脑机交互,下一个风口?

脑机交互,下一个风口?

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众所周知,身为特斯拉(Tesla)创始人的埃隆·马斯克(Elon Musk),引领世界开启了智能电动汽车的新时代。不为人知的是,这位科技大咖还投身于最前沿的人工智能领域,于2016年联合创立了一家神经科技公司Neuralink,研发脑机对接技术。不久前,马斯克刚刚宣布,其公司的脑机对接技术有望于2022年开始人体试验。

随着人工智能技术的飞速发展,智能机器、智能设备已经进入新的阶段,然而,科学家们的研究不仅仅止步于此。现阶段,人类智能与机器智能正在逐步融为一体,人工智能正在迈向下一个更高的层次——脑机智能融合。这项技术的关键,是实现人脑与机器之间的信息交互,即脑机接口(Brain-computer interface, BCI)技术。

根据中国人工智能产业发展联盟对脑机接口技术的描述,所谓脑机接口,是在大脑与外部环境之间建立一种全新的不依赖于外周神经和肌肉的交流与控制通道,从而实现大脑与外部设备的直接交互。该技术能够在人(或其他动物)脑与外部环境之间建立沟通以达到控制设备的目的,进而起到监测、替代、改善、恢复、增强、补充的作用。

Neuralink的脑机接口

2016年,埃隆·马斯克(Elon Musk)与八位联合创始人共同创立了专注于脑机接口技术的Neuralink。为了更好地完成自己的目标,Neuralink的团队包括多名业界知名的科学家。比如加州大学旧金山分校生理学教授菲利普·萨佩斯(Philip Sabes),波士顿大学生物学教授蒂莫西·加德纳(Timothy Gardner)等。

该公司主要进行神经织网技术的开发,向人脑植入能够上传下载思想的微型芯片。芯片的主要目的是为了记录和刺激大脑活动,主要应用于医疗领域,比如,治疗严重的脊柱脊髓损伤和神经系统疾病。

自成立以来,Neuralink一直都表现得十分安静。直至2019年7月17日,该公司首次对外宣布了第一款脑机接口系统产品,以及可用脑部活动控制智能手机或计算机的神奇芯片“N1”。通过一个像缝纫机一样的机器人,向仅有2毫米切口的大脑植入导线、芯片,来检测神经元活动。整个过程耗时不到一个小时,而整个系统包含3000多个电极,所连接的柔性电极比头发丝还细。

据公司发言人介绍,该产品的第一个临床试验将针对因脊髓上部损伤而完全瘫痪的人群,通过脑机接口将大脑信号传递给植入在耳后的一个小装置,再将数据传输到计算机。

2020年,伴随着特斯拉起起伏伏的股价,一时间,马斯克成为了科技行业的“网红”和“话题人物”。2020年8月,Neuralink的最新研究进展也又一次在全球引起轰动。这次的研究成果涉及三只实验小猪:一只小猪在两个月前被植入了脑机接口设备,一只未植入任何设备,还有一只曾植入过脑机接口设备后被取出。

实验向人们展示了三只小猪对于植入脑机接口设备的信号表现。当植入了设备的小猪的口鼻碰触到物体时,脑机接口设备会获取神经元发射的信号,在显示屏上呈现点状图像并发出声音,这显示它的大脑信号可实时被采集。而植入设备后又取出的小猪表现得非常健康,与普通小猪并无差异。

据公司方面介绍,小猪的脑部结构与人类的相似度较高,而植入物仅有硬币大小。植入手术由一台专用机器人完成,全过程仅需一小时,并可“当天出院”。马斯克当时在直播中声称,Neuralink的最终潜力几乎是无限的,实现一下,未来驾驶者无需通过动作,仅仅通过脑部发出信号,即可召唤一辆自动驾驶中的特斯拉。他称,脑机接口技术可以解决失明、瘫痪、听力障碍等问题。

2021年4月,Neuralink公司发布了一个猴子使用Neuralink设备玩视频游戏的视频。在这段3分多时长的视频中,一只为“Pager”的9岁猕猴,左侧运动皮层(控制身体右侧运动)和右侧运动皮层(控制身体左侧运动)被植入了Neuralink的脑机接口装置。视频中,这只猴子通过脑电波控制光标在屏幕上移动,玩起了“意念乒乓球”( MindPong)的游戏。

