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马斯克清华相继官宣脑机交互时代真的来了吗?

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发表于 2024-2-2 12:41:16 | 显示全部楼层 |阅读模式

马斯克、清华相继官宣,脑机交互时代真的来了吗?

医学界

当地时间1月30日,世界首富埃隆·马斯克(Elon Musk)公开表示,旗下脑机接口公司Neuralink已完成首例脑机接口芯片的人体移植。

关于植入效果,马斯克仅透露两点。第一,该名被植入者恢复良好。第二,初步结果显示,其神经元脉冲峰电位(neuron spike)检测充满希望。这是神经元发出的一种电信号。美国威斯康辛大学神经工程研究所联席主任基普·路德维希(Kip Ludwig)认为,这意味着Neuralink能从植入者的大脑中采集到神经信号。

在本次人体植入前,马斯克曾多次预测“将很快开启革命性的脑机接口人体试验”。在他的伟大愿景中,大脑植入能捕捉脑信号的芯片后,可以治愈瘫痪、失明等难治性疾病。在未来,人们能前往周边设施,通过手术机器人、快速在自己脑中插入芯片,用“意念”操纵电子设备、读取记忆,攻克肥胖症、自闭症、精神分裂症……2022年底,马斯克公开表示,愿意将芯片植入自己孩子的大脑。

在中科院深圳先进院正高级工程师李骁健看来,Neuralink完成首例全植入式脑机接口微系统人体植入,区别于此前的动物植入实验,具有一定意义。但手术是否最终成功,要看后面一段时间采集的神经信号质量如何,以及能否持续一年以上采集到支持有效解码的信号,目前还不好评价。

“没到功能验证的阶段。脑机接口评价的是植入后功能效果,能否安全、稳定、有效地长期使用,并且达到他们声称能够实现的特定脑控功能和性能,才是成功的评价标准。”李骁健告诉“医学界”。

Neuralink完成首例全植入式脑机接口微系统人体植入

Neuralink完成首例全植入式脑机接口微系统人体植入


脑机接口公司Neuralink研发的脑机接口芯片。图源/Neuralink

机器人给人植入芯片

马斯克和Neuralink尚未公布被植入者的详细情况。根据Neuralink官网此前信息,该司在招募因颈椎脊髓损伤或肌萎缩侧索硬化症(ALS)而导致四肢瘫痪,且伤后至少1年未见好转的患者,年龄在22岁以上。

按照Neuralink递交给美国FDA的临床试验申请,植入大脑的芯片直径约为一枚1元硬币大小,厚度差不多是三四枚硬币摞在一起。里面包含电池、处理芯片、蓝牙无线电,以及约1000个电极触点——这被称为高通量线束。因为有蓝牙,术后患者不会出现“脑后插管”等情况。

Neuralink为此开发了专属手术机器人,以替代外科医生完成植入手术。手术需要把芯片置入颅内大脑皮层附近,电极触点则放置在感觉运动脑区。每个电极负责记录脑中0到4个神经元的活动。这意味着,Neuralink芯片最多能同时观察4000个神经元的活动状态。有分析指出,这是迄今脑机接口能观察到的最高神经元数量。

芯片将记录这些大脑信号,并传输到解码运动意图的应用程序。据马斯克描述,应用程序会翻译这些信号,以移动光标、生成文本,甚至控制设备、帮助瘫痪者重新行走——简而言之,人的意念能通过芯片,控制手机、电脑及任何电子设备。

按照Neuralink时间表,2024年,该司将完成另外11例芯片植入。

商业化为时过早

马斯克给脑机接口芯片起了一个富含诗意的名字:“Telepathy(心灵感应)”。“肢体残障人士将是这款产品的首批使用者,”马斯克说,“想象一下,斯蒂夫·霍金的交流效率或能快过打字员。”

但分析人士普遍认为,前景或许光明,落地尚需时日。

美国宾夕法尼亚州立大学脑科学研究者劳拉·卡布雷拉(Laura Cabrera)表示,即使Neuralink使用手术机器人等创新程序、植入芯片,但结果仍然未知。以手术为例,存在脑出血、癫痫发作、感染等风险,人体安全性需要评估。

早前,Neuralink曾因实验涉嫌虐待动物而饱受争议。有报告指出,2022-2023年,该司用于研究的实验猴等出现令人担忧的问题,多只实验猴死于芯片植入并发症。因安全性隐患,Neuralink的人体临床试验申请一再被拒,监管审查长达6年。

多只实验猴死于芯片植入并发症

多只实验猴死于芯片植入并发症


更重要的是,“没有细节。”《科学美国人》援引学者分析称,比如马斯克谈到“神经元脉冲峰电位检测充满希望”,却未公布数据。

“今天你能看到神经元脉冲信号,明天它可能停止工作。作为科学家,我们要看到具体数据或发布论文,才能讨论进展和意义。”美国布朗大学神经科学教授约翰·菲利普·多诺霍(John Philip Donoghue)对高通量线束及其收集的信号,表示惊喜和担忧。“Neuralink或许能获得足够多的神经元信号。但所有信号混合在一起,无法将每个神经元拆分、处理。”

这或意味着,即使获得数量足够多、质量足够好的神经信号,现在的算法及最先进的计算芯片也无法实时在线处理几百万级别神经元的相互作用,这需要在计算理论以及集成电路技术领域的新突破。

约翰·菲利普·多诺霍表示,1999年和研究生展望未来时,两人就谈到“要让失明者看见,让失能者行动,让失聪者聆听”。“我们不缺知识,科学家们已经搞明白运动皮层的作用机理。马斯克站在巨人的肩膀上。他真正做的是投钱,大量的钱。”

