·11月30日，馬斯克在其腦機接口公司（Neuralink）上宣布，Neuralink開發(fā)的腦機芯片預計將在六個月內(nèi)開始人體臨床試驗，并且畫了個大餅：幫助盲人恢復視力、讓癱瘓者站立是其首批目標之一。 馬斯克創(chuàng)立了特斯拉、SpaceX等公司，深刻改變了新能源汽車、航空等產(chǎn)業(yè)，更在前不久收購了Twitter公司，其旗下公司腦機接口產(chǎn)品的推出，備受矚目，也讓腦機接口這一前沿科學走入我們視野。 腦機接口本質(zhì)上是一個大腦信號傳感系統(tǒng)，而目前市面上唯一的被批準在人體上應用的腦機接口，主要基于MEMS技術(shù)制造。 什么是腦機接口？馬斯克的腦機接口將為產(chǎn)業(yè)帶來什么改變？MEMS技術(shù)在腦機接口的未來能帶來什么？

馬斯克和他的腦機接口芯片：充滿科幻感 在12月1日的Neuralink“Show and Tell”活動現(xiàn)場，漆黑的展示屏上，正不斷顯示出向前滾動的綠色條碼，像極了《黑客帝國》電影中由“0”和“1”組成的矩陣。在畫面正中央正緩慢的閃出綠色的“歡迎來到展示和講述活動”（Welcome to show and tell）一行字。 這一幕極具賽博既視感的畫面是馬斯克的腦機接口技術(shù)的最新成果。“這不是在模仿《黑客帝國》的屏幕保護程序，而是真正的神經(jīng)元發(fā)出的信號。”馬斯克強調(diào)。

“這是心靈感應打出來的字，是我們的猴子Sake用意念打出來的?！辈贿^馬斯克表示，現(xiàn)在它還并不能使用鍵盤，而是通過把猴子的“意念”轉(zhuǎn)移到人為標示出的高亮按鍵上來生成文字，“我并不想夸大這件事，它現(xiàn)在還并不能真正拼寫，這是我們下一階段要做的事”。

馬斯克將Neuralink正在開發(fā)的腦機接口命名為“Link”，它是一個硬幣大小的芯片，帶有1024個電極線程，可被植入大腦的運動皮層（感覺區(qū)），以刺激神經(jīng)元并獲取數(shù)據(jù)。Link由“類似縫紉機”的機器人縫入大腦的微小柔性線上，可收集大腦中的信號，然后將其轉(zhuǎn)化為電信號，由電機控制輸出。

在多年來動物實驗的實踐基礎上，應用于人體的早期植入設備被設計及制造出來，用于恢復損傷的聽覺、視覺和肢體運動能力。 研究的主線是大腦不同尋常的皮層可塑性，它與腦機接口相適應，可以像自然肢體那樣控制植入的假肢。在當前所取得的技術(shù)與知識的進展之下，腦機接口研究的先驅(qū)者們可令人信服地嘗試制造出增強人體功能的腦機接口，而不僅僅止于恢復人體的功能。

如何與人腦連接？ 大腦是由上千億個神經(jīng)元構(gòu)成的, 而且每個神經(jīng)元與幾千個或上萬個神經(jīng)元相連接。刺激信號在神經(jīng)元間傳遞, 最終形成神經(jīng)沖動。 根據(jù)神經(jīng)科學研究, 在大腦產(chǎn)生神經(jīng)沖動時, 大腦神經(jīng)系統(tǒng)的電磁活動會發(fā)生相應變化, 并會體現(xiàn)出某種節(jié)律和空間分布的特征,由此我們可以通過一定的手段在不同的時間段不同的腦部區(qū)域檢測到不同類型的腦電波, 再通過信號處理和模式識別的手段,從中識別出人的意圖, 再用計算機語言進行編程, 從而將大腦信號轉(zhuǎn)換為控制外圍設備的控制指令,這就是BCI的基本原理。 與其它的通信控制系統(tǒng)一樣, 一個BCI系統(tǒng)一般由信號獲取部分, 信號處理部分, 輸出設備組成。

腦機接口的主要技術(shù) 腦機接口的技術(shù)體系主要分為硬件層和軟件層。硬件層包括腦電采集設備和外控設備。腦電采集設備包括核心部件和器件、電極、芯片、電源和材料；外控外聯(lián)設備包括機械臂、仿生手、無人機等。軟件層包括生物信號分析、核心算法、通信計算和安全隱私。 腦機理認知方面一定程度上也屬于軟件仿真和實現(xiàn)的重要方面。隨著對腦機理的不斷認知，采集獲取的數(shù)據(jù)量越來越龐大，未來 將陸續(xù)面臨數(shù)據(jù)壓縮算法和存儲技術(shù)，以及高通量高速數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)确矫娴奶魬?zhàn)。 此外，基于腦電的信息認證及信息安全、隱私保護也將是軟件層重點研究和解決的問題。 腦機接口的腦電采集設備主要分為無創(chuàng)和有創(chuàng)兩種技術(shù)方向，也即是需不需要放進腦內(nèi)，在現(xiàn)有技術(shù)下，顯然有創(chuàng)技術(shù)感知的信號更好、更豐富，也能對大腦進行更多干預。 本次，馬斯克的“Link”芯片，就是有創(chuàng)技術(shù)的采集設備。

目前唯一的有創(chuàng)商品化腦機接口：MEMS技術(shù)的廣泛應用 腦機接口本質(zhì)上就是一套感知大腦活動的傳感系統(tǒng)，在腦機接口技術(shù)體系中，MEMS技術(shù)也早被應用。 當前，大部分植入腦內(nèi)的腦機接口采集設備，都處于科研階段，還沒有商用化。 目前在人體上獲準應用的植入式腦機接口采集設備，只有一款，叫猶他電極陣列（Utah Array）。它是美國FDA認證的可以植入人體的唯一一款記錄單個神經(jīng)元發(fā)放的電極，這是半永久植入電極（可植入1~2年）的產(chǎn)業(yè)化情況。

