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CMIC:马斯克Neuralink团队发布新脑机接口技术
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发布时间:2019-10-24 14:38:21   来源:赛迪智库   作者:王凌霞 温晓君

  【CMIC讯】脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)是一种不依赖于正常的由外围神经和肌肉组成的输出通路的通讯系统 ,目的是使人类可以直接通过脑来表达想法或操纵设备。2019 年 7 月 21日,马斯克旗下 Neuralink 公司发布了最新的侵入式脑机接口方案,包括新的柔性复合材料电极、神经手术机器人、电子元件、脑机接口算法等,可以得到更多脑皮层信息并显著减小脑损伤,同时简化了脑机接口的设计。此次发布标志着脑机接口技术的进步,未来脑机接口应用于生活将变得更有可能。
  
  一、背景
  
  脑机接口技术受到科技界的广泛关注。近年来随着神经科学、计算机技术等飞速发展,脑机接口成为新的研究热点。研究者围绕如何记录神经元信息和刺激神经元,采用非侵入式和侵入式两种路径分别开展研究。在非侵入式领域,美国卡耐基梅隆大学团队开发出一种能让人用意念操控机械臂的无创脑机接口。BrainCo 公司 2019 年 1 月发布 Focus 赋思头环、Focus Fit 冥想头环、第五代人工智能假手 BrainRobotics 三件新产品。最近,Facebook 发布了脑机接口研究成果,通过脉搏血氧仪检测神经元的氧气消耗,实时检测大脑活动中的预期语音,实现“意念打字”。在侵入式领域,科学家们很早就展开了脑部植入的测试,使患者可以移动光标或者机器手臂。人造耳蜗、人造视网膜等脑机接口产品在帮助残疾人恢复受损能力方面起到了积极作用。马斯克2017 年宣布成立脑机接口创业公司 NeuraLink,更加引发了公众对脑机接口的浓厚兴趣。
  
  脑机接口技术目前还处于早期或实验室阶段。虽然脑机接口领域有了很多研究进展,但还远未达到公众想象或期待的程度。一方面,如何采集大脑信号是首要的难题。大脑有 850 亿个神经元,神经元发出的脑信号传到头皮时已经严重衰减且相互混杂。脑电图、功能磁共振成像等非侵入模式很难清楚地采集脑信号,例如脑电图的空间分辨率只有一厘米左右,一厘米以内的神经细胞活动无法区分。相对而言,脑皮层电图描记法、局部场电位等侵入模式获取脑信号精度高,但会带来严重的手术创伤,难以开展人体实验和走入日常应用。另一方面,人类对于大脑的了解仅限于图层识别、语音识别等基本的信息处理,还未能破译思考、推理等复杂的脑电信号,即使收集到大脑信号也不一定可以转换成相应的机器指令。例如在意念操控机械臂的实验中,操作人员需要进行特殊的运动想象训练,才能使大脑发出可以被机器收集并识别的信号。
  
  二、案例介绍
  
  事件经过。2019 年 7 月 21 日,马斯克和 Neuralink 公司团队发布了其最新的脑机接口方案,旨在设计一个安全的、微型的、能在大脑中实用的接口。本次新推出的神经手术机器人使用激光在头骨上钻孔,每分钟可以将六根超薄的精密柔性聚合物电极线准确插入大脑目标位置,尽可能减少损害。电极线上有一系列微小电极和传感器,宽度大约是 4 到 6 微米,比人类发丝还要细,可以大规模传输神经元活动数据。新型电子元件可将电极线收集到的大脑信号进行滤波、数模转换和脉冲检测等处理。此外,该系统还包括一个能够更好地读取、清理和放大脑信号的定制芯片。
  
  目前,Neuralink 正在动物身上测试这种技术的稳定性,在老鼠头部植入的脑机接口含有 1500 个电极,数量上是现有人机接口技术的 15 倍。
  
  后续发展。Neuralink考虑将所有电极线连接到一个可以戴于耳后的脑波发射器上,通过无线系统进行数据传输,并以激光射线代替钻孔来穿透头骨。此项技术最快将于2020年底在人类瘫痪志愿者身上测试,如果可行,该技术将有望创造一个通过机器人手术植入的高带宽脑机接口,帮助截瘫病人控制手机或电脑。
  
  后续,Neuralink计划为脑机接口寻找更多应用场景,并向医疗领域推广和申请FDA批准。马斯克和Neuralink的长远目标是让脑机接口面向健康大众,帮助人类靠大脑来操控机器,以实现人类跟人工智能的共生。
  
  三、简评
  
  脑机接口实用还需要解决很多问题。首先,安全、易用的脑机接口需要内置电极的高可靠性和安全性。Neuralink 的新型超薄柔性电极持续时间更长、置入时损伤更小,然而电极还是会引发神经胶质增生等组织损伤,且电极在人脑生物环境中的持久稳定性仍然需要不断验证。其次,在人体试验前,需要测试动物在一定时间对不同电极材料的反应情况,不管如何加大投入也无法加速这一过程,而寻找大量的人体测试志愿者也并非易事。最后,脑机接口作为交叉研究领域,依赖于相关科学特别是神经系统科学的研究进展,如果不能很好地破解大脑信号密码,即使Neuralink 的脑机接口研究完备,单纯的神经元记录数量提升并不能直接改善脑机接口的性能。此外,马斯克和 Neuralink 公司的长远目标是让脑机接口不仅面向严重疾病患者,还要面向所有人类,为了一款产品去做开颅手术,即使手术创伤再小,也将带来很大争议。
  
  脑机接口技术未来将在很多领域发挥重要作用。Neuralink脑机接口新技术的发布标志着该技术距离人们的生活又近了一步,未来脑机接口相关技术将在涉及人脑的各个领域有着广泛的应用前景。脑机接口技术最令人期待的是在医疗领域的应用。可以有效支持失去活动能力患者的辅助治疗,帮助其恢复语言功能、行为能力,例如使语言功能丧失患者直接与外界交流,或者使四肢完全丧失功能的患者能够在无人照看的情况下自己操作轮椅等设备,帮助渐冻症、中风等患者过上正常人的生活。除了医疗领域,理论上,脑机接口可以创造最有效的人机交互模式。未来脑机接口将改变人类操作机器的方式,例如帮助人类在特殊环境中控制外部设备,实现只需要大脑活动的无人驾驶技术,还可以极大地改进人们的娱乐方式。

责任编辑:言笑晏晏

 
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