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马斯克的脑机接口,距离科幻电影还有多远?

2020-09-01新闻3

北京时间8月29日马斯克向人们展示了自己最新的脑机接口产品,这个吹牛X要打草稿的人,总能一次又一次的震惊世界人民的眼球。

马斯克展示了两大突破性成果:

一是自动完成植入手术的设备:植入方法是将头骨打开一个硬币大小的缺口,然后将“脑机接口设备”这款设备植入大脑,可以在一小时内完成手术,并且当天就能出院。

二是脑机接口产品:这一芯片能够感应温度气压、读取脑电波、脉搏等生理信号,支持远程数据无线传输,可支持 1024 个信道,不容易伤害软组织,通信距离在5-10米。

通过马斯克的介绍,在小猪身上,设备植入两个月无任何异常。

当前可实现的功能在于:可以通过AI算法读取大脑活动信息。

从小猪的实验中,通过脑电路图,可以预测到小猪关节的位置,和实际的位置几乎完全吻合。能直观看到猪的脑活动,演示人员抚摸它的鼻子时,猪的神经开始兴奋。设备连接的1024个电极作用下,他脑内的电波信号,清晰可见。

马斯克还宣布:Neuralink 的脑机接口设备,已经在 7 月份获得了 FDA 的许可,即将在人类身上进行植入实验,该公司也正计划进行更多的实验批准申报。

本次展示了Neuralink的脑机设备在可植入性和实现功能上的一次突破。

这种让人们容易联想到的出现在科幻电影中的神秘高科技,离我们越来越近了吗?

要回答这个问题,首先要了解以下问题。脑机接口到底是什么?

早在上世纪70年代,脑-机接口技术初步形成,是一种涉及神经科学、信号检测、信号处理、模式识别等多学科的交叉技术,属于脑科学下的分类。

简单来说,是通过外接设备,将大脑发出的信号转化为外部设备的命令,进而驱动外部设备工作。在未来,也可以通过外部接收或者写入命令,反馈给大脑。总的来说,是实现人与外部环境\设备之间的通信。

不得不信,科技是第一生产力,脑机接口技术的发展,将给人类带来重大意义。

脑机技术可以应用在医疗方面,治疗各种大脑疾病,如语言障碍、阿尔茨海默症、抑郁症等,也是目前主要的发展方向。

在非医疗领域,则是充满想象的,旨在给大脑赋予更多更强功能,如计算能力、人机交互、甚至控制汽车、器械等。实际上并没有多厉害

马斯克的脑机接口技术虽然有大突破,但距离上面这些能力还差的很远,离科幻电影更是天方夜谭。

事实上,目前这些研究还是处在实验室阶段,全球有很多机构都在参与这一科学。大多技术还领先于马斯克的Neuralink。

在目前技术还不成熟,离商用还很遥远的脑机科学,但未来具有潜在的巨大应用价值,所以美国、欧盟、日本、澳大利亚等国家,都设立了脑科学研究计划。包括我国也有“一体两翼”结构的中国脑计划。

我们来看一下,目前脑科学领域有哪些黑科技。

2014年巴西世界杯——机器战甲,年仅14岁的巴西高位截瘫少年,身披“机械战甲”,凭借脑机接口和机械外骨骼开出了一球。这算是脑机接口技术首次震撼世人了。

Facebook的工程师们开发了一种非入侵式脑机接口,让人们用大脑就能打字,而不需要植入侵入性植入物,是不是更加炫酷。

除意念打字之外,Facebook也在研究一种让失聪的人绕过耳朵“听”到声音的方法。这项技术意在让皮肤模仿耳朵里的耳蜗,把声音转换成大脑的特定频率,从而产生听觉。

由美国布朗大学研发的脑机接口BrainGate(“脑门”)系统,通过无线技术,使人脑远程控制其他设备。它实现了让一名中风瘫痪的女士用机械臂喝了上咖啡。使另一名瘫痪者能利用该系统以每分钟8个单词的速度打字。

不过BrainGate系统存在一个未能解决的问题:在长期使用过程中,大脑在头骨中移动,但阵列的针并不移动,可能会对患者造成伤害,因此并没有进一步的应用成果。从整体使用功能上看,还是比马斯克的产品强大的多。

由哈佛大学脑科学中心创立的脑机接口BrainCo,采用非侵入式的解决方案,设计了名为赋思头环Focus、冥想头环Focus Fit、智能假手BrainRobotics等几款产品。

Foucus和Focus Fit用于提高人的注意力,通过佩戴的方式,采集佩戴者的脑电波信号,转化为可读取的注意力指数。已经有在美国课堂上给学生使用。

国内清华大学也研发了一款类脑芯片“天机”。这是一款“既支持神经科学模型,又支持计算机科学模型,同时支持神经科学发现的众多神经回路网络和异构网络的混合建模”的芯片。是全球首款异构融合类脑芯片。

