圖一：大腦內(nèi)植入了Neuralink公司的腦機(jī)接口設(shè)備的一頭小豬（左上）及由腦機(jī)接口設(shè)備實(shí)時(shí)測(cè)量而得到的小豬大腦內(nèi)神經(jīng)活動(dòng)（圖片來(lái)自Neuralink）
- 編者按 -
美國(guó)加州當(dāng)?shù)貢r(shí)間8月28日，埃隆·馬斯克投資的Neuralink發(fā)布了一個(gè)可植入顱內(nèi)的無(wú)線(xiàn)腦機(jī)接口設(shè)備。馬斯克表示，Neuralink和腦機(jī)接口技術(shù)在治療抑郁癥、失眠、疼痛、癲癇、失明、失憶、中風(fēng)等多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面的巨大潛能。神經(jīng)生物學(xué)家饒毅對(duì)此評(píng)論說(shuō)：這些潛能都是可以實(shí)現(xiàn)的，但前提是時(shí)間不是現(xiàn)在，人物不是馬斯克。撰文 | 孫睿晨
責(zé)編 | 陳曉雪
美國(guó)加州當(dāng)?shù)貢r(shí)間2020 年8月28日下午，埃隆·馬斯克投資的神經(jīng)技術(shù)初創(chuàng)公司 Neuralink 在公司位于加州總部召開(kāi)發(fā)布會(huì)，并同步在網(wǎng)上進(jìn)行了直播。繼2019年7月的產(chǎn)品概念和模型發(fā)布會(huì)之后，這是該公司第二次召開(kāi)與產(chǎn)品相關(guān)的發(fā)布會(huì)。在會(huì)上，馬斯克本人帶領(lǐng)公司團(tuán)隊(duì)展示了公司最新的產(chǎn)品技術(shù)：一枚硬幣大小、可植入顱內(nèi)的無(wú)線(xiàn)腦機(jī)接口設(shè)備（the LINK），一臺(tái)可以完成自動(dòng)將該腦機(jī)接口設(shè)備植入人腦的手術(shù)機(jī)器人，以及一頭顱內(nèi)植入了該腦機(jī)接口設(shè)備的行動(dòng)自如的小豬。埃隆·馬斯克是一位著名的連續(xù)創(chuàng)業(yè)者。他前瞻性地創(chuàng)立了 Zip2, PayPal，特斯拉，SolarCity， SpaceX， Hyperlook等企業(yè)。這些企業(yè)均在各自所在的行業(yè)里創(chuàng)造了巨大的價(jià)值。在馬斯克的光環(huán)加持下，2016年創(chuàng)立的 Neuralink 公司和它的最新植入式腦機(jī)接口設(shè)備自誕生起就受到了廣泛關(guān)注。但是，從本次發(fā)布會(huì)所披露的信息來(lái)看，Neuralink 公司的產(chǎn)品所應(yīng)用到的技術(shù)均為目前已有技術(shù)。目前，腦機(jī)接口技術(shù)的瓶頸在于對(duì)神經(jīng)元活動(dòng)的準(zhǔn)確快速的編碼和解碼。遺憾的是，在這次的發(fā)布會(huì)中 Neuralink 并沒(méi)有提及這方面的技術(shù)進(jìn)展。
未提及向大腦輸入指令這一動(dòng)作
Neuralink 公司創(chuàng)立時(shí)的目標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)超大通量的人腦與機(jī)器之間的雙向信息交互。這涉及到從大腦讀出數(shù)據(jù)和向大腦輸入指令這兩個(gè)動(dòng)作。馬斯克在現(xiàn)場(chǎng)向觀眾介紹了三只小豬。這三只小豬中的一只，其大腦在兩個(gè)月前植入了 Neuralink 公司的最新腦機(jī)接口設(shè)備。目前設(shè)備已經(jīng)該小豬顱內(nèi)正常運(yùn)行兩月余。另外兩只小豬中，其中一只小豬的大腦中曾經(jīng)植入腦機(jī)接口設(shè)備（后被移除）；另一只小豬的大腦沒(méi)有被安裝過(guò)腦機(jī)接口設(shè)備，作為對(duì)照。現(xiàn)場(chǎng)展示中，觀眾可以觀看植入了 Neuralink 腦機(jī)接口設(shè)備的小豬大腦內(nèi)的神經(jīng)活動(dòng)實(shí)時(shí)信號(hào)。之后，馬斯克通過(guò)視頻展示了他們的團(tuán)隊(duì)可以將這些神經(jīng)信號(hào)與受試者的行為數(shù)據(jù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)小豬神經(jīng)信號(hào)下一步的運(yùn)動(dòng)軌跡做出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。這意味著他們已經(jīng)能夠從大腦中獲取信息，并進(jìn)行初步的信息解碼。與此同時(shí)，他們通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)也初步證明在受試者的大腦內(nèi)植入該設(shè)備的安全性。現(xiàn)場(chǎng)一系列在雙光子顯微鏡下拍攝的大腦熒光影像表明，該植入設(shè)備可以對(duì)大腦內(nèi)部的神經(jīng)元施加電刺激，引起局部神經(jīng)元產(chǎn)生響應(yīng)。但是，馬斯克沒(méi)有介紹刺激這些神經(jīng)元，具體會(huì)導(dǎo)致受試者產(chǎn)生哪些動(dòng)作行為、生理、心理上的變化。這意味著，在向大腦輸入指令的這方面，Neuralink 仍然在探索。
