植入未來

文｜馬 迪

腦機接口，未來可期。

最近一個月，潮流科技圈最火爆的話題莫過于腦機接口了。這股熱潮源自于8月28日，人稱“硅谷鋼鐵俠”的埃隆·馬斯克主持的一場腦機交互項目發(fā)布會。在會上，他演示了這家名為Neuralink 的公司的最新研究成果，成功地用一己之力點燃了全世界對腦機接口的熱情。

馬斯克主要介紹了Nueralink 公司最新的“三件套”腦機接口設(shè)備。第一個就是腦內(nèi)植入裝置the Link。它寬23 毫米、厚8 毫米，頂部是芯片，上面連接64 根線，展開來有1024 個微絲電極（Neural Lace），能夠讀取腦電波等生理信號，但需要通過手術(shù)植入顱骨頂部。馬斯克強調(diào)，人們可以把這個裝置理解為一款可穿戴設(shè)備—它就像一塊智能手表一樣，還能通過藍牙連接手機APP。

至于為什么接口裝置的厚度是8 毫米？因為人的頭蓋骨厚度是10 毫米左右，正好可以將腦機接口內(nèi)嵌到其中。這就引出了第二件新設(shè)備：全自動手術(shù)機器人。據(jù)馬斯克的介紹，這臺手術(shù)機器人可以非常精準地將腦機接口植入到人的頭蓋骨中，同時盡量避開血管，減少損傷。全程不到1 小時，無需全身麻醉，被植入者在醫(yī)院休息半天即可出院，可以說是即來即走、堪比醫(yī)美了。

第三個設(shè)備就是跟腦機接口配套的無線充電器。馬斯克表示，被植入者每晚睡覺時可將無線充電器放到頭皮附近，第二天醒來之時，被植入的腦機接口便會電量滿滿，滿足一整天的用電需求。

為了體現(xiàn)“Link”芯片的有效性和安全性，Neuralink 選擇了和人類在健康記憶等基因方面相似度較高的三只小豬來進行實地演示。其中一只從未被植入過腦機接口，第二只曾經(jīng)植入過腦機接口（后來又被取下），第三只則是兩個多月前被植入腦機接口一直佩戴至今。三只小豬都很活躍，在活動上看不出明顯的區(qū)別，顯示腦機接口并未對其帶來什么副作用。

發(fā)布會上還通過顯示屏直觀展示了第三只小豬的腦電圖。每當它聞到有味道的東西時，芯片直觀地展示出嗅覺在大腦內(nèi)活動所產(chǎn)生的信號；當小豬在跑步機上活動時，芯片可以“非常精確地預測主體所有四肢的位置”。在發(fā)布會的結(jié)尾，馬斯克宣布Neuralink 即將開啟人體試驗，以解決各種脊柱和神經(jīng)系統(tǒng)疾病，包括癲癇發(fā)作、癱瘓、腦損傷和抑郁癥。

眾所周知，腦是人類的神經(jīng)中樞，幾乎所有的高級神經(jīng)活動都在這里完成。自從科學家發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)活動會釋放出信號后，就一直試圖破解這些信號以及將新的信號回輸給大腦。這條“信號采集＞信息解碼＞信息再編碼＞回輸”的鏈條，仿佛層層遞進、難以破解的局中局，以至于人們始終徘徊于前兩個階段，無法逾越。

事實上，腦機接口的熱潮從20 世紀70年代就已經(jīng)開始了。1973年，加州大學洛杉磯分校的比達爾教授制作出第一臺腦機接口，研究人員戴著像“頭盔”一樣沉重的腦電波接收器，通過意念操縱屏幕上的光標走完了一個迷宮。

顯而易見，非侵入式最大的好處就是風險低，可以招募到很多真人作為實驗對象。大量的實驗讓非侵入式腦機接口取得了很多成果，比如用意念遙控目標、操縱假肢甚至讀取腦海中的文字信息。直到目前為止，非侵入式腦機接口仍然是這個領(lǐng)域的主流。

但是這種隔空讀取的缺點也很明顯，就是信噪比很低。非侵入式腦機接口測量的信號是大腦整體活動的結(jié)果，而我們的大腦天生就具有多任務(wù)性—人們可以很輕易地一心二用甚至多用，這就使得復雜的信號之間難以區(qū)分，因此在控制精度和效率上幾乎難有新突破。

想解決這個問題，發(fā)展侵入式腦機接口才是未來—直接把電極埋到大腦皮層里，分區(qū)去測量大腦里面的信號，才能挖掘出更深層的信息。但之所以侵入式還不是主流，自然有他的難處。首先是實驗難度太高，要把這么多尖尖的電極插到大腦里面，想想都讓人頭皮發(fā)麻；而傳統(tǒng)的玻璃電極、鉑電極和硅電極都很容易導致免疫排斥反應(yīng)，只能小規(guī)模地在動物身上做實驗，無法應(yīng)用于人類。

破局的人終于在2015年出現(xiàn)。當時《自然·納米科技》發(fā)表了一篇論文，公布了一種網(wǎng)狀的導電聚合物新材料：它兼具納米電極和半導體的性質(zhì)，結(jié)構(gòu)柔軟，接近大腦組織，同時又非常纖細，能跟細胞良好兼容，免疫反應(yīng)低。最重要的是這種材料具有流動性，可以通過針孔直接注入，大大減少了手術(shù)的復雜度。

Neuralink 此次就是利用了這種新型的柔性材料，取得了工程技術(shù)層面的一次突破：成功將探測大腦電活動的電極數(shù)量從“百”上升到了“千”這個級別，終于接近單神經(jīng)元測量的尺寸了，而這種柔性材料還有很大的開發(fā)空間，可以說未來可期。

總體而言，腦機接口一定將成為劃時代的發(fā)明，但現(xiàn)在還需要大量的技術(shù)攻關(guān)。馬斯克的宣講將腦機這個概念帶入主流視野也是一件好事—至少會有更多的人愿意投身到這個領(lǐng)域的研究中。