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三只小猪一场“秀” 脑机研究再度走热

马斯克(Elon Musk)每隔一段时间就会有消息“霸屏”。北京时间8月29日早上6点40分,马斯克带来三只小猪以直播的方式发布了其脑机接口公司Neuralink的最新突破,其脑机设备LINK V0.9缩小到一枚硬币大小,可以植入骨头中,实现“无线”实时传输脑电波数据。
发布时间:2020-09-01 16:13        来源:中国电子报        作者:李佳师

马斯克(Elon Musk)每隔一段时间就会有消息“霸屏”。北京时间8月29日早上6点40分,马斯克带来三只小猪以直播的方式发布了其脑机接口公司Neuralink的最新突破,其脑机设备LINK V0.9缩小到一枚硬币大小,可以植入骨头中,实现“无线”实时传输脑电波数据。“钢铁侠”马斯克每一次的现身,总会给这个世界带来惊喜,这次他和他的三只小猪,让我们看到人类距离用“意念”对接世界又进了一大步。

“意念”操控在小猪上实现

Neuralink这次发布的核心是可穿戴设备LINK V0.9,该设备有配备1024个频道,能感应温度和气压,读取脑电波、脉搏等信号,与过去在耳边的信号接收盒不同,现在的形态像一个“硬币”,尺寸为23mm×8mm,可置于颅顶位置,开颅尺寸可为一个硬币大小,该设备可以在白天使用一整天后,晚上进行充电。

马斯克介绍,LINK V0.9 的安装可以通过新款手术机器人自动完成。手术机器人能够发射脉冲,完成开颅、植入感受器、黏合等所有步骤,因为机器人能够对大脑进行图像识别,避免对大脑尤其是对神经元的伤害。具体操作是首先开颅,取出一小块头骨,植入电极与电线,最后装上“硬币”LINK V0.9,补上头骨的空缺部分,整个手术只有一个手术机器人,用了一个小时。手术不需要全身麻醉,过程中都不会流血,术后脑袋上留有一个小疤痕。

在这次发布会现场,马斯克展示了手术机器人,带来三只已经此前被植入了“硬币”的小猪,并进行三只小猪和实时神经元活动的演示。当小猪在吃东西时,其芯片实时传输的脑电波数据会根据不同的峰值分析小猪的脑部活动,显示在电视监视器上。当小猪被放上跑步机时,小猪的大脑活动有明显的变化。

马斯克之所以带来小猪,并展示它们又跑又跳的情形,是希望表明LINK V0.9已经很安全,小猪们植入芯片后依然“快乐而健康”。据马斯克会上透露,今年7月Neuralink已经获得FDA(美国食品药品监督管理局)认可,希望打造安全、可信的产品。

Neuralink公司相关人士在问答环节中表示,设计实验的原则是保证小猪自主参与,通过某个动作了解它们的心理。马斯克表示,研发脑机接口,希望能恢复残疾者的行动能力,解决老年痴呆症、中风等其他疾病;在未来用意念召唤特斯拉也是有可能的。

手术机器人前进一大步

Neuralink成立于2016年,由马斯克与另外8名创始人创立,同年,马斯克在一年一度的科技界盛会Code Conference上提出了关于“神经织网(Neural Lace)”脑机接口的想法,而这一灵感来源于苏格兰小说家伊恩·班克斯(Iain Banks)的科幻作品Look to Windward。现在马斯克希望将幻想一步一步变成现实。该公司希望研发超高带宽的脑机接口系统,治愈人类的脑部疾病,并赋予人脑更强大的功能。

在2019年7月,Neuralink 公司宣布其“像缝纫机一样”的机器人,可将超纤细的线植入大脑深处,能够读写大量信息。对这一发布,清华医学院教授洪波认为, Neuralink团队在两方面取得了显著进展:一方面是缝纫机式的手术机器人大大改进,可在大动物和人类大脑自动植入上千根电极丝,上次是一个只能用于大鼠的原型机。另一方面是植入器件的微型化和无线传输设计。这次采用23毫米直径硬币大小的圆片,可以采集传输上千通道的神经放电信号。上一版是USB有线接口,这一版是无线接收和充电。

中国科学院大学人工智能学院脑认知与智能医学教研室主任、中科院自动化所研究员何晖光在接受《中国电子报》记者采访时表示,这一次进展主要体现在芯片和手术机器人上。芯片比以前更小,而且可以取出来,还可以进行无线充电。其展示了神经信号和猪关节运动之间的拟合曲线,拟合程度比较好,不过目前看到的只是一个演示,并没有给出实际的数据支持其观点。

