與馬斯克NeuraLink同賽道！國產(chǎn)芯片進(jìn)軍腦機(jī)接口，兩項(xiàng)自主

尤其難得的是，目前國內(nèi)腦電采集設(shè)備嚴(yán)重依賴進(jìn)口，在美國商務(wù)部將腦機(jī)接口列入出口管制清單的影響下，美國腦科學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)醫(yī)療產(chǎn)品正在逐步退出中國，這讓NeuraMatrix更顯珍貴。

許多科幻電影或作品都描繪了未來人們生活的場(chǎng)景。比如《黑客帝國》中，人通過后腦的接口連接到虛擬世界“矩陣”，充當(dāng)機(jī)器人的生物電池。比如《攻殼機(jī)動(dòng)隊(duì)》，通過大腦皮層的植入納米機(jī)械，增強(qiáng)了信息處理能力，讓人們可以直接連接網(wǎng)絡(luò)。這些都是腦機(jī)接口的應(yīng)用。

什么是腦機(jī)接口？

20世紀(jì)50年代以來，人們一直在研究思想，希望用思想操縱物體，就像很多小說或電影中的超能力一樣。正是在這個(gè)時(shí)候，腦機(jī)接口的概念被提出，在英語中被稱為腦機(jī)接口。通過生物電信號(hào)，人腦思維和機(jī)械反應(yīng)之間有聯(lián)系。

早在1929年，漢斯伯杰就實(shí)現(xiàn)了人腦電信號(hào)的無創(chuàng)記錄，這被廣泛認(rèn)為是腦機(jī)接口的神經(jīng)生理學(xué)起源。1969年，科學(xué)家埃伯哈德費(fèi)茨證明了猴子可以通過腦電圖信號(hào)控制外部設(shè)備的可能性。從那以后，直到現(xiàn)在，相關(guān)研究人員已經(jīng)發(fā)表了許多論文使用不同類型的腦電圖信號(hào)作為腦機(jī)接口設(shè)備。

來源：NeuraMatrix

到2019年7月，馬斯克宣布旗下NeuraLink已經(jīng)推出了一款產(chǎn)品，即微電腦芯片，植入大腦可以通過大腦的思維控制電腦，這意味著它可以在屏幕上控制軟件、輸入文字、購買創(chuàng)意，無需人工操作。

據(jù)了解，該芯片附著在嵌入直徑僅4-6m電極的導(dǎo)線上，由神經(jīng)外科機(jī)器人操作，將其精確嵌入腦組織。

不僅如此，根據(jù)馬斯克的說法，這種產(chǎn)品還可以讀取和解碼大腦皮層的神經(jīng)活動(dòng)。參與者的情緒和想法甚至不用動(dòng)嘴或露出面部表情就能及時(shí)反映出來。這款產(chǎn)品采用的技術(shù)是局域場(chǎng)電位(局域場(chǎng)電位信號(hào))，這也是之前研究者討論的方向之一。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的難點(diǎn)之一在于如何讀寫，即如何知道用戶的真實(shí)想法，如何將正確的信號(hào)傳遞給用戶。因此，有必要使用電極或探針。數(shù)量和密度越多，越準(zhǔn)確。簡(jiǎn)而言之，有必要檢測(cè)神經(jīng)元的信號(hào)。

神經(jīng)鏈接的腦機(jī)接口(來源：神經(jīng)鏈接)

目前，信號(hào)檢測(cè)有兩種方式，一種是侵入式，另一種是非侵入式。NeuraMatrix認(rèn)為，神經(jīng)元信號(hào)的檢測(cè)需要覆蓋從低頻十分之一Hz到高頻幾十kHz的頻率范圍，但當(dāng)高頻信號(hào)釋放到外界時(shí)，大部分會(huì)被腦組織和顱骨屏蔽吸收。