和上面这些产品比起来,马斯克的脑机接口只是在小猪上面的实验,且只是实现“无异常”,读取脑信号这些相对简单的功能,显得有点“平平无奇”。

得益于人们对这一科学的了解程度不高,以及马斯克强大的个人光环,Neuralink产品才显得如此轰动。整体上对于业内人士来说,并没有什么新鲜或者意外的东西。

但是,马斯克不是一般人,不能用一般的思维去评估他。从17年成立Neuralink,到如今达到世界前沿水平,仅仅三年时间,相比于一些研究了很多年的机构,这个进步还是很快的。

此外,马斯克也是一个商人,他的技术也许不是最先进的,但是商业化方案是他最拿手的。因此,我们完全可以对马斯克的脑机研究抱有期待。难点在哪里?

无论是治疗脑疾病,还是实现人机一体的酷炫技能,现在的技术才差的很远,那么技术的难点在哪里呢?

目前主流脑-机接口方案的工作流程为:采集脑信号-信号解码-再编码-反馈。

每个环节都是难点。

信号采集:人脑会产生多种信号,包括电、磁、化学信号、以及大脑活动机械信号。为了采集到需要的脑信号,需要检测、信号放大、去噪、数字化等技术。因此,Neuralink为了解决这个问题,采用入侵大脑式的方法,目的就是离信号源更近。

信号解码:包括信号预处理、特征提取、识别分类等过程。由于人类目前对人脑的探索还不到5%,我们并不知道大脑释放的脑信号代表什么意思。一项活动往往通过多种脑信号、持续性的、有规律的释放来控制表达。因此,如何解读这些信号,是个大难题。目前的做法有:通过特征分析,以机器学习等方式来解读这些脑信号。因此,对于受试者需要大量训练,才能实现某项功能。

再编码:根据分析后的信息进行编码,输入到外接设备。比如控制机械手臂喝咖啡的动作。如何准确控制机械运动,方向、力量、速度、运动轨迹,达成这些效果的准确性,是不容易的。

反馈:感受环境信息反馈给大脑。人类有视觉、听觉、触觉,让外接设备达到人类的感知水平,并且转化为大脑可识别信号,任重而道远。

如果采用侵入式设备,那么还要考虑材料问题。既要考虑人体的耐受性、还要考虑设备的耐受性。

FDA的要求不易拆除植入医疗设备能够坚持的最短时间为十年,那么意味着设备在人体中待10年,既不能对人体有影响,设备还能正常工作。人脑的环境比其他器官更为复杂,脆弱、潮湿、多盐、高温,对材料的要求极高。

马斯克在小猪的植入实验也仅仅才两个月,还不能验证在人体应用的可行性。哥伦比亚大学电气与生物医学工程系的Ken Shepard教授曾在CMOS(互补金属氧化物半导体)电子技术来实现这一点。

在 Neuralink 此次发布会之前,美国非营利智囊团 RAND(兰德公司)就发布报告称,相关机构将有必要在法律和道德层面对脑机接口技术进行严格审查,暗指马斯克的Neuralink 公司。

因此,这项技术要还要面对伦理道德问题。

科技这件事,常人很难评判。回顾历史的一次次科学技术的突破,都是充满开创性的。脑机科学也是近20年才开始有所突破,处于发展初期。

在目前看来,至少在医疗方面,明显有巨大的应用价值,且有些技术已经在应用了。因此,各国的企业/机构也才争取这一赛道,困难肯定有,但未来也可期。

对标国外,我们的脑科学研究水平也处于世界前列。我国确定了 “一体两翼”的中国脑计划。这项计划从认识脑、保护脑和模拟脑三个方向展开研究,逐步形成以脑认知功能的解析和技术平台为一体。

浙江大学于2018年开始实施“双脑计划”,推动脑科学与人工智能的结合。清华大学研发了类脑芯片。

此外,在产业布局上,也有一批国内企业在不断前进:博睿康、妞诺科技、臻泰智能等。

20世纪,爱因斯坦引领了基础科学的大突破。21世纪,马斯克的特斯拉、SpaceX,又一次次的突破应用技术。

Neuralink也许还有很多路要走,但这次的成果对于马斯克来说是突破性的。马斯克拥有号召全球顶尖科学家的魅力,来帮他一起实现“吹的牛”,这一点从SpaceX的发展过程就能看出。

这种对科学技术的执着,也成为了真正推动人类发展的举动。

#埃隆·马斯克

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