正是这样的“钞能力”让Neuralink后来居上。“Neuralink使用的单项技术一直都有,最大的价值是把它们系统集成了,是一种集成创新。”南开大学人工智能学院教授段峰对“医学界”分析,“国内的科研团队、国外其他公司,在单项上并不一定比它弱,但不具备整合在一起的资源条件。”

李骁健告诉“医学界”,Neuralink拥有无法比拟的资源优势。它搭建了自己完整的技术和产业供应链,有神经外科、微电子、机械、计算机、材料工程等多个学科全球最顶尖的人才团队。更重要的是抗风险能力,庞大的资金链让Neuralink能最大程度接受试错成本。

在技术探索上,Neuralink采用更前沿、更激进的策略。当同行还在钻研数十、上百通量时,Neuralink已经用上数千通量的电极。理论上,这能采集更多信号、大脑信息质量更高,但会面临电极阵列植入复杂,微电子芯片大功耗带来的发热等问题。

高通量电极和电子芯片会增加研发难度。另一问题则在于对应用场景的把握,包括在现有临床需求、学科基础研究和上下游的支撑配套的限制下,脑机接口领域是否真的需要如此“前沿”的硬件,研发者要为此承担系统创新的周期和资金成本,患者需承担相应的安全风险。

在这方面,其他不具备与Neuralink同等财力的公司更加务实。和Neuralink一样,Synchron公司同样旨在帮助重度瘫痪者控制数字设备。但它采用的是“血管介入式”脑机接口,芯片放入大脑血管内部,而不是皮层组织。这会牺牲信号采集的丰富度,但更安全成熟,解码也相对容易。根据Synchron公布的最新临床试验进展,4名瘫痪者成功控制外部设备,可进行发短信邮件、个人理财、在线购物等日常活动。

总部位于阿姆斯特丹的Onward则与瑞士洛桑联邦理工学院、洛桑大学医院等合作,开发“脑-脊髓接口”,通过植入物让大脑、参与行走的脊髓区域相连接。其最新进展在2023年5月24日登顶《自然》,成功让一位瘫痪12年的病人表现出神经功能恢复的迹象。植入物关闭后,患者也能拄着拐杖行走。试验使用的芯片是传统的硬质电极、64个信号通道,患者头顶须佩戴信号放大器。

基普·路德维希在2023年的一次采访中提到,乐观估计,Neuralink至少还需要10年时间,才能将脑机接口芯片商业化。

脑机接口,中国也有

目前,全球已有数十家相关企业在医疗端布局数亿美元设备,期望在脑机接口领域最早脱颖而出。根据Strategic Market Research调研数据,全球脑机接口的市场规模在2021年达15亿美元,预计到2030年将增长并达到53.4038亿美元。

“在脑机接口这条赛道上,马斯克还有强大的对手:中国。”“石英财经网”发文称,在马斯克发言前夕,1月29日,中国工信部等发布《关于推动未来产业创新发展的实施意见》,其中多次提到脑机接口,并称到2025年要形成标志性产品。

也是在1月29日,首都医科大学宣武医院赵国光教授团队、清华大学医学院洪波教授团队召开临床试验阶段总结会,宣布无线微创脑机接口突破性进展。

神经外科医生将两枚硬币大小的脑机接口处理器,植入一名四肢截瘫14年的患者颅骨中,采集感觉运动脑区的颅内神经信号。不同于Neuralink完全植入的侵入式设计,宣武、清华研究将电极触点覆盖在脑硬膜外。据介绍,系统采用特殊技术,植入颅内的处理器无需电池,可以终生使用。

术后10天,患者出院。经过3个月的居家康复训练,他实现了“脑控”:通过脑电活动驱动气动手套、自主喝水,抓握准确率超过90%。其脊髓损伤的临床评分、感觉诱发电位响应等,也有显著改善。

不同于Neuralink完全植入的侵入式设计,宣武、清华研究将电极触点覆盖在脑硬膜外 ...

不同于Neuralink完全植入的侵入式设计,宣武、清华研究将电极触点覆盖在脑硬膜外 ...


首例患者通过无线微创脑机接口成功实现脑控抓握。图源/清华大学官微

李骁健告诉“医学界”,宣武、清华的研究是一个偏保守的创新组合方案,结合了一些现有的脑部植入医疗器械而设计。这样的方案更易开展人体试验、进入临床研究。

“根据现有信息,团队还没有展示信息解码、操作自由度等方面细节。简单来说,就是不知道实现所谓‘独立喝水’,具体是多复杂的一种动作,看起来是一种康复类的脑机接口技术。”李骁健说,“电极的通道数少的,优势是技术成熟度高,更加安全且便于落地。能做功能替代的话,不可避免的,最终临床应用也会偏向于一些相对简单的替代操作,主要是一维和二维信息控制,比如最近有专业期刊报道的让患者操纵平板电脑打字交流、发语音等。”

同时,太高通量电极意味着难以实现脑信号的无线高保真传输和持续供电,需要“头顶上伸出电线”。考虑到风险,这类临床解决方案暂时未获得我国相关审批。李骁健表示,国内企业在硬件上拼杀的意义不大,“短期内不应该、也没法去和Neuralink对标,Neuralink也有很大可能要根据临床结果做设计调整。在较简单的应用场景先做出突破是关键,谁越早完成系统布局进入应用端,谁越可能确立较大的市场优势。”

中科院院士赵继宗曾公开表示,在意识障碍、脊髓损伤、辅助机械臂等领域,国外能做到的,国内也能做到。更重要的是如何让政府部门参与协调整个产学研用,“个别病例、个别试验可能都没有问题,但最后要用于更多患者,就得产业化。”


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