BOB半岛:脑机接口迎新突破马斯克宣布人类首次植入脑机接口芯片

　　而神经元尖峰检测正是理解大脑如何处理信息的关键，对于理解认知过程、感觉运动功能以及神经精神疾病的发生机制至关重要。

　　每一年，世界都在飞速地变化。一大批新的科技已箭在弦上，比如我们耳熟能详的ChatGPT、文心一言、Midjourney，更新迭代的速度都远比我们人类要快得多，让打工人有种前有狼后有虎的感觉。

　　去年5月26日，埃隆·马斯克创立的脑机接口公司Neuralink宣布：旗下的PRIME项目——精确机器人植入脑机接口，已获得美国食品药物管理局（FDA）批准，将开始进行临床研究。

　　Neuralink成立于2016年，用马斯克的原话说：“其目标是建立人与计算机之间快速的交流通道，尤其在人类输出信息方面，大大超越目前缓慢的鼠标键盘技术。”

　　此前，Neuralink已经完成了许多动物实验，例如通过植入大脑的芯片、让猴子可以用意念控制屏幕上的光标。

　　通过一系列安全性的技术审核后，PRIME获得的人类实验许可，标志着这一研究向实际应用又迈出了重要的一步。

　　脑机接口（Brain-Machine Interface, BMI）是开发机器与神经系统进行直接信息交互的技术。这种直接信息交流，绕开了任何肌肉运动和感觉器官，而且是相互的。

　　一方面，机器可以通过读取神经活动产生的电磁信号获取大脑的意图。例如：人们可以只凭脑中的意图，就控制手机和电脑、操纵机械臂、用扬声器说话，甚至建立人与计算机之间直接的思维连接……

　　另一方面，机器也可以通过对特定神经元集群的电刺激，向大脑输入信息。这就是将图像、声音等转化为神经信号，直接输入大脑的相关皮层，就可以绕开眼睛、耳朵，带来视觉和听觉的主观体验。

　　这样的前景至少对各类残疾人士是莫大的福音，目前大部分脑机接口的研究，也都被限制在帮助失能者、神经疾病患者重新拥有类似常人的能力。

　　PRIME目前的主要方向正是如此，帮助瘫痪患者用意念操作电子设备，此外Neuralink也在进行帮助盲人恢复视力、脊椎病患者获得重新控制身体能力的研究。

　　当然对于马斯克这样的人来说，这显然只是一些初步的目标，他对脑机接口的长远设想是建立人机之间的高效沟通渠道，消除两者之间的鸿沟。

　　脑机接口分为侵入式与非侵入式两种模式，马斯克的PRIME项目属于侵入式，其特点是需要在颅骨上开一个小孔，将芯片的电极插入大脑皮层特定区域，用以直接读取神经元产生的细胞外电信号。

　　侵入式脑机接口的优势是可以获取高质量、高时空分辨率的神经信号，从而获得精细的大脑信息，但这种技术难度高、风险大，属于脑机接口领域最硬核的方向。

　　非侵入式脑机接口则不需要在颅骨开孔，而是通过脑电图、核磁共振等方式获取神经系统信息。这种技术风险低，但因为隔着颅骨，无法对特定的神经元集群进行“”，只能“听见”大范围脑区的宏观活动。这就根本上，就决定了它能够获得的信息比较有限，一般只能解读大脑的整体状态，例如清醒程度、情绪等等，很难精确地获得特定的意图、知觉等信息。

　　打个比方：非侵入式脑机接口就像在一座喧闹的球场上空，只能听见无意义的嘈杂声，或者大量观众一起喊的口号声；侵入式脑机接口，则可以让你选择球场中任意一个区域，听见其中每个人具体在说什么。

　　侵入式脑机接口无疑具有更广阔的技术前景，但目前大部分脑机接口的工业化尝试都是非侵入式的，这主要还是受到技术水平、成本、风险所限。在侵入式脑机接口取得重要突破之前，非侵入式脑机接口依然会是市场主流。

　　比如目前已经开始产品化的智能人工假肢，只需采集一些皮肤上的肌电信号，通过AI的解析就可以精细地控制机械假肢。但严格意义上，这甚至不是“脑”机接口。

　　此外，还有一些所谓的“半侵入式”脑机接口，在手术难度上小于侵入式，但信号质量自然还是不如侵入式。

　　对于侵入式脑机接口这个最具挑战又最富前景的方向，PRIME是当前的领军者之一，它开创了大量的新技术，堪称一项多学科交叉的工程奇迹。

　　PRIME的植入物是一块硬币形状的芯片——N1。N1上带有64根导线个电极，用以采集不同神经元的电信号。

　　很小范围内的神经元中就可以获得。例如运动皮层某个区域的少数神经元，就可以表达将屏幕上的光标移往不同方向的意图。这就为初级“读心术”提供了可能。

　　更多导线，获取更多的神经元信号，也大幅减少了大脑皮层的损伤、免疫反应和疤痕组织。值得注意的是，这些都是此前侵入式脑机接口面临的难题。

　　到周围不远处神经元发放的动作电位，然后实时传输给N1。导线的位置很大程度为随机，因为大脑神经结构异常复杂，个体间也存在差异。研究者只能确定一个尽可能小的区域，然后在其中

　　导线的数量决定了能够获得信息的丰富度，N1已经能在猴子大脑中获取在屏幕上移动光标的动作意图，Neuralink计划在下一代芯片上

　　，届时有望获取更丰富的信息。R1的导线将被放置在颅骨的圆孔中，与颅骨表面齐平，再缝合头皮，等头发重新长出以后，就

　　，保证了使用者的行动自由。为确保长期安全工作，N1经过了大量专门设计和测试，包括抗冲击、防水、电池安全性、生物友好性、电路发热程度等，而且整个系统可以便利地进行升级。以不同的距离和角度为N1无线充电的演示

　　，例如在不切除硬脑膜（DURA）的情况下插入导线（让导线从脑膜中穿过），从而进一步减少对的损伤。如何解码神经信号？

　　N1在汇集各个电极的信号后，通过蓝牙将它们实时发送到计算机等外部设备，再由那些设备上的软件对其进行解码，此时就进入了

　　，以减少数据发送量。但考虑到N1的尺寸、电量和发热限制，大部分解码工作仍需在外部设备中进行。解码软件的核心是一个

　　，由于每个电极一开始采集的神经元信号，其意义很大程度是未知。因此在手术完成后，需要对植入者进行一系列认知测试，用以训练这个人工神经网络，直到其可以将神经元的兴奋模式解码成准确的动作。已经开发出的用户app

　　，所以即使训练完成后，人类可能也难以理解这个黑箱系统中的具体工作原理。训练完成后，植入者的相关

　　，就会被转换成光标的移动、文字、语音、机械臂的动作等等输出了。从N1传输来的1024个通道的神经元活动

　　，甚至比正常的大脑到肌肉的神经传导更快。植入者的动作发起速度，可能还会超过普通人。另外还可以通过植入芯片向大脑皮层输入信号，模拟外界感官刺激，产生特定的知觉。

　　2023年8月，加州大学Chang团队将芯片植入瘫痪者Ann的语言皮层，通过解读数十个基本语音信息的神经编码，让患者可以通过

　　用开关控制电刺激，可以缓和抑郁症、帕金森症等疾病的症状，目前国内外都已有大量的临床手术案例。脑深部电刺。