王凌霞 溫曉君

前不久，馬斯克旗下Neuralink 公司團(tuán)隊(duì)發(fā)布了其最新的侵入式腦機(jī)接口方案，包括新的柔性復(fù)合材料電極、神經(jīng)手術(shù)機(jī)器人、電子元件、腦機(jī)接口算法等，旨在設(shè)計(jì)一個(gè)安全的、微型的、能在大腦中實(shí)用的接口。

腦機(jī)接口怎么玩，它能指揮無(wú)人駕駛汽車？

腦機(jī)接口（Brain-Computer Interface，BCI）是一種不依賴于正常的由外圍神經(jīng)和肌肉組成的輸出通路的通訊系統(tǒng)，目的是使人類可以直接通過(guò)腦來(lái)表達(dá)想法或操縱設(shè)備。

近年來(lái)隨著神經(jīng)科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等飛速發(fā)展，腦機(jī)接口受到科技界的廣泛關(guān)注并成為新的研究熱點(diǎn)。特斯拉CEO馬斯克2017 年宣布成立腦機(jī)接口創(chuàng)業(yè)公司 NeuraLink，更加引發(fā)了公眾對(duì)該領(lǐng)域的濃厚興趣。

雖然腦機(jī)接口領(lǐng)域有很多研究進(jìn)展，但還遠(yuǎn)未達(dá)到落地應(yīng)用的程度，目前還處于早期或?qū)嶒?yàn)室階段。一方面，采集大腦信號(hào)難度較大。因?yàn)槟X信號(hào)傳到頭皮時(shí)已嚴(yán)重衰減且混雜，所以非侵入模式難以清晰捕捉腦信號(hào)。相對(duì)而言，雖然侵入模式獲取的腦信號(hào)精度高，但嚴(yán)重的手術(shù)創(chuàng)傷使其難以開展人體實(shí)驗(yàn)和投入應(yīng)用。另一方面，人類對(duì)于大腦的了解僅限于基本的信息處理，目前還不能破譯復(fù)雜的腦電信號(hào)，即使收集到腦信號(hào)也不一定能轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的機(jī)器指令。

新推出的神經(jīng)手術(shù)機(jī)器人使用激光射線代替鉆孔穿透頭骨，每分鐘可以將六根超薄的精密柔性聚合物電極線準(zhǔn)確插入大腦目標(biāo)位置，盡可能減少腦損傷。比頭發(fā)還細(xì)的電極線上有一系列微小電極和傳感器，寬度大約是 4 到 6 微米，可以大規(guī)模傳輸神經(jīng)元活動(dòng)數(shù)據(jù)。新型電子元件可將收集到的腦信號(hào)進(jìn)行濾波、數(shù)模轉(zhuǎn)換和脈沖檢測(cè)等處理。此外，該系統(tǒng)還包括一個(gè)能夠更好地讀取、清理和放大腦信號(hào)的定制芯片。

目前，Neuralink 正在動(dòng)物身上測(cè)試該技術(shù)的穩(wěn)定性，其在老鼠頭部植入的腦機(jī)接口含有 1500 個(gè)電極，是現(xiàn)有人機(jī)接口技術(shù)的 15 倍。

后續(xù)，Neuralink考慮將所有電極線連接到一個(gè)可戴于耳后的腦波發(fā)射器上，通過(guò)無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)。此項(xiàng)技術(shù)最快將于2020年底在人類癱瘓志愿者身上測(cè)試，如果可行，該技術(shù)將有望創(chuàng)造一個(gè)通過(guò)機(jī)器人手術(shù)植入的高帶寬腦機(jī)接口，幫助截癱病人控制手機(jī)或電腦。Neuralink還計(jì)劃為腦機(jī)接口尋找更多應(yīng)用場(chǎng)景，并向醫(yī)療領(lǐng)域推廣和申請(qǐng)F(tuán)DA批準(zhǔn)。

目前，距離腦機(jī)接口的實(shí)用化還有很多問(wèn)題亟待解決。首先，腦機(jī)接口需要內(nèi)置電極的高可靠性和安全性。Neuralink 的新型電極持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)、置入時(shí)損傷更小，然而電極還是會(huì)引發(fā)神經(jīng)膠質(zhì)增生等組織損傷，且電極在人腦生物環(huán)境中的持久穩(wěn)定性仍需不斷驗(yàn)證。其次，在人體試驗(yàn)前，需要測(cè)試動(dòng)物在一定時(shí)間對(duì)不同電極材料的反應(yīng)情況，不管如何加大投入也無(wú)法加速這一過(guò)程，而尋找大量的人體測(cè)試志愿者也并非易事。最后，腦機(jī)接口作為交叉研究領(lǐng)域，依賴于相關(guān)科學(xué)特別是神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)的研究進(jìn)展，如果不能很好地破解大腦信號(hào)密碼，即使Neuralink 的腦機(jī)接口研究完備，單純的神經(jīng)元記錄數(shù)量提升并不能直接改善腦機(jī)接口的性能。此外，馬斯克和 Neuralink 公司的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)是讓腦機(jī)接口不僅面向嚴(yán)重疾病患者，還面向所有人類，實(shí)現(xiàn)靠大腦來(lái)操控機(jī)器，實(shí)現(xiàn)人類與人工智能共生的目標(biāo)。但是為了一款產(chǎn)品去做開顱手術(shù)，即使手術(shù)創(chuàng)傷再小，也將帶來(lái)很大爭(zhēng)議。

腦機(jī)接口技術(shù)未來(lái)將在很多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。Neuralink腦機(jī)接口新技術(shù)的發(fā)布標(biāo)志著該技術(shù)距離人們的生活又近了一步，未來(lái)腦機(jī)接口相關(guān)技術(shù)將在涉及人腦的各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。腦機(jī)接口技術(shù)最令人期待的是在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用?？梢杂行еС质セ顒?dòng)能力患者的輔助治療，幫助其恢復(fù)喪失的能力，例如使語(yǔ)言功能喪失患者直接與外界交流，或者使四肢完全喪失功能的患者能夠自己操作輪椅等設(shè)備，幫助漸凍癥、中風(fēng)等患者過(guò)上正常人的生活。除了醫(yī)療領(lǐng)域，理論上，腦機(jī)接口可以創(chuàng)造最有效的人機(jī)交互模式。未來(lái)腦機(jī)接口將改變?nèi)祟惒僮鳈C(jī)器的方式，例如幫助人類在特殊環(huán)境中控制外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)只需要大腦活動(dòng)的無(wú)人駕駛技術(shù)，還可以極大地改進(jìn)人們的娛樂(lè)方式。