馬斯克：人類首次接受腦機接口芯片植入，植入者恢復(fù)良好

1月30日消息，Neuralink創(chuàng)始人埃隆·馬斯克在社交媒體平臺X上宣布，人類首次接受腦機接口（Neuralink）芯片植入，植入者恢復(fù)良好。

1月29日，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院趙國光教授團隊、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院洪波教授團隊召開無線微創(chuàng)腦機接口臨床試驗階段進展總結(jié)會，宣布全球首例植入式硬膜外電極腦機接口輔助治療頸髓損傷引起的四肢截癱患者行為能力取得突破性進展。

無線微創(chuàng)植入腦機接口NEO系統(tǒng)及其體內(nèi)機

無線微創(chuàng)植入腦機接口NEO（Neural Electronic Opportunity）首例臨床植入試驗，將兩枚硬幣大小的腦機接口處理器通過神經(jīng)外科醫(yī)生的操作植入高位截癱患者顱骨中，成功采集感覺運動腦區(qū)顱內(nèi)神經(jīng)信號。手術(shù)后10天患者出院回家。居家使用時，體外機隔著頭皮給體內(nèi)機供電，并接收腦內(nèi)的神經(jīng)信號，傳送到電腦或者手機上，實現(xiàn)腦機接口通信。

首例植入大腦硬膜外芯片后高位截癱患者通過無線微創(chuàng)腦機接口成功實現(xiàn)腦控抓握

Neuralink，是馬斯克在2016年與多名科學(xué)家一同創(chuàng)辦的腦科學(xué)公司。顧名思義，這家公司的主要研究方向就是腦機接口——通過研發(fā)一種能夠植入大腦的設(shè)備，來實現(xiàn)“人腦與機器交互”。去年的融資情況顯示，Neuralink的估值已高達50億美元（約合人民幣359億元）。

所謂“腦機接口”，就是通過在大腦中植入微小的電極，利用電流讓計算機和腦細胞產(chǎn)生互動。2019年馬斯克發(fā)布了首款產(chǎn)品，其原理是用激光在頭骨上鉆孔，然后再避開大腦血管、將一條線路植入腦中。2020年8月，為了對腦機接口的效果進行驗證，研究人員在三只豬的體內(nèi)植入了設(shè)備，馬斯克在直播時向觀眾展示了小豬大腦活動的實時傳輸。

據(jù)馬斯克介紹，Neuralink正在設(shè)計一種將大腦信號轉(zhuǎn)化為行動的設(shè)備，將首先專注于兩個應(yīng)用：一是恢復(fù)人類視力，二是幫助無法移動肌肉的人控制智能手機等設(shè)備，甚至恢復(fù)脊髓受損者的全身功能。

Neuralink公司人體試驗精確機器人植入腦機接口的目標(biāo)，是尋找22歲及以上、漸凍癥（因脊髓損傷或肌萎縮側(cè)索硬化癥）導(dǎo)致四肢癱瘓、且傷后至少一年未見好轉(zhuǎn)的試驗參與者，初步目的是讓癱瘓人士僅用意念就能操作計算機光標(biāo)或鍵盤。

從馬斯克公司腦機接口項目操作流程看，手術(shù)將由機器人“R1”操作植入物“N1”植入大腦區(qū)域。約15分鐘植入完成后，“N1”內(nèi)的芯片將用于記錄大腦信號并將其無線傳輸?shù)絅euralink的解碼運動意圖應(yīng)用程序。應(yīng)用程序解碼大腦信號后，通過藍牙連接來控制外部設(shè)備?；颊邉t使用Neuralink應(yīng)用程序并通過藍牙連接來控制外部鼠標(biāo)和鍵盤，從而去做自己想做的事。

從外觀上看，植入物“N1”只有一枚硬幣大小，內(nèi)部小型電池可以通過一個袖珍的感應(yīng)式充電器從外部無線充電。Neuralink官網(wǎng)介紹稱：“完全可植入，在外觀上看不見，可以讓你隨時隨地控制電腦或移動設(shè)備?！?/p>

植入物“N1”

