用iPhone控制大腦,離我們究竟有多遠?

埃隆·馬斯克(Elon Musk)又製造新聞了。

不過已經不奇怪了。事涉這哥們兒,沒有新聞纔是新聞。

展望了火星,發射了火箭,馬斯克將目光從宇宙中收了回來,看向了人類的大腦。

現代神經生物學的祖師爺聖地亞哥·拉蒙-卡哈爾(Santiago Ramón y Cajal)曾經說過:“只要我們的大腦還是未解之謎,那麼,反映着大腦結構的宇宙,也就依然是迷。”不知道馬斯克的這個項目,是不是受了俺們祖師爺這句話的影響。

總之,美國太平洋時間2019年7月16日晚8時,他的腦機接口公司Neuralink召開了新聞發佈會,表明實現重大突破,在不久的未來,人們可能用iPhone就能控制大腦裏電極的活動與信號。

01 腦機能接口,新瓶裝舊酒

馬斯克說的植入式腦機接口看似新鮮,但就像Neralink的總裁Max Hodak在發佈會上所說的那樣,這個技術本身早已存在了許多年,有着豐富的研究。從概念的實現本身來講,並不是什麼從未達到過的豐碑。

早在2002年,美國布朗大學的一個實驗室成功地在猴子中實現了植入式腦機接口,讓猴子學會了通過“意念”來控制電腦光標。

2013年,美國杜克大學的著名科學家Miguel A. L. Nicolelis甚至帶領團隊實現了“腦-腦接口”:把一隻老鼠大腦裏的信號通過互聯網傳遞到另一隻老鼠的腦子裏,讓身處美國與巴西兩地的兩隻老鼠做到了真正的“感同身受”。

至於植入式腦機接口涉及到的手術技術,比如在頭蓋骨上鑽個孔插個電極啥的,在用實驗動物進行的行爲學實驗裏,早就是常規操作了。

那麼,Neuralink的腦機接口技術就沒有創新嗎?不,還是有的。只是,他們的創新不是概念性的突破,而是技術上的迭代——這種迭代,讓腦機接口的安全性和實用性提高了一點點。

02 想和機器“心靈相通”的人類

其實,在人類身上弄植入式腦機接口這事兒,早就有人幹過了。

2002年,一位名叫William H. Dobelle的醫生在一位名叫Jens Naumann的失明者的大腦中植入了68個電極。通過與電極相連的電腦和攝像機,Jens得以恢復了視覺。CNN採訪了Jens,而他當着鏡頭的面倒車入庫,一時轟動。

但是,恢復光明是有代價的——芯片植入擾亂了大腦的正常功能,使Jens患上了癲癇。最後,他不得不取出芯片,重又回到了他一度擺脫的黑暗之中。

無獨有偶。2014年,一位名叫Phil Kennedy的神經學家給自己大腦中植入了電極,想要通過這種方式來理解人類說話時產生的神經信號。手術挺順利,但結果卻不盡人意——Phil也患上了癲癇,語言表達也出現了問題。

從某種意義上說,Phil算是成功了——他記錄到了自己65個神經細胞的活動,並發現它們在自己說話時會出現某種特定的組合。但這實驗沒能延續太久,因爲他頭骨上的傷口一直無法完全癒合。在植入電極88天后,他不得不再次進行手術,將植入物取出。

目前,依然有一些實驗室在不懈地嘗試在人類中能應用的植入電極式腦機接口,通常的對象是運動能力受損(比如殘疾、癱瘓)的人,讓他們可以通過機械手臂等裝置來實現一部分運動能力。不過,這些多半還是研究性質的工作,離普遍化的應用還比較遠。

當然,還有一些半植入式及無創性的非植入式腦機接口技術,安全性要好很多,在人身上的應用也更多,如今已有的一些商用腦機接口裝置基本都是非植入式的。但這類腦機接口控制的精確度通常不如植入性的設備。

而Neuralink公司的突破,則爲植入式腦機接口的安全應用提供了更多的可能。

03 Neuralink到底突破了啥?

要做植入式腦機接口,最重要的東西有三樣:電極、手術,以及用來處理神經信號的裝置和算法。而Neuralink的突破,也正是在這三個方面做出的。

1. 電極:就問你彎不彎

傳統的電極是細金屬絲,就和一根根很細的針差不多,一針下去,不知道要死多少腦細胞。還有硅板電極,也是直的,在損傷細胞的問題上和傳統金屬電極不相上下。

沒辦法,有時候,直的就是比較麻煩。

Neuralink的突破,就在於使用了能被“掰彎”超細柔性電極。這種柔性電極能夠隨着大腦的活動而彎曲,這樣就能極大地避免對腦組織的損傷安全性+1

2. 手術機器人:請叫我“縫紉機”

