有1024個信道均能夠進行數據讀寫,電池續航達到全天,晚間進行充電時間,無線通信的距離在5-10米之間,植入的尺寸僅為23毫米*8毫米。

目前該設備的研發正在積極與美國食品與藥物監督局配合,已經獲得了該監管機構在7月份頒發的“突破性設備”的資質,目前在完成所需的批準和安全測試後,正在準備進行首例人體植入。

最後馬斯克提出發布會的一大目的是招攬人才加入,他列舉了一些目前Neuralink急需的一些職位,包括材料、機器人、軟體工程、芯片設計研發、電子、化工等。

兩大重要創新突破腦機科研瓶頸

當天馬斯克所展示的Neuralink進展,無疑讓人眼前一亮,仿佛未來科幻世界場景就在眼前,然而與腦機連接相關的科研並非由Neuralink獨創,在業界也已經發展了多年之久。

正如Neuralink總裁Max Hodak在去年夏天的發布會上所說,“Neuralink並不是憑空產生,在這以前的學術研究已經有了很長的歷史,從很大意義上來說,我們是站在了巨人的肩膀上。”

Neuralink目前在該領域的主要貢獻在於突破了之前腦機研究的部分瓶頸。根據Neuralink此前對外發布的研究論文中所述,腦機界面(Brain-machine interfaces, BMI)已經證明了具備在廣泛的範圍內幫助臨床疾病的潛力,例如,研究者們已經展示了人類神經修複設備可以控制電腦滑鼠指針、機械臂以及語音合成器等,而實現這些只需要不超過256個電極。

這些成功的事例證明了通過腦機接口在人腦和機器之間實現大量的信息互動傳遞完全是有可能的,但目前為止,BMI的研發受到無法記錄大量神經元的限制,目前為止還沒有臨床上可用的能記錄大量信息的微電極技術。

目前現有的兩種方案都存在著不小的弊病,一種運用硬金屬或半導體,但由於尺寸過大,在植入大腦時容易引發免疫反應,從而影響到設備的功能和長期使用,另一種運用極細的多電極聚合物管線,雖然體積小,但缺點是堅硬度不足,難以直接植入腦內。

所以針對上述現有技術方案的瓶頸,Neuralink進行了兩項重大創新:運用超細的聚合物管線(解決植入物尺寸問題)和神經外科機器人(解決管線硬度不足難以植入的問題)。

目前,Neuralink已經可以做到在腦部28平方毫米的面積上,快速植入96根超細管線(每根管線直徑為4-6納米,大概人類頭髮的三分之一,包含32個電極),總共包含3072個電極,這一電極數量已經大大超出前文所述的256個電極數量。根據每分鐘植入6根管線的速度來計算,也就是說完成全部96根管線植入總共僅需16分鐘。

根據當天發布會現場Nerualink研究員的描述,由於神經外科機器人能夠借助計算機視覺和鏡像進行精準操作,96根極細的管線在植入大腦時,並不會破壞血管,大大降低對大腦的損害,Nerualink的研究員還提到,由於管線非常細,因此這些管線在植入後會隨著大腦組織一起移動而並不會對大腦組織造成破壞。

Nerualink所展示的創新突破無疑是意義重大的,就目前業界已經實現的腦機接口應用成果來看,僅需不超過256個電極就能夠實現一些基本的人機操控互動功能,而Nerualink能夠提供多達3072個電極,可想而知未來能夠實現的人機互動功能將會更多,從短期來看,Nerualink的目標是幫助一些有腦神經相關疾病的患者,包括帕金森、肌無力、癲癇等,讓這些人群重新獲得與周圍環境互動的能力,更長期的目標則是更為廣泛的認知功能的實現,包括移動、視覺、空間定位、語言、記憶甚至是數理邏輯等。

腦機接口距離普通人還有多遠

Neuralink所帶來的展示,讓人們對腦機接口這一概念感到無比興奮,仿佛讓人看到無數科幻世界中的場景就要成為現實,但事實上距離理想中的人腦與人工智能相結合成為超級人類的現實還非常遙遠。

在當天發布會一開場,一向以高調敢言著稱的創始人伊隆 馬斯克,也以一種不尋常的低調口吻說,今天發布會的主要目的,是通過我們的展示,吸引更多優秀的頂尖人才加入,共同應對挑戰。

從Neuralink對外宣稱的短期目標來看,也是希望通過這一方案,來幫助腦神經受損和有相關疾病的特殊人群。Neuralink首席神經外科醫生Matthew McDougall在去年的發布會上則明確表示,目前這一系統只是針對有嚴重疾病的患者,計劃在2020年第二季度進行首例人體臨床實驗,但前提是得到美國藥品監督局的批準。MIT科技評論認為,這一時間表非常的激進,可以說實現的可能性微乎其微。

就目前Neuralink披露的信息來看,這套包括神經外科手術機器人和超細管線的系統,僅做了19例動物實驗,且成功率僅為87%。有獨立科學家警告稱,通過實驗室動物實驗得出的結論無法直接想當然地轉化成人類實驗,只有通過人體實驗才能驗證技術的可靠性。

腦機接口項目無疑是一項艱巨的科研挑戰,僅從當天發布會上所展示的內容來看,該項目就涉及到神經科學、機器人、信號學、生物學、人體外科、人工智能等多個領域,目前Neuralink僅有90名員工。

在去年發布會結束後的問答環節,一位顯然因發布會上的演示而興奮不已的現場觀眾,提了一個有趣的問題:未來是否會開放接口,讓更多的開發者開發更多的應用。馬斯克回答說,你可以想象未來可能會有類似應用商店(App store)這樣的東西,隨後Neralink的總裁Max Hodak補充說,如果未來有變現的方式,絕對不可以是廣告。隨後又有觀眾追問,如果沒有廣告變現的方式,如何讓其成為一個商業上可行、讓更多人受益的項目?

對此,馬斯克回答說,目前社會為了神經性疾病的人付出的成本巨大,而這些人群在獲得Nerualink的幫助後,重新能夠工作,提供生產力,能夠回報社會為社會創造價值。

從他籠統含糊的回答來看,Nerualink的商業模式目前還並沒有成型,截至去年7月份,Nerualink已獲得1.58億美元融資,其中1億美元由創始人馬斯克個人投資。無疑這是一項需要耗費巨大資金,同時在短期內看不到任何回報的項目,在發布會前一天舉辦的一場媒體見面會上,Nerualink的高管承認,距離他們開始提供商業服務依然還有“很長的距離”。

儘管提出了可行性很高的方案,但Neuralink想要進行人體試驗還需通過美國藥監局批準,而這也僅僅是Neuralink實現為腦神經受損或相關疾病患者提供幫助的這一短期目標的第一步,除了在科研、監管方面的障礙以外,Neuralink還需要梳理清楚商業可行性,解答如何將科研成果順利轉化為可持續項目的問題。

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