圖片、資料來源：Neuralink官網(wǎng)

機器人“R1”的關(guān)鍵部分則在于頭部和針狀物，頭部包含5個攝像系統(tǒng)的光學(xué)器件和傳感器，以及光學(xué)元件；針狀物比人的頭發(fā)還細。Neuralink表示，“R1”能夠可靠有效地將“N1”的細線準(zhǔn)確插入需要的位置，而這靠人手是無法做到的。

圖片、資料來源：Neuralink官網(wǎng)

去年獲得人體試驗批準(zhǔn)

Neuralink2023年9月19日宣布，該公司已獲得一個獨立審查委員會的批準(zhǔn)，將進行首次人體試驗，對癱瘓患者的大腦植入設(shè)備。據(jù)Neuralink聲稱，這項人體試驗為期六年，參與者將首先參加一項為期18個月的研究，在那之后，他們將每周至少花兩個小時進行腦機接口方面的研究。

去年9月，Neuralink開始為其首次人體實驗招募人員。馬斯克的傳記作者之一，Ashlee Vance指出，Neuralink目標(biāo)是在2024年為11人進行手術(shù)，到2030年為超過2.2萬人手術(shù)。根據(jù)Neuralink 去年10月4日回復(fù)《每日經(jīng)濟新聞》的采訪郵件，公司正在招募的患者疾病包括四肢癱瘓、截癱、聽力損失、大截肢和白內(nèi)障。

馬斯克稱，希望找到因脊髓損傷或漸凍癥而四肢癱瘓的患者優(yōu)先進行實驗。Vance表示，外科醫(yī)生需要幾個小時進行顱骨切除手術(shù)，然后機器人在25分鐘的時間內(nèi)插入Neuralink的設(shè)備以及約64根不同螺紋組成的超薄電極陣列。該裝置將取代被移除的顱骨。Vance還補充稱，電線非常細，大約只相當(dāng)于人類頭發(fā)寬度的十四分之一。

值得一提的是，在人體臨床試驗申請成功前，Neuralink已分別在豬和猴子身上做了相關(guān)試驗，并引發(fā)轟動。

2021年4月，Neuralink發(fā)布了一段視頻，展示一只植入其設(shè)備的猴子通過心靈感應(yīng)玩電子游戲，以此展示研究團隊在大腦控制研究上的重大突破。

據(jù)央視財經(jīng)，視頻中的獼猴名叫帕格，在視頻拍攝前植入了腦機接口。最初，研究團隊教帕格使用游戲操縱桿玩游戲，并通過金屬吸管喂香蕉奶昔獎勵它。在這一階段，腦機設(shè)備記錄了哪些神經(jīng)元被激活，對帕格神經(jīng)活動與預(yù)期運動方向之間建模，實現(xiàn)“腦機連接”。

雖然，腦機接口公司Neuralin幾個月前才開始進行人體試驗，對癱瘓患者的大腦植入設(shè)備。而“腦機接口”若能幫助失去視力的人重見光明，也將是載入人類文明史冊的重要突破。

根據(jù)美國國家眼科研究所的數(shù)據(jù)顯示，與視覺相關(guān)的嚴(yán)重疾病正處于長期上升的趨勢中，目前美國大約有130萬盲人和290萬弱視患者，這兩個數(shù)字有可能到2030年將增長至220萬和500萬。

腦機接口如何讀取信息？

腦機接口正在小眾的發(fā)育中，從以上案例不難看出，醫(yī)療是其第一個也是離商業(yè)化最近的應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)階段可用于帕金森疾病、癲癇、輕度認知障礙、阿爾茨海默病、焦慮障礙、抑郁障礙、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙和強迫癥等的治療康復(fù)。

腦機接口要怎么讀取信息呢？目前有三種主流方式，一是侵入式，把電極直接插入到大腦里面，跟大腦神經(jīng)比較靠近，準(zhǔn)確度比較高；第二種是無創(chuàng)式，電極在頭骨頭皮外面，通過極其微弱的腦信號讀取信息，與大腦神經(jīng)元離得遠信號容易失真，解碼難度高，準(zhǔn)確性也會差一點；第三種是以上兩種的中庸之道半侵入式，不用將電極埋入大腦皮層，安置在顱骨處即可，同時兼顧準(zhǔn)確性和安全性。