MEMS甚至NMES，對于腦機接口技術(shù)有著巨大吸引力。MEMS/NMES本質(zhì)上是在微米甚至納米層次的機械系統(tǒng)，能夠在更細小的層次感知和操控一切。 傳感器領域有個充滿科幻性的前瞻預測——智能塵埃（智能微塵）——一種超細小的智能傳感器。 數(shù)以百萬計或數(shù)十億計的微小塵埃顆粒，依附營養(yǎng)物質(zhì)進入體內(nèi)，它們可能會嵌入整個人腦的龐大血管網(wǎng)絡中，或者被吸收到神經(jīng)元本身中。添加某種能與智能塵埃無線連接的外部設備，你就擁有了一種廣泛而詳細的方法來記錄和刺激神經(jīng)活動。 這或許也是未來科幻級別的腦機接口的最終展現(xiàn)：只需服用幾顆藥丸或注射劑，就可以完成腦機采集傳感器的植入，然后通過智能手機大小的操控設備查看信息或操作神經(jīng)。而這，也是MEMS/NMES技術(shù)未來在腦機接口技術(shù)體系的廣泛應用。 此前，馬斯克的腦機接口公司Neuralink也招聘了大量的MEMS工程師，Neuralink在將自己構(gòu)建為一個先進的MEMS技術(shù)孵化器，重點是生物相容性（對人類安全）應用。前景光明，但未來15年內(nèi)還沒看到突破，專家：馬斯克的認知遠遠落后于學界 近年來，得益于生物醫(yī)學、傳感器、通信、計算等領域技術(shù)水平的不斷提升，腦機接口技術(shù)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。 目前，侵入式腦機接口可以直接在顱內(nèi)植入電極采集腦神經(jīng)活動，能夠獲取到更高質(zhì)量的神經(jīng)信號?？衫闷颖砻嬗涗浶盘?，實現(xiàn)在計算機屏幕上準確地拼寫單詞，使患者能夠操作電視、打開和關閉假手，并使用機械臂執(zhí)行基本動作。 當前，不少國家和地區(qū)已從國家戰(zhàn)略層面對腦機接口進行了頂層設計。美國于2013年發(fā)布BRAIN Initiative，歐盟于2013年啟動Human Brain Project，日本于2014年發(fā)布Brain/Minds Project。
我國于2016年發(fā)布“中國腦計劃”，“中國腦計劃”申報指南于2021年正式公布，“腦科學與類腦研究”成為“科技創(chuàng)新2030重大項目”最早運行的試點項目之一，提出了“新型無創(chuàng)腦機接口技術(shù)”“柔性腦機接口”“面向運動和意識障礙康復的雙向-閉環(huán)腦機接口”等相關重點項目。

然而，不少BCI學界專家依然認為Neuralink的技術(shù)并沒有飛躍式的進步。加州大學歐文分校腦機接口實驗室助理教授An H. Do認為，馬斯克的認知遠遠落后于學界，但私營企業(yè)雄厚的資源能力能夠讓技術(shù)的迭代效率比學術(shù)界更高。 在Neuralink的發(fā)布會上，猴子用“意念”在屏幕上打了一段字。但早在2002年，布朗大學的一項研究就讓猴子成功地通過BCI在計算機屏幕上移動了光標。 復旦大學侵入式腦機接口硬件系統(tǒng)工程師劉偉介紹，目前侵入式BCI領域的技術(shù)難點主要有5個：

1、沒有好的工具讓人去更深入地了解大腦；2、由于電極的材料、植入點位等因素的限制，獲取腦電波信號的難度很大；3、即便優(yōu)于非侵入式，但侵入式BCI獲取數(shù)據(jù)的信噪比仍然較低；4、解碼腦電波的算法與應用場景沒有明確的對應關系；5、侵入式BCI應用場景不明確，導致研發(fā)目標不明確。

腦機接口是個年輕的行業(yè)，相關研究以及成果轉(zhuǎn)化無法做到一蹴而就，這也側(cè)面導致行業(yè)自律、供應鏈標準尚且存在空白。成立于2015年的非侵入式BCI研發(fā)獨角獸「BrainCo強腦科技」說：“目前BCI行業(yè)甚至還沒到可以相互競爭的階段，企業(yè)都還在各自探索的階段?！?“侵入式腦機接口離應用，我估計還得至少15年。”結(jié)合目前的技術(shù)水平和模糊的應用場景，劉偉估計，“目前也就僅限于疾病的探索，疾病的治療、疾病的診斷都談不上?！苯Y(jié)語 馬斯克在Neuralink的活動現(xiàn)場上，為大家描述了腦機接口的美好未來，并表示讓盲者重見光明、讓癱瘓者重新站立將是不遠的目標。 誠然，腦機接口十分具有科幻性，并將為人類帶來巨大福音。但目前正如許多專家認為，仍存在許多技術(shù)缺陷亟待攻克。 而MEMS技術(shù)目前是唯一批準用于植入人體的腦機接口采集設備的主要制造技術(shù)，腦機接口的究極形態(tài)，會否是一個個由MEMS/NEMS技術(shù)制造的微型機器人，在人體內(nèi)工作？ 我們期待腦機接口的未來。

您對本文有什么看法？歡迎留言分享！

順手轉(zhuǎn)發(fā)&點擊在看，將中國傳感產(chǎn)業(yè)動態(tài)傳遞給更多人了解！

審核編輯黃昊宇