1024個(gè)電極通道與手術(shù)機(jī)器人是亮點(diǎn)
不過(guò)，此次展示的腦機(jī)接口仍然是有亮點(diǎn)的，那就是設(shè)備的體積雖小，但設(shè)計(jì)的電極通道更多了，達(dá)到了1024個(gè)，這意味著更小的大腦創(chuàng)傷的風(fēng)險(xiǎn)，卻可進(jìn)行更多的大腦活動(dòng)監(jiān)測(cè)。圖二：Neuralink公司自主研發(fā)的硬幣大小的無(wú)線(xiàn)腦機(jī)接口設(shè)備（圖片來(lái)自Neuralink）腦機(jī)接口技術(shù)起源于上世紀(jì)七十年代 [1]。經(jīng)過(guò)幾十年的研究，面向運(yùn)動(dòng)功能的基于肌電信號(hào)的腦機(jī)接口技術(shù)（多用于假肢）已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展；以人工耳蝸為代表的面向感覺(jué)功能的腦機(jī)接口也大大改善了許多患者的生活。近年來(lái)，面向中樞神經(jīng)系統(tǒng)的腦機(jī)接口逐漸成為大家關(guān)注的目標(biāo)。 腦機(jī)接口技術(shù)可分為植入式與非植入式。Neuralink 公司的產(chǎn)品設(shè)計(jì)屬于植入式腦機(jī)接口技術(shù)。而該技術(shù)具有神經(jīng)信號(hào)測(cè)量更精確、更實(shí)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)。另外，植入式腦機(jī)接口技術(shù)能夠觸及大腦深處的腦部組織，可對(duì)起源于這些區(qū)域的相關(guān)腦部疾病提供了可能的治療方案。不過(guò)，目前已有的植入式腦機(jī)接口通常由金屬制成、體積相較神經(jīng)元更大，容易引起大腦內(nèi)部的腦組織損傷，進(jìn)而觸發(fā)免疫反應(yīng)與引起愈傷組織的形成（又稱(chēng)植入感染），而愈傷組織在大腦中可以引發(fā)癲癇。目前唯一被美國(guó)食品藥品監(jiān)管局批準(zhǔn)、可長(zhǎng)期植入大腦的微電極陣列，是美國(guó)猶他州 Blackrock Microsystems 公司生產(chǎn)的 “猶他” 式電極。這款微電機(jī)陣列最多允許同時(shí)裝載128個(gè)通道（電極），可用于測(cè)量大腦中局部區(qū)域中多處神經(jīng)元的電信號(hào)。Neuralink 設(shè)計(jì)的植入設(shè)備有1024個(gè)通道（電極），大大多于 “猶他” 式電極的通道數(shù)。在發(fā)布會(huì)上，馬斯克介紹：“如果你使用非常精細(xì)的電極，并且能夠非常小心地將其植入大腦組織，（而）手術(shù)機(jī)器人一邊這么植入電極時(shí)還一邊對(duì)大腦組織拍照，這就能確保（在植入過(guò)程中）避開(kāi)所有靜脈或動(dòng)脈血管，因此（植入我們的產(chǎn)品）不會(huì)產(chǎn)生任何明顯的腦損傷?！?/span>
圖三：Neuralink公司自主研發(fā)的手術(shù)機(jī)器人（圖片來(lái)自Neuralink）但僅僅避開(kāi)血管并不能避免植入感染—— 神經(jīng)元的局部被破壞時(shí)，本來(lái)就會(huì)觸發(fā)位于其附近的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生免疫反應(yīng)。也就是說(shuō)，即使是 Neuralink 公司設(shè)計(jì)的這款設(shè)備，仍然有引起腦組織損傷、引發(fā)植入感染的可能性。圖四：“猶他”式電極（圖片來(lái)源：Blackrock Microsystems公司官網(wǎng)）