圖注：三種主流方式和典型的腦機接口傳感器

腦機接口技術(shù)的實現(xiàn)離不開硬件的支持，腦機接口技術(shù)通過將電極植入人類大腦，來監(jiān)測和解讀人腦的信號，并將其轉(zhuǎn)化為計算機可識別的數(shù)據(jù)。這樣，就可以實現(xiàn)人類大腦與計算機的無縫連接，從而實現(xiàn)腦機融合。用癲癇舉例，在大腦病灶位置植入電極，電極搜集信息，并通過微處理器來實時監(jiān)測病人的腦電波活動，當(dāng)芯片監(jiān)測到癲癇發(fā)作前的異常腦電的時候，給予一個電的刺激來抑制癲癇的發(fā)作。

要實現(xiàn)這些天馬行空，需要將這些芯片落實到位：

1、電極芯片：主要用于從大腦中讀取電信號，用于控制外部設(shè)備。

2、神經(jīng)解碼芯片：可以將大腦發(fā)出的電信號轉(zhuǎn)化為可理解的指令，實現(xiàn)更加準(zhǔn)確的信號解碼。

3、信號處理芯片：可以對來自電極芯片和神經(jīng)解碼芯片的數(shù)據(jù)進行高效的計算和處理，機器學(xué)習(xí)等復(fù)雜算法，從而實現(xiàn)更高精度、更高效的腦機接口系統(tǒng)。

4、干擾源芯片：用于采集人腦放電信號并對信號進行干擾消除和濾波處理，以提高信號質(zhì)量和可靠性。

5、放大器芯片：對干擾源芯片采集到的信號進行放大處理，以增強信號的強度和穩(wěn)定性，提高信號的分辨率和精度。

大腦是個相當(dāng)復(fù)雜的器官，其中至少860億個神經(jīng)元，每個神經(jīng)元又有上千個連接，由此形成的巨大網(wǎng)絡(luò)。Neuralink進入臨床的N1植入物（腦機芯片）的64根導(dǎo)線，比頭發(fā)絲還細，其上分布著1024個電極，可以直接連接神經(jīng)元，記錄神經(jīng)活動。也就是說。這一設(shè)備最多可以同時監(jiān)測1024通道神經(jīng)元的活動，而這只是人腦內(nèi)神經(jīng)元總數(shù)的上億分之一。

根據(jù)中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所副所長、腦虎科技創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家陶虎在一次科普活動上所說，電極數(shù)量至少要到10萬數(shù)量級，腦機接口在應(yīng)用層面才能有實質(zhì)上的進展。目前看來，還有一定的距離。

其次，大腦的信息量是相當(dāng)龐大的，精確處理如此龐大的數(shù)據(jù)量需要強大的計算能力，而這個計算并不是簡單的叫AI芯片或者GPU去不停計算就能做到的，對于芯片在大腦內(nèi)搜集到的信息需要做好輸入和輸出的對應(yīng)關(guān)系，才能使腦機接口的運作實現(xiàn)閉環(huán)。

讓芯片在人體內(nèi)安全穩(wěn)定的運行更是困難，要實現(xiàn)大腦的深度植入的話，芯片必須要極小，10微米可能是一個最低界限值。否則的話，其將可能引起植入物周圍組織的感染。

再一個是芯片的低功耗要求更高。因為侵入式是深入人大腦，芯片在體內(nèi)停留時間越長越好，畢竟沒有人想要過幾年就又開一次刀，而且過多頻次的更換可能會引起其他問題。所以，芯片需要在體內(nèi)盡量長時間的停留，目前來說電極絲的壽命也僅僅只有數(shù)年。作為一個新生事物，其能在體內(nèi)停留多久，會不會受某些因素導(dǎo)致電極壽命縮短，還是一個尚待觀察的問題。

值得關(guān)注的腦機接口芯片企業(yè)

審核編輯 黃宇