从这次发布的主要短板来看,专家们一致认为是神经信息的编解码研究。洪波认为这次发布会让人失望的地方在于,神经信号解码方面没有任何进步,只是简单演示了小猪四肢运动和脑内神经放电的关系,距离植入脑机接口、与手机通信还有很长的路要走。从马斯克的演讲,可以感到他对神经编码原理不是很关注,对其难度的认识不够。“人脑植入脑机接口值得期待,但要有足够的耐心面对神经界面和神经编码方面的挫折。”洪波说。

何晖光认为,下一步Neuralink应该在神经信息编解码方面做进一步研究,这样才能更好的理解大脑,对大脑建模,并通过解读大脑信号输出大脑的指令。

目前看,马斯克的Neuralink团队完成了在猪体上的植入,但从猪体到人体进行试验,依然有相当长一段路要走。“马斯克提到该技术可以用来召唤特斯拉、玩视频游戏或让脊髓损伤的人再次行走,但实际上目前所展示的只是在动物上的实验,其若在人体上做实验,需要解决设备的安全性、生物兼容性问题,另外其在科学伦理方面也需要谨慎对待。”何晖光说。

中国脑机研究方兴未艾

脑机接口(brain-computer interface,BCI)是指在人或动物脑(或者脑细胞的培养物)与外部设备间建立的直接连接通路。换句话说,就是用意念控制机器,这意味着人与机器的主要交互方式,除手工输入、语音交互外,还可通过大脑向机器直接发指令。脑机接口在神经假体、神经反馈训练、脑状态监测等教育、医疗、康复等领域有大量的应用场景。目前,脑机接口技术可以分为两类,一类是侵入式,如在大脑中植入芯片;另一类为非侵入式,如戴上可以采集脑电波的头盔或帽子。

从目前来看,脑机接口的发展仍存诸多挑战,比如“植入式”脑机接口需要足够安全、足够方便,包括能够存于颅内的材料寻找。美国韦斯中心的克劳德克莱门特教授将大脑比作海边丛林——潮湿、炎热、多盐,与人体其他环境大不相同,需要更为特殊与耐用的材料。比如关于脑机接口所引发的科学伦理的研究。又比如“非植入式”脑机接口的解码要进一步提高,目前非植入的解码率为70%,等等。

中国苏州大学计算机科学与技术学院副教授许粲昊在接受媒体采访时表示,脑机接口制造技术在全世界仅处于起步阶段。

目前,中国有不少团队正在进行脑机接口的研究。其中清华大学医学院洪波教授的研究项目是国内脑机接口领域成绩比较突出的。洪波教授团队已经与301医院和清华大学医学院合作,使一个癫痫病人在做神经监护的状态下,接上脑机接口的系统,机器得到大脑信号,就能实现准确打字。

看了这次马斯克的演示后,洪波表示:“这个设计和我们团队的微创脑机接口有相似之处,但我们更关注颅内脑电,而不是单个神经细胞放电,因而对植入器件的要求相对较低,可以完全埋在颅骨里。”

不久前,北京宁矩科技有限公司宣布与淘宝电商平台合作,希望推动将人脑与电脑连接起来的技术,借助于淘宝意念购(Neurabuy)装置,用户可以凭借意念的力量完成购物。7月30日,阿里巴巴集团向中国国家知识产权局递交专利申请。未来在市场上出现这种装置后 ,人们就不再需要智能手机了,而是利用“意念”进行购物。

去年举行的2019世界机器人大会 “BCI脑控机器人大赛暨第三届中国脑机接口比赛”,是大会期间举办的最受关注的赛事之一,冠军魏斯文凭借脑电波打字创造了最快纪录,可以超过普通人用触屏手机打字,而该纪录的诞生,得益于强大的脑机接口算法。“脑控打字记录挑战赛所使用的脑机接口范式是SSVEP范式,这是中国科研人员自主研发的脑机接口范式。它已经与美国科研人员提出的P300范式和欧洲科研人员提出的运动想象范式并列为国际脑机接口领域三大范式。”清华大学医学院生物医学工程系教授高小榕透露。

何晖光表示:“现在脑机接口芯片也被列入了美国实体清单,希望国内也能加强脑机接口相应的规划,组织相关科研人员加大投入,集中精力,加快研究,突破壁垒。”

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