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太科幻了,马斯克旗下 Neuralink 昨日发布了脑机接口

技宅空格 07-18

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CDPR 制作的《赛博朋克 2077》由于其超高的制作质量在网络上获得了很高的讨论热度,这款游戏一时也带火了「赛博朋克」这个概念。

赛博朋克风格的作品中,「生物科技」是相当常见的元素,它通常表现为超高的医学水平、基因改造以及很多动漫、游戏、电影都非常常见的「人体改造」。

在「人体改造」中,脑机接口是一项非常重要的技术。附加在人体上的元件是电子的,为了能够让人直接通过大脑的「意识」对这些电子元件进行控制,人体改造往往会涉及到芯片的植入,其中大脑或是脊柱往往是科幻作品中常见的芯片植入点。

脑机接口这项技术实现的就是大脑和电子产品之间的互联,在现实世界中,脑机接口的意义在于它能够帮助残障人士更便利地进行生活,通过脑机接口,他们可以直接用大脑的「意识」控制义肢,或是通过外接的设备与这个世界进行真正的话语上的交流。

基于脑机接口的设备在体验上、使用便捷性上将远超现有的基于肌电信号的设备,残障人士的生活质量能够通过这些新设备获得极大的改善。

除此之外,脑机接口对视障、听障人士来说也是一大福音,理论上通过植入的芯片配合外接传感器为视障、听障人士重建视觉、听觉是可能的。

你可能会觉得这样的技术离我们还非常远,但是实际上被称作是「硅谷钢铁侠」的马斯克已经在推进脑机接口技术的研发。

马斯克旗下的公司非常多,有专门挖地道的 Boring Company,有造火箭上天的 SpaceX,有推动汽车行业变革的特斯拉。在大热的人工智能领域,他还和其他硅谷大亨共创了一个非营利组织 —— OpenAI。

这些公司目前都各自有一定的成就,Boring Company 造出了首条测试隧道,OpenAI 在《Dota 2》这款游戏中也取得了不错的成绩,SpaceX 则更不用说了,早在 2008 年,它就已经获得了 NASA 的合同。

马斯克旗下的公司中,这么多年来没有发布成果的只有 Neuralink 这一家了。Neuralink 于 2016 年注册,于 2017 年获得了 2700 万美元的融资。此后,媒体基本上就没有怎么报道过 Neuralink 的消息,这家公司进入了长时间的沉寂。

Neuralink 主研的是一种被称为「神经蕾丝」的脑机接口产品,为大脑和电子产品之间的通信提供最基本的支持。

这款产品的技术路线非常清晰,它是一个侵入式的脑机接口,这也是相当多科幻作品中脑机接口的形式。所谓的侵入式脑机接口指的是这种脑机接口需要通过手术进行植入,植入这种脑机接口往往是有很大风险的,一方面是植入的过程以及植入物的留存可能会对大脑构成损伤,另一方面是这种植入不可避免要做开颅,这可能会导致大脑感染。

相较而言非侵入式的脑机接口风险要小得多,它采集的是头皮脑电,只需要在头皮上放置多个电极即可。

侵入式脑机接口的优势在于它能够精确地观察、采集神经元的电信号,同时它也能够精准地对神经元进行电刺激,来营造某种感觉,这一点是非侵入式脑机接口所做不到的,想要最大化脑机接口的功能,侵入式脑机接口是当下最好的选择。

昨天晚上,马斯克召开了 Neuralink 的发布会,在发布会上,马斯克非常兴奋的表示这项技术对人类文明来说至关重要。

Neuralink 在这一阶段中取得了很理想的成果,在植入体的研发上,Neuralink 研发出了一个电极线阵列,单条线的宽度仅 4 到 6 微米,线上集成了大量的电极。

单根线比人的头发丝要细很多,使用的材料是柔软的高分子材料,它相较于现有的其他侵入式脑机接口的材料更能避免植入体对大脑的损伤,因为更硬的材料可能会因为大脑本身的移动而发生位移,在植入后时间一长接口就可能会因为位移而损坏,同时大脑也会受到一定损伤。

