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Elon Musk推出新一代的脑机接口及芯片

发布日期： 2020-08-31

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Elon Musk推出新一代的脑机接口及芯片

凌晨举行的新闻发布会上，埃隆·马斯克（Elon Musk）旗下的的Neuralink科学家们提供了最新的进展。该公司成立于2016年，目标是创建脑机接口，距此仅一年多时间。该公司首次向世人展示了其愿景，软件和可植入硬件平台。

讨论的内容很少有令人惊讶或未曾预料到的，但它提供了确保大流行不会阻止Neuralink朝着其宏伟目标迈进的保证。

Elon Musk推出新一代的脑机接口及芯片

Neuralink的原型可以一次从许多神经元中提取实时信息。在现场演示中，Neuralink展示了猪脑中的读数；当猪用口鼻部接触物体时，Neuralink技术捕获的神经元会在电视监视器上以可视化方式发射，这本身并不是新鲜事，Kernal和Paradromics就是开发头骨下的大脑读取芯片技术的众多公司之一。但和他们不一样的是，Neuralink独特地利用了通过“缝纫机”（sewing machine）插入组织中的类似玻璃纸的柔性导线。马斯克说，它在7月获得了突破性设备称号，Neuralink正在与美国食品和药物管理局（FDA）合作进行一项针对截瘫患者的未来临床试验。

加利福尼亚大学蒂姆·汉森（Tim Hanson）和菲利普·萨比斯（Philip Sabes）是Neuralink的创始人，而伯克利大学的教授米歇尔·马哈比斯（Michel Maharbiz）则率先开发了这项技术，展示的版本是对去年的改进。马斯克称其为“ V2”，他有信心将有一天不到一个小时的时间就能嵌入人脑。他还说，如果患者希望升级或放弃Neuralink的界面，将很容易移除并且不会造成持久的损害。

Neuralink与位于旧金山的创意设计咨询公司Woke Studios合作，设计了缝纫机。一年多以前，Woke开始与Neuralink合作研究Neuralink在2019年提出的耳后概念，然后不久两人就重新投入手术机器人的工作。

Woke的首席设计师Afshin Mehin通过电子邮件告诉VentureBeat，该机器能够看到整个大脑。

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Mehin说：“设计过程是由Woke Studios的设计团队以及Neuralink的技术人员合作完成的，在此器件，他们还与享有盛名的外科顾问之间的密切合作，后者可以为手术本身提供建议。” “我们的职责特别是采用可以执行该程序的现有技术，并根据我们的医疗顾问的建议以及此类设备的医疗标准，将其视为一种可以执行该程序的非威胁性机器人。脑植入。”

机器包括三个部分。有一个“头”，里面装有自动手术工具，脑部扫描照相机和传感器，病人可将头颅靠在头上。

首先，设备移除了头骨的一部分，而设备替换了移除的头骨的一部分。然后，计算机视觉算法将包含5微米厚的线束和6毫米绝缘层的针头伸入大脑，从而避开血管。（Neuralink说，该机器在技术上能够钻任意长度的钻头。）这些导线（占人发直径的四分之一（4至6μm））连接到位于不同位置和深度的一系列电极。在最大容量下，机器可以每分钟插入6条包含192个电极的线。

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一次性袋在机器头部周围附有磁铁，以保持无菌并进行清洁，内立面周围成角度的“翼”确保在手术插入过程中患者的头骨保持在原位。机器的“主体”附着在基座上，该基座为整个结构提供了加权支撑，隐藏了使系统运行的其他技术。

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当被问及原型是否会进入诊所或医院时，Mehin绕开了这个问题，但指出该设计旨在“大规模”使用。他说：“作为工程师，我们知道可行的方法以及如何以一种易于理解的方式传达设计需求，同样，他们的团队也能够发送可以运行的高度复杂的原理图。” “我们认为这是一种可以存在于实验室之外并适用于许多临床环境的设计。”

N1芯片

正如Neuralink去年详细介绍的那样，第一个设计用于试验的设备-N1，也称为“ Link”，在它里面包含上述芯片，薄膜和可与多达1,024个电极连接的密封基板。一个大脑半球最多可以放置10个，最好在大脑运动区域至少放置4个，在躯体感觉区域至少放置1个。

马斯克说，与2019年的概念相比，该设备得到了极大的简化。它不再需要坐在耳朵后面，它是一个大型硬币的大小（23毫米宽，8毫米高），所有必要的布线都连接在一个设备本身的厘米。

