在大脑中植入芯片,马斯克的脑机接口公司想“包治脑病”

来源:36氪

  文/周鑫雨

  编辑/苏建勋

  一只名叫Sake的猴子用“意念”在电脑屏幕上打出了“can I please have snacks(可以给我一些零食吗)”。随即它得偿所愿,拿到了人类给的葡萄。

  这是发生在埃隆·马斯克(Elon Muck)的脑机接口公司Neuralink发布会上的一幕。12月1日,马斯克在发布会上宣布,预计将在6个月内开始人体实验,正式在大脑中植入芯片

  12月1日Neuralink发布会上,植入脑机接口的猴子Sake用意念在屏幕上打字。图源:Neuralink发布会

  成立于2016年,主攻脑机接口(Brain-Computer Interface,以下简称“BCI”)技术的Neuralink是实现马斯克“将记忆上传至云端”愿景的重要基地。

  简而言之,BCI就相当于大脑的“翻译官”。在理想状态下,通过对脑电波的解码,BCI能够识别人类的所思所想。目前,BCI主要有需要开颅手术的「侵入式」和置于表皮的「非侵入式」两种模式。侵入式BCI所能获取的脑电波信噪比(信号与噪声的比例)比非侵入式更高,但技术难度高,且安全性和稳定性目前有待证明。

  “野心家”马斯克选择了攻克难度更大的侵入式BCI。在此前的动物实验中,Neuralink在6只经过人类指令训练的猴子的脑部植入了BCI设备,通过将猴脑的活动转化为计算机指令,从而让猴子完成玩游戏、打字等活动。

  但将“开脑洞”的目标转移到同胞身上的马斯克,野心远不止用意念“玩耍”。他将Neuralink的下一代产品用户定位在瘫痪、肌肉萎缩症等衰弱症患者人群,帮助他们用意念与外界进行交流,甚至控制假肢恢复运动。

  在未来,他希望侵入式BCI技术能够和大脑交互,通过主动对大脑进行刺激,从而进一步攻克阿尔茨海默症、痴呆症等神经系统疾病。

  但在技术和伦理道德的双重考验下,马斯克在人头上“开脑洞”的愿景并不容易实现。

  至少未来15年内,BCI不可能“包治百病”

  由于要在人身上动刀子,侵入式BCI的首要的技术目标是:小、轻、生物相容性高。

  发布会显示,Neuralink使用了一个神经外科手术机器人,用微米级的精度为大脑快速植入电极线。同时,这些比头发丝还细的电极线形成触电密度高、尺寸小的阵列。

  不少从业者认为,Neuralink神经电极的性能和脑电波(EGG)的解码算法能力已经达到了行业领先水平,对神经外科手术机器人的创新性引进也解决了人为植入电极精准性不高的痛点。

  神经外科手术机器人将电极线植入指定区域中。图源:Neuralink发布会

  然而,不少BCI学界专家依然认为Neuralink的技术并没有飞跃式的进步。加州大学欧文分校脑机接口实验室助理教授An H. Do认为,马斯克的认知远远落后于学界。在Neuralink的发布会上,猴子用“意念”在屏幕上打了一段字。但早在2002年,布朗大学的一项研究就让猴子成功地通过BCI在计算机屏幕上移动了光标。

  复旦大学侵入式脑机接口硬件系统工程师刘伟介绍,目前侵入式BCI领域的技术难点主要有5个:

1、没有好的工具让人去更深入地了解大脑;2、由于电极的材料、植入点位等因素的限制,获取脑电波信号的难度很大;3、即便优于非侵入式,但侵入式BCI获取数据的信噪比仍然较低;4、解码脑电波的算法与应用场景没有明确的对应关系;5、侵入式BCI应用场景不明确,导致研发目标不明确。

  脑机接口是个年轻的行业,相关研究以及成果转化无法做到一蹴而就,这也侧面导致行业自律、供应链标准尚且存在空白。成立于2015年的非侵入式BCI研发独角兽「BrainCo强脑科技」相关负责人告诉36氪:“目前BCI行业甚至还没到可以相互竞争的阶段,没有所谓的真正的技术壁垒,企业都还在各自探索的阶段。”

  “侵入式脑机接口离应用,我估计还得至少15年。”结合目前的技术水平和模糊的应用场景,刘伟估计,“目前也就仅限于疾病的探索,疾病的治疗、疾病的诊断都谈不上。”

