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专访浙江“千人计划”专家宋星:马斯克“脑机接口”新技术已来,但“意念控制”未来还没来

每日经济新闻 2019-07-19 01:17:51

宋星表示,Neuralink公司突破的技术只是解决了“电极植入”的问题,一个技术的突破是一个系统性工程,脑机接口技术涉及至少二三十个学科,不仅是电极植入问题,还包括信号的提取、识别和转化成控制指令,整个系统如何去形成闭环等等,所以这条路还很遥远。

每经记者 刘玲    实习编辑 汤辉    

无论是中国神话中的隔空取物,还是好莱坞科幻电影中的随心操控,“意念控制”一直是人类幻想的超能力。实际上,从20世纪90年代中期开始,人类就对“脑机接口”技术进行研究,试图将幻想变成现实。

美国时间7月16日周二晚上,被称为“硅谷钢铁侠”的埃隆•马斯克,带领其创办的Neuralink公司主要成员,第一次公开展示了过去两年多在“脑机接口”领域取得的突破:超细的柔性聚合物传输线和神经外科机器人,引发外界关注。

7月18日,《每日经济新闻》记者专访了浙江“千人计划”专家宋星,在他看来,马斯克公司的新技术突破解决了侵入式脑机接口的几个瓶颈性问题,可以像微创手术一样安全无痛地植入脑机接口芯片。但是,柔性的聚合物传输线仍然存在对大脑损伤的问题,暂时只适用于不能剧烈运动的脑部疾病患者。

宋星还表示,Neuralink公司突破的技术只是解决了“电极植入”的问题,一个技术的突破是一个系统性工程,脑机接口技术涉及至少二三十个学科,不仅是电极植入问题,还包括信号的提取、识别和转化成控制指令,整个系统如何去形成闭环等等,所以这条路还很遥远。

“柔性传输线”仍将损伤大脑

所谓脑机接口,便是在人或动物脑(或者脑细胞的培养物)与外部设备间建立的直接连接通路。这项技术的研究对运动、感觉等能力受损的人士具有非常重要的意义。马斯克也表示,Neuralink公司的目标是希望未来能在瘫痪人士的大脑中植入能够读取神经信息的装置,从而让他们可以像正常人一样使用手机和电脑。

据马斯克公司介绍,新技术有三个核心部分,一是直径为4-6微米的柔性聚合物传输线,比人的头发丝(约75微米)还要细很多,不仅对大脑损害性更小,而且还能传输更多数据。分布在96个线程上的每个阵列中,能够拥有多达3072个电极。二是“缝线”的神经外科机器人,每分钟能够植入脑中六根线,同时可以避开大脑血管。三是Neuralink公司开发的一种定制芯片。

“这三个技术解决了侵入式脑机接口的几个瓶颈性问题”,宋星表示,“因为作为侵入式的脑机接口,需要把电极插入到大脑内部,然后去做相应的信号收集,之前美国布朗大学开发的BrainGate机械臂系统,依靠犹他阵列,即一系列最多可容纳128个电极通道的坚硬针头来进行手术。这种是有损伤性的,一般需要做开颅手术,而马斯克公司发布的新技术,就像现在的微创手术,可以安全无痛地植入脑机接口芯片。”

在植入物方面,Neuralink公司认为BrainGate植入大脑的针较硬,可能在长期使用中出现问题。例如,大脑在颅骨内可以自由移动,但植入大脑的针无法随之移动,日积月累的磨损最终会导致接口损坏。而Neuralink公司使用的高分子细线或许可以解决这个问题——细线足够灵活,可以随大脑的移动而发生不损坏细线本身的位移。

对于上述说法,宋星却持有不同的观点。他告诉《每日经济新闻》记者,马斯克公司采用柔性技术,把“线”做得很密很小,这是它最大的一个亮点,但是其实也会带来另外一个问题。比如风筝的线,如果你骑车冲过去的话,细线就像刀一样会起到切割的作用,可能会杀死人。而且人脑里的脑部组织就像胎儿一样是在组织液里悬浮的,你剧烈运动的时候,大脑其实也是运动的,所以还是存在一定的问题。

“不过,这个危险也都是相对的,其实马斯克这种脑机接口技术主要是针对那种就像霍金那样的残疾人,残疾人并不会做大幅度动作,如果是剧烈的运动的话,可能会导致大脑损伤的一个风险”,宋星补充道。

侵入式“意念控制”还很遥远

Neuralink公司在发布会上带来的展示,让人们对“脑机接口”这一概念无比兴奋,许多网友畅想,未来在头脑中植入芯片,普通人也有望用意念干活,想一想就可以开关灯、煮咖啡等等,仿佛让人类看到科幻世界中的“意念控制”场景就要成为现实。

据宋星介绍,现有的脑机接口研究一般分为“侵入式”和“非侵入式”两个流派,“侵入式”接口是以马斯克、扎克伯格,还有美国一些高校实验室为代表的研究,这类脑机接口通常需要植入到大脑皮层,因此信号质量较高。“非侵入式”接口则在脑外进行信号的搜集,不会对人脑造成损伤。

“这两种技术都有不同的难题”,宋星表示,“侵入式接口最大的问题是手术,需要研究如何做到将(对)脑部的损伤降到最低,并且侵入式技术容易引发免疫反应和愈伤组织(疤痕),进而导致信号质量的衰退甚至消失。而非嵌入式技术对信号搜集的难度较高,大脑活动和脑电图信号之间的关系非常复杂,如何“解码”成为困扰研究者的一大难题。”

Neuralink公司在发布会上披露,在美国食品药品监督管理局批准的前提下,计划在2020年第二季度进行首例人体临床实验。而目前,这套包括神经外科手术机器人和超细管线的系统,做了19例动物实验,成功率为87%。

对此,宋星表示,87%成功率挺高的,Neuralink公司的新技术在2020年应用到人脑,也是完全有可能的。但是“实验成功”也分几个步骤,如果是植入人脑去完成一些简单的交互,这个比较容易实现;如果想要达到更复杂的交互,比如说把脑海里想象着一幅图画或者一些精细的手部动作展现出来的话,就比较难了。

“因为脑机接口技术涉及至少二三十个学科,包括高分子材料、机械化、自动化、信号处理、数学算法、神经科学、传感器等等。Neuralink公司突破的技术也只是解决“电极植入”这一部分的问题,技术整体的突破是一个系统性工程,不仅是电极植入问题,还包括信号的提取、识别和转化成控制指令,然后整个系统如何去形成闭环等等,所以这条路还很遥远。”宋星补充道。

Neuralink公司首席神经外科医生Matthew McDougall在发布会上也明确表示,目前这一系统只是针对有严重疾病的患者。宋星也表示,应该没有人会为了玩一个沉浸式的游戏,而去做一个有风险的头部植入手术。

而相对于侵入式技术,非侵入技术在日常生活中的应用则较为广泛。据宋星介绍,其目前主攻的是中风患者早期康复的问题,通过非侵入式脑机接口技术,对早期中风患者的脑部做一些刺激,然后进行神经反馈的训练,这种方式康复机率可以达到百分之九十多。目前除了医疗领域外,非侵入技术还能应用在交互游戏、智能家居、智能通讯等产业领域。

封面图片来源:摄图网

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