目前,Neuralink 的脑机接口设备,已经于2020年获得了美国食品药物管理局(FDA)的突破性设备计划(Breakthrough Devices Program)许可。不过,在人类身上进行植入实验,则需要得到美国食品药物管理局的进一步批准。

Neuralink公司发布了一个猴子使用Neurelink设备玩视频游戏的视频

“希望2022年,在进一步获得美国食品药物管理局(FDA)的批准之后,我们能够将植入设备应用于第一批人类实验,比如有严重脊髓损伤的人,四肢瘫痪者。而且,我应该说,我们植入该设备的标准是大大高于FDA要求的。正如我们对特斯拉的安全标准远远高于美国政府的要求一样。”Neuralink公司CEO马斯克表示。

Synchron已开始人体实验

不过,Neuralink并不是唯一一家开发大脑接口技术的公司。早在2020年7月,一家名为Synchron的生物技术公司早已先人一步,获得了美国食品药物管理局的批准,可以将脑机接口技术进行人体测试。

Synchron是一家总部位于加州硅谷的创业公司,团队规模仅有20人。该公司成立于2017年,它的核心技术来自于墨尔本大学。目前该公司在纽约布鲁克林和澳大利亚墨尔本均设有办事处和研发机构。

2020年,Synchron公司的研究人员曾发表了一项名为“Stentrode”的微创神经接口技术,该技术可以让身体瘫痪的病患通过大脑意识来完成一些日常活动,比如购物、打字和发电子邮件等。大脑信号通过遥测装置发送到患者胸部的小型计算机上,由计算机对大脑信号进行操作解析,可以分辨出用户想发短信还是购物。

资料显示,Stentrode大约需要两个小时的微创手术,公司称这一手术过程类似于在心脏中放置支架。手术不需要机器人辅助,可以在常见的血管造影套件中进行,植入物完全放入人体,没有多余的电线从身体中探出来。在实验中,两名身体瘫痪的患者实现了打字和发送文本。这项研究首次证明了通过患者血管植入的脑机接口能够恢复神经脉冲在体外的传输,并且是以无线的形式。

目前,实现脑机接口的路径主要分为“侵入式”和“非侵入式”。“侵入式”是将脑电波检测电极植入大脑,这样采集到的脑信号强且稳定;而“非侵入式”设备主要通过可穿戴的脑电波检测设备获取信号,对人体无伤害,但有信号稳定性弱、速度慢、正确率低和穿戴不便等问题。对比而言,在颅骨钻孔、将电极针直接插入脑组织等“侵入式”设备,可能会导致患者出现长期的脑部炎症。

2021年12月23日,Synchron公司宣布,澳大利亚一名患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS),也称为渐冻症的患者使用该公司旗下的脑机接口设备在推特上发表了一条推文。这位62岁的患者名为奥基夫(Phillip O’Keefe),他于2015年被诊断为肌萎缩性侧索硬化(ALS)患者,除了可以自我思考以外,无法控制四肢,甚至连说话都做不到,更无法和其他人类进行交流。

2020 年 4 月,O’Keefe开始植入Synchron的脑机接口,大脑活动由大脑血管中的传感器收集,并通过胸部设备传输到计算机。植入设备时,奥基夫的行动能力基本已经完全丧失了,但他还能控制自己的手移动鼠标。在植入设备后,他敲击左脚踝即可唤出鼠标进行单击,眼动追踪则用于移动光标。奥基夫接连发布了3篇推文,成功在没有键盘和语音系统的状态下,直接用大脑思考就能发文。这对于患有渐冻症的人群而言,无疑是一个有利的发明。

截至2020年,在全球范围内共检索到与脑机接口相关专利超过两千件。伴随着脑机交互设备持续取得进展,该领域也吸引到越来越多投资人的眼光。根据研究公司PitchBook的数据,截至去年7月,美国脑机接口的初创企业到已经融资1.33亿美元。而联合市场研究公司(Allied MarketResearch)的数据同样显示,2020年脑机接口的市场规模达到14.6亿美元。 除了医疗领域,脑机接口设备在现代智能生活领域、教育娱乐领域、国防智能化建设领域都能发挥重要作用。在如今这个信息科技化、人机融合化趋势越来越明显的年代,脑机交互也许是下一个风口。但是在风口到来之前,技术壁垒、产品认证和监管、临床应用等问题也是不小的挑战。而最重要的是,在普及这一概念和产品的同时,与安全和伦理问题有关的事宜,是否能够被人类广泛接受,则是一条任重而道远的路程。