如果用無創(chuàng)頭環(huán)或電帽采集信號(hào)，只能得到小于100 Hz的部分，相當(dāng)于損失了90%采集到的信號(hào)信息，信號(hào)精度差。因此，無創(chuàng)腦機(jī)主要集中在睡眠檢測(cè)、注意力檢測(cè)等方面，檢測(cè)過程容易受到干擾，需要在安靜的環(huán)境中進(jìn)行。

中國的NeuraMatrix和美國的Musk的Neurolink目前都選擇了侵入式腦機(jī)。例如，Neurolink的腦機(jī)接口系統(tǒng)植入，的傳輸線非常細(xì)，可以隨大腦移動(dòng)而不損傷自身，從而將對(duì)大腦的損傷降到最低。NeuraMatrix還開發(fā)了一種芯片，可以讀取、清理和放大計(jì)算機(jī)信號(hào)。

NeuraMatrix目前也完成了片上系統(tǒng)的升級(jí)。100通道芯片只有指甲蓋的一半大。數(shù)據(jù)顯示，在抗噪性和無線性方面都要優(yōu)于Neuralink的產(chǎn)品。當(dāng)然，無論如何，目前的腦機(jī)接口仍然需要數(shù)據(jù)線連接，侵入式仍然存在人體安全風(fēng)險(xiǎn)，無線非侵入式將成為未來的必然方向。

腦機(jī)接口，可以治愈疾病，并進(jìn)入元宇宙。

聽了上面的一些介紹，相信有些觀眾已經(jīng)很困惑了。畢竟，BCI能做什么？為什么要花這么多錢開發(fā)腦機(jī)接口？

馬斯克在接受媒體采訪時(shí)曾表示，短期目標(biāo)是治愈癲癇、阿爾茨海默病、帕金森病等腦部疾病，也是通過腦機(jī)接口改善記憶、強(qiáng)化大腦，后續(xù)可以和《戰(zhàn)斗天使：阿麗塔》中的類似。只有大腦才能操作機(jī)械身體，這意味著癱瘓或殘疾的人可以重生。

然而，從治療疾病的角度來看，帕金森病、癲癇等的病變。都在腦深部，病灶腦區(qū)釋放的信號(hào)屬于高頻，這意味著目前只能采用侵入式技術(shù)連接腦機(jī)接口。

來源：Neuralink

另一方面，在治療癱瘓患者時(shí)，已經(jīng)可以讓患者通過腦機(jī)接口控制機(jī)械手完成簡(jiǎn)單的動(dòng)作，如抓握動(dòng)作。但是，暫時(shí)不可能完成太精細(xì)的操作，比如用機(jī)械手指剝橘子皮。

這并不是說目前的技術(shù)無法解碼如此復(fù)雜的動(dòng)作，而是這些動(dòng)作本身對(duì)于只有視覺反饋的人來說太難了。想象一下，光靠視覺，沒有觸覺，剝香蕉有多難。

同時(shí)，在市場(chǎng)上推廣這項(xiàng)技術(shù)還有很長(zhǎng)的路要走。最大的障礙是機(jī)械肢體太貴，不能醫(yī)保。比如一個(gè)連接腦機(jī)接口的機(jī)械臂就要50萬美元，普通人很難承受。

除了在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，腦機(jī)接口在游戲領(lǐng)域也大有可為。比如瑞典神經(jīng)科學(xué)公司MindMaze就受到資本的追捧。該公司主要致力于將虛擬現(xiàn)實(shí)和運(yùn)動(dòng)捕捉與腦機(jī)接口相結(jié)合，幫助患者從創(chuàng)傷中恢復(fù)。

同時(shí)，近期大火的元宇宙概念是想象未來人類將生活在虛擬世界中，腦機(jī)接口與AR/VR設(shè)備的結(jié)合將為用戶帶來更高的沉浸感。

通過腦機(jī)接口，用戶可以徹底解放雙手，只有大腦才能控制虛擬世界中的角色，大大提升了用戶的游戲體驗(yàn)。

一般來說，通過腦機(jī)接口，不僅有可能治愈癲癇、阿爾茨海默病、帕金森病等腦部疾病，還有可能使癱瘓患者蘇醒。同時(shí)，在遠(yuǎn)程控制、娛樂和社交方面，腦機(jī)接口技術(shù)可以帶來革命性的突破。