每个植入体的线阵列由 96 根线组成,每个线包含了 32 个独立的电极触点,单一的薄膜植入体可包含 3072 个电极触点。

这种高度集成的线阵列为我们在大脑和电子设备之间传输大容量数据提供了一定的可能。越多的电极触点意味着植入体能够监控越多神经元的活动,同时能够向越多的神经元传输数据,这是 Neuralink 的脑机接口在未来实现「高带宽数据传输」的一个基本前提。

Neuralink 的这个植入体并非是完全朝科研目标研发的,这种植入体在设计上考虑到了量产的制造工艺,在未来具有量产的可能。

由于这种线的材料非常细、非常软,所以为了将其顺利植入,Neuralink 开发了配套的神经外科手术机器人。

该机器人会利用激光开颅,同时利用计算机视觉精准地将线植入到大脑中。该机器人目前能够做到一分钟六根线的植入速度,其完成一个阵列的植入只需要十几分钟。

在植入的过程中,得益于深度学习支撑的计算机视觉技术,机器人可以尽可能地避开脑部的血管进行细线的植入,尽可能使整个植入过程不出现任何可察觉到的出血,进而避免大脑的炎症反应。

为了解析脑机接口采集到的大脑电信号,Neuralink 开发了专用的 ASIC 芯片。

这个芯片被定名为「N1」,它可以对采集到的模拟电信号(即脑电信号)进行处理、除杂、放大,整个芯片的体积仅有 4mm x 5mm 大小。

它具有非常低的功耗,拥有 1024 个模拟单元,能够实时对模拟电信号进行棘波检测并通过转换器将其转化成数字信号进行输出。

这颗芯片目前还不支持无线传输,所以目前 Neuralink 目前是给其配上了一个 Type-C 接口,通过 Type-C 接口来对 N1 输出的信号做有线传输。目前他们在小鼠上的实验使用的就是有线传输的方案。

N1 的传感器主要是防止在大脑掌管运动的区域,配合信号解析,它最终能够做到让残障人士可以通过意念控制机械臂进行活动。

后续用于人的 N1 芯片将直接和一个置于耳后的设备相连,这一具有电池的设备可以使用蓝牙等通信方式和其他设备进行通信,将实时处理的脑电信号传输给手机、电脑。

由于电池是没有办法小型化的,所以在无线传输数据的情境下,这种外置传输器必不可少。值得一提的是这个外置的「吊舱」不单单可拆卸、可升级,而且它本身是一个纯粹的无线设备,这个设备和 N1 之间的通信并不是有线的。

换句话说,后续 N1 芯片将会集成超低功耗的通信模块,植入体的外侧不会有任何的电线。

Neuralink 计划在 2020 年进行首次的人体试验,不过具体还需要看 FDA 的批准。如果一切顺利的话,在数年后他们就能够推出一款用于治疗脑疾病的设备,而这款设备很有希望会成为全球首款正式商用的脑机接口设备。

从更长时间的维度来看,脑机接口这项技术是科技发展的一种必然,不论马斯克投不投资做这个东西,这项技术必然会出现。之所以脑机接口比我们想象得早了这么多到来,数年前出现的深度学习可能是一大原因。

整场发布会下来 Neuralink 给出来的东西都是真材实料,并非是放个 PPT 乱吹一气。

如果 Neuralink 的发展势头非常好,在未来几年内,脑机接口技术很有可能会进入一个较为高速的发展期,其中不单单是 Neuralink 的这种脑机接口技术,其他公司的脑机接口技术也会有更多的成果,在未来一两年内,Neuralink 的发展能够映射出资本对这个领域的青睐程度以及 FDA 和社会对这项技术的看法。

笔者个人认为脑机接口技术想要真正发展到科幻电影那种程度还是要很长的时间,现阶段 Neuralink 的「神经蕾丝」也只能覆盖少量的神经元,而大脑的复杂程度要远远超出我们现有技术的上限,所以 Neuralink 这一次发布的东西虽然是很出色的成果,但是这只是这项技术的起步。

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