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电极将检测到的神经脉冲中继到处理器，该处理器能够从多达1,536个通道读取信息，这大约是当前嵌入在人体中的系统的15倍。它符合科学研究和医学应用的基准，并且可能优于比利时竞争对手Imec的Neuropixels技术，后者可以一次从数千个独立的脑细胞中收集数据。马斯克声称，Neuralink的商业系统可以在96个线程上每个阵列包含多达3072个电极。

该芯片包含惯性测量传感器，压力和温度传感器，以及一个可以“全天”持续充电和感应充电的电池，以及模拟像素（analog pixels），该像素在将神经信号转换为数字位之前对其进行放大和过滤。（Neuralink声称，模拟像素比现有技术小至少5倍。）一个模拟像素可以每秒捕获20,000个样本的整个神经信号，分辨率为10位，从而为每个像素提供200Mbps的神经数据记录的1,024个频道。

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信号放大后，将通过片上模数转换器对信号进行转换和数字化，该芯片可直接表征神经元脉冲的形状。根据Neuralink的说法，N1仅花费900纳秒来计算传入的神经数据。

N1可以通过蓝牙无线穿过皮肤连接远达10米外的智能手机。Neuralink说，植入物最终将可以通过应用程序进行配置，患者可以控制按钮并将输出从手机重定向到计算机键盘或鼠标。在猪演示过程中，Neuralink显示N1能够“高精度”预测动物所有四肢的位置。下一步是写神经元。马斯克说，单个N1传感器可能会影响数百万个神经元。

马斯克说，Neuralink的理想目标之一是使四肢瘫痪者以每分钟40个单词的速度打字。最终，他希望Neuralink的系统将最终用于创建他所描述的“数字超智能[认知]层”，从而使人类能够与人工智能软件“融合”。

潜在障碍

高分辨率的脑机接口（简称BCI）异常复杂，它们必须能够读取神经活动，以选择哪些神经元组在执行哪些任务。植入的电极非常适合此操作，但是从历史上看，硬件限制已使它们与大脑的一个以上区域接触或产生干扰性疤痕组织。

随着精细的生物相容性电极的出现，这种情况发生了变化，这种电极可以限制疤痕形成，并可以精确地靶向细胞簇（尽管有关耐久性的问题仍然存在）。不变的是缺乏对某些神经过程的了解。

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很少在大脑区域（例如前额叶和海马）中分离活动。相反，它发生在各个大脑区域，很难固定。然后是将神经电脉冲转换成机器可读信息的问题。研究人员尚未破解大脑的编码。视觉中心产生的脉冲不同于语音形成时产生的脉冲，有时很难识别信号的起源点。

Neuralink也将有责任说服监管机构批准其设备进行临床试验。脑机接口被认为是需要获得FDA进一步同意的医疗设备，而获得同意可能是耗时且昂贵的。

也许可以预料到这一点，Neuralink对在旧金山开设自己的动物测试设施表示了兴趣，并且该公司上个月发布了一份具有手机和可穿戴设备经验的候选人的工作清单。去年，Neuralink声称对动物进行了19次手术，并在大约87％的时间内成功放置了电线。

前方的路

所有这些挑战并没有阻止Neuralink，Neuralink拥有90多名员工，已获得1.58亿美元的资金，其中至少包括Musk的1亿美元。然而，他们被STAT新闻在一份报告中描述为一个“混乱的内部文化。” Neuralink发言人在接受《纽约邮报》的询问时回应了这个故事，他说许多STAT的发现“部分或完全错误”。

虽然Neuralink预计插入电极最初将需要在颅骨上钻一些孔，但它希望很快使用激光在骨骼上钻出一系列小孔，这可能为减轻帕金森氏病和癫痫病等病症的研究奠定了基础，并有助于身体残疾患者可以听，说，移动和看。

这听起来可能不那么牵强。哥伦比亚大学的神经科学家已经成功地将脑电波转换为可识别的语音。加利福尼亚大学旧金山分校的一个团队构建了一个虚拟声道，该虚拟声道能够通过进入大脑来模拟人类的言语表达。2016年，大脑植入物使截肢者得以利用自己的思想来移动假肢的各个手指。实验界面使猴子能够控制轮椅，并且只用他们的头脑就能以每分钟12个字的速度打字。

来源：半导体行业观察

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