走向永生的深淵

我們已經(jīng)知道，目前研究腦機(jī)接口有非侵入性的方法，只在顱骨外測(cè)繪腦電波信號(hào)；無創(chuàng)，可檢測(cè)大腦皮層的腦電波信號(hào)；更深層次的是植入，在那里，植入傳感器被用于腦組織以獲取腦電波信號(hào)。

這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)是顯而易見的。侵入大腦越深，信號(hào)檢測(cè)越準(zhǔn)確，但危險(xiǎn)系數(shù)越高。腦機(jī)接口的本質(zhì)是在人腦和機(jī)器之間建立直接的溝通橋梁。信號(hào)越準(zhǔn)確，操作越精細(xì)。

2021年4月，馬斯克在社交媒體上發(fā)布了一段視頻，視頻中展示了一只訓(xùn)練有素的猴子通過腦機(jī)接口玩游戲，并表示他的產(chǎn)品會(huì)讓癱瘓患者比手指更快地使用智能手機(jī)。

隨著腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展，未來人們的社會(huì)生活模式必然會(huì)發(fā)生變化。比如科幻電影中，很多外星人不再通過文字交流，而是通過腦電波交流信息。在大腦中，雙方只有使用帶有植入腦機(jī)芯片的腦電波才能進(jìn)行交流。

另一方面，腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展可以治愈腦部疾病，給癱瘓患者帶來福音。另一方面，也意味著人類的生物部分可以隨時(shí)更換，成為人工“鋼鐵俠”也不是不可能。

就在前段時(shí)間，中國科學(xué)院動(dòng)物研究所發(fā)現(xiàn)了一種保持細(xì)胞年輕的分子開關(guān)，可以通過重置衰老的表觀遺傳時(shí)鐘來減緩細(xì)胞衰老的節(jié)奏。據(jù)相關(guān)研究人員介紹，這是一種表觀遺傳酶。我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這個(gè)開關(guān)打開時(shí)，人體細(xì)胞會(huì)變得衰老，如果這個(gè)開關(guān)關(guān)閉，人體干細(xì)胞的衰老速度會(huì)減慢，甚至在某種程度上，細(xì)胞衰老會(huì)逆轉(zhuǎn)。

如果結(jié)合腦機(jī)接口，意味著在未來，人們可能會(huì)保持超人的體質(zhì)，同時(shí)壽命也會(huì)大大增加，甚至有可能長(zhǎng)生不老。

但是腦科學(xué)還處于起步階段，人類對(duì)自己大腦的認(rèn)知太淺。安裝BCI時(shí)仍可能出現(xiàn)一些未知的風(fēng)險(xiǎn)，如未知的神經(jīng)機(jī)制、倫理、失控等問題。甚至可能因?yàn)槌杀締栴}導(dǎo)致社會(huì)分層。如果這些問題得不到解決，那么腦機(jī)接口可能會(huì)把人類引向深淵。

有這些瓶頸的腦機(jī)接口技術(shù)，十年內(nèi)很難看到革命性的突破，腦機(jī)接口市場(chǎng)化還存在巨大問題。每一個(gè)人的大腦都是獨(dú)一無二的，這意味著即使腦機(jī)接口的位置相同，不同人的效果也可能大不相同，所以需要為每個(gè)客戶單獨(dú)提供一套神經(jīng)解碼方法，成本無疑是巨大的。

總結(jié)

如今，隨著馬斯克以及開發(fā)腦機(jī)接口的相關(guān)公司的出現(xiàn)，腦機(jī)接口技術(shù)再次站在了大家的面前。的確，腦機(jī)接口可以給一些患有腦部疾病和癱瘓的人帶來好消息，但目前的技術(shù)還在實(shí)驗(yàn)室。腦機(jī)接口商業(yè)化可能需要幾十年的時(shí)間，就像科幻電影一樣。