不是我在開玩笑,Neuralink新推出的手術機器人真的就叫“縫紉機(Sewing Machine)”。

畢竟,柔性電極雖然好,但還是太柔軟,很難在手術中精確地插到大腦的某個位置上,更別提要將很多根這樣的電極一根根插進大腦裏了。爲了解決這個問題,加州大學舊金山分校的教授Philip N Sabes開發出了這種手術機器人。

這種機器人可不是浪得虛名——它拉着柔軟的電極“絲線”,一根根精準平穩地植入到大腦中,這樣子確實像極了縫紉機。

具體就是下面這個樣子:

……

不好意思放錯圖了,是下面這張:

“縫紉機”幹活不僅快速平穩,還能避開血管,以保證記錄信號的效果及手術安全安全性再+1

3. 信號處理:我小但我牛

手術機器人和細軟的柔性電極從硬件上保證了神經信號的收集,以及給大腦發送電刺激的可能,接下來要解決的大工程就是如何處理這些信號。

這也不是啥新問題,科研中早就有很成熟的儀器。但問題是:太大。

一個儀器,有臺式電腦主機那麼大。總不能讓大家每天腦袋上拖着臺電腦大小的東西走來走去吧?

而且,通常在實驗中,科研人員要花大量的時間來人工處理信號,以保證濾去幹擾性的噪音,得到準確的神經信號。這個過程之繁瑣,讓我等實驗室搬磚狗想起來,都是滿滿的淚。

因此,Neuralink發佈的信號處理裝置,就讓我非常羨慕嫉妒恨了。這玩意是由DJ Seo開發的N1傳感器。小小的一枚,還不如指尖大,卻能自動化完成許多實驗室裏需要花費很久來進行的信號處理(除了嫉妒,我還能說啥……)。

在Neuralink的暢想裏,只用在N1傳感器固定在顱骨上,配上Philip N Sabes開發的算法,就能精確地實現對神經信號及電刺激信號的處理和控制。那真的是“一卡在頭,信號我有!”實用性,+1

04 這玩意能幹嘛?

腦機接口目前的主要應用,還是在病人身上。比如,前面提到過的,讓運動或感覺能力受損的患者能夠通過電子及機械裝置,獲得一部分運動或感覺能力。再比如,通過對大腦內特定區域發送電刺激,來治療一些神經性的疾病。像腦部深層刺激術(deep brain stimulation)早已被證實對帕金森病有效,在抑鬱症的治療上也有較多的研究。未來說不定還會有其它的電刺激療法,來治療更多的神經性疾病,也未可知。

Neuralink的首席神經外科醫生Matthew McDougall在發佈會上明確表示,目前Neuralink的這個系統只針對有嚴重疾病的患者。儘管發佈會上提到了許多可能的方向,比如提升運動和感覺能力、輔助視覺、改善語言能力、處理疼痛等等,但具體到底要做什麼,Neuralink並沒有給出一個特別明確的說法。

儘管Neuralink在腦機接口的技術上確實作出了巨大的創新,但想要在人體中真正應用,確實還有不少有待解決的問題

比如,他們的信號傳輸目前還是通過有線來進行的,用type-C接口連接。而這種穿透頭皮的線路可能會帶來感染的風險。

再比如,傳輸信號是會導致發熱的。傳輸功率越大,發熱越多。如何保證發熱的程度不對大腦造成損害?這也是一個需要考慮的問題。

還有,如果要通過電刺激來治療神經性疾病,那麼,具體將電極植入到哪個大腦區域,需要怎樣的電刺激,都是有講究的。而Neuralink的技術是否能很好地實現這些,這又是一個需要通過研究與實驗來回答的問題。

根據發佈會上公佈的內容,Neuralink目前只進行了19例動物實驗,以大鼠居多,也有猴子。說實話,對於他們想要做的事情來講,不算很多。而且87%的成功率,對於2020年進行臨牀試驗的目標來說,還有不少路要走

這次,馬斯克能成功嗎?從技術角度來講,他給自己定了一個並不容易的目標。不過,考慮到他“變不可能爲可能”的光輝歷史,我們也很難否認他成功的可能性。

也許,讓我們激動不已的,不只是新技術,更是這種征服不可能的雄心。正是這種雄心,讓我們從茹毛飲血到征服自然,從安居一隅到遠征宇宙,從一無所知到改變這個星球。

未來,這種雄心會將我們帶向何方?我拭目以待。


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