  Neuralink暂时落后,但胜率不减

  在侵入式BCI技术发展成熟、应用场景落地前,公众跨越对开颅的心理障碍也需要经过漫长的时间。

  一方面,破开人类的屏障、长久/永久性成为体内一部分的侵入式BCI,依然会造成一定的安全风险,如细菌感染、人体排异反应。

在大脑中植入芯片,马斯克的脑机接口公司想“包治脑病”

  另一方面,就像几乎所有其他的现代科技一样,未来的BCI或许也会陷入道德伦理的沼泽,带来一系列无解难题:大脑的控制权在谁人手里?外来干预大脑会加剧社会不平等吗?谁能保证脑电波信息的采集、传输、存储安全?

  即便在侵入式BCI发展较早的美国,普通民众对这项技术的接受度并不高。皮尤研究中心曾在2016年针对美国消费者发起一项有关大脑植入芯片技术的调查,其中69%的人群对这项技术表示担忧。即便知道BCI有可能提高注意力,66%的美国人依然不愿意使用。

  而对Neuralink来说更为近在眼前的考验,是通过美国食品和药物管理局(FDA)对临床试验的审批。

  对于涉及人体大脑的临床实验,FDA一向吝于审批。2019年,Neuralink就向FDA提出过申请,但铩羽而归。直到2021年7月,FDA才首次批准了永久植入式BCI的人体临床试验。而这一先机落到了Neuralink最大的竞争对手、侵入式BCI研发公司Synchron身上。

  今年3月29日,Synchron在美国神经病学学会第74届年会上宣布BCI设备Stentrode的安全性。4名在澳大利亚植入Stentrode的肌萎缩侧索硬化症(ALS)患者参与了长达一年的监测。

  结果显示,患者可以使用计算机通过文本进行交流并完成日常任务,比如网上购物和发电子邮件。这也意味着在商业化的角逐中,Synchron暂时领先了Neuralink一步。

  但侵入式BCI的商业化是场持久战,一名侵入式BCI的研发人员告诉36氪,乐观估计,Neuralink的侵入式BCI设备从临床试验获批,到最后拿下FDA的医疗器械审批,起码得经历3-5年,“这还不包括顺利商用所需要的研发、量产、推进合作等时间”。

  在这场持久战中,企业拼的往往是资源投入。光靠强大的资源聚集能力,背靠马斯克庞大财富帝国的Neuralink就能在进展上与不少企业拉开距离。刘伟介绍,Neuralink最大的壁垒不是建立在技术上,而是建立在资金、人才、供应链等资源能力上。

  侵入式脑机接口的研发是一项“烧钱”的业务,刘伟观察到,不少国内侵入式BCI研发制造企业都陷入了资金链紧张的困境,“1个亿,用了不到一年半,就要想办法继续融资”。

  但相对地,一般企业花两年完成的融资和技术迭代,有“钞能力”的Neuralink用半年就能做到。即便是在临床试验上先Neuralink一步的Synchron,迄今为止共募集到约6500万美元,与募到约3.63亿美元的Neuralink相比仍是小巫见大巫。

  今年8月20日,马斯克与Synchron就投资事宜进行了洽谈。知情人士对彭博社透露,这次洽谈的起因源于Synchron在临床试验进程上赶超了Neuralink。对Neuralink而言,打不过,还能买。只是马斯克想让Neuralink称霸行业的念头,已经昭然若揭。

  不过,马斯克在Neuralink发布会上提出的“进入脊髓、并有可能恢复瘫痪患者运动能力的植入物”“恢复视力的眼部植入物”的愿景依然让人对侵入式BCI能发挥的价值抱有正面期待。

  An H. Do认为,即便马斯克对BCI的认知相较于学界而言并不先进,但私营企业雄厚的资源能力能够让技术的迭代效率比学术界更高。

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  2021年1月4日,首都医科大学附属北京天坛医院神经外科意识障碍病区正式揭牌开科。这个病区将主要面向俗称“植物人”的意识障碍患者,运用神经调控、脑机接口等技术最大限度实现意识恢复、神经功能改善。图源:IC photo

  而帮助瘫痪、上脊髓损伤、肌肉萎缩症等患者进行治疗和日常生活,是学界认为目前侵入式BCI在未来5-10年内最有望产生影响的应用场景。伦理的枷锁内,依然需要一批充满想象力的野心家。

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