另外一個(gè)亮點(diǎn)則是 Neuralink 能夠在手術(shù)中準(zhǔn)確避開(kāi)血管的手術(shù)機(jī)器人。馬斯克在介紹說(shuō)：“我們的希望是使得這個(gè)機(jī)器人能夠完成全套腦機(jī)接口設(shè)備植入手術(shù)，包括切開(kāi)頭皮，取下（植入部位的）頭骨，插入電極，放入設(shè)備，完成縫合，然后病人就可以離開(kāi)了。我們想要的是（這樣的）完全自動(dòng)化的手術(shù)系統(tǒng)?！?Neuralink 在去年發(fā)表的一篇白皮書(shū)中介紹了該手術(shù)機(jī)器人的部分技術(shù)細(xì)節(jié) [2]。對(duì)于 Neuralink 所展示的最新技術(shù)，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系研究員洪波博士評(píng)論說(shuō)：植入上千根電極的手術(shù)機(jī)器人是一個(gè)很大的創(chuàng)新，而無(wú)線(xiàn)微型植入器件的工程突破也值得肯定。但是，從 Neuralink 團(tuán)隊(duì)展示的信息看來(lái)，洪波表示，他們對(duì)于神經(jīng)信息編碼的研究還非常初步。“現(xiàn)場(chǎng)主要展示了神經(jīng)放電可以預(yù)測(cè)小豬四肢運(yùn)動(dòng)能力，而這實(shí)際上是業(yè)內(nèi)很成熟的運(yùn)動(dòng)信息腦機(jī)接口解碼技術(shù)”，“從科學(xué)意義上評(píng)價(jià)，沒(méi)有什么新意和突破?！?洪波向《知識(shí)分子》評(píng)論道。洪波的研究方向主要為人腦語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)編碼以及微創(chuàng)腦機(jī)接口。他認(rèn)為：“未來(lái)這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，要重視神經(jīng)編碼機(jī)制的研究，不搞清楚大腦的編碼， 相當(dāng)于不理解大腦的“語(yǔ)言”， 也就不可能實(shí)現(xiàn)人腦和計(jì)算機(jī)之間的通信?！?/span>馬斯克在發(fā)布會(huì)上表示，Neuralink 和腦機(jī)接口技術(shù)在治療抑郁癥、失眠、疼痛、癲癇、失明、失憶、中風(fēng)等多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面的巨大潛能。洪波認(rèn)為，治療這些疾病的可能還是馬斯克的暢想?！皳?jù)我了解，他們團(tuán)隊(duì)并沒(méi)有開(kāi)始這方面的嚴(yán)肅的研究。這些疾病的治療研究一般要在人體驗(yàn)證，馬斯克團(tuán)隊(duì)目前的腦機(jī)接口設(shè)備還不能開(kāi)展人體試驗(yàn)?！?/span>他指出，其挑戰(zhàn)主要是兩方面：一是要解決人體試驗(yàn)的安全性問(wèn)題，目前的微電極材料沒(méi)有證明在人腦中可以長(zhǎng)期安全；二是這些疾病的神經(jīng)機(jī)制各不相同，需要在搞清楚發(fā)病機(jī)制的基礎(chǔ)上，針對(duì)性地開(kāi)發(fā)神經(jīng)調(diào)控的編碼，才能有效治療。神經(jīng)生物學(xué)家饒毅則直接指出：這些潛能都是可以實(shí)現(xiàn)的，但前提是時(shí)間不是現(xiàn)在，人物不是他（馬斯克）。值得注意的是，馬斯克在發(fā)布會(huì)開(kāi)始時(shí)說(shuō)到：“我們召開(kāi)這次發(fā)布會(huì)的主要目的是招人，（而）不是拉投資。“馬斯克在去年的發(fā)布會(huì)上也表達(dá)了同樣的意愿。Neuralink 公司成立以來(lái)總共獲得了1.58億美元的投資，部分資金來(lái)自馬斯克本人。據(jù)STAT的信息，Neuralink 團(tuán)隊(duì)最初的八名研發(fā)人員中的六位已經(jīng)離職 [3]。在團(tuán)隊(duì)內(nèi)部，加快推出產(chǎn)品的美好愿望與進(jìn)展緩慢的科研現(xiàn)實(shí)之間的矛盾一直存在。目前，Neuralink 公司有近一百名員工。
參考資料
1. Jerry J Shih, et al. Brain-Computer Interfaces in Medicine. Mayo Clin Proc. 2012 Mar; 87(3): 268–279. doi: 10.1016/j.mayocp.2011.12.0082. Elon Musk, An Integrated Brain-Machine Interface Platform with Thousands of Channels. https://www.jmir.org/2019/10/e16194/3. https://en.wikipedia.org/wiki/Neuralink
