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技术没有大“惊艳”,但挡不住马斯克的脑机计划向商业化狂奔

秘丛丛
2020-09-11 · 10:42
[ 亿欧导读 ] “上天”、“入地”、去火星……“钢铁侠”的下个目标是人机共生。
大脑,特斯拉,SpaceX,Neuralink,BCI,脑机接口

作者:秘丛丛

马斯克的“赛博猪”,还飞不上天。

8月28日,在Neuralink脑机交互项目的发布会上,马斯克演示了最新的脑机接口BCI)设备—硬币大小的硬件The Link、约1/4头发直径的微丝电极Neural Lace和手术机器人。而舞台一侧的三只猪将现场推向了高潮,它们中有两只接受了脑机接口试验。

这家由马斯克创立于2016年的BCI公司,短期的设备应用目标是治疗严重的脑部疾病,如听障、视障、阿尔茨海默、抑郁症、帕金森等与脑部损伤密切相关的疾病。而它的长期目标是研发新一代脑机接口,强化人类甚至实现“人机共生”,比如上传、保存意识等。

很多人兴奋地预测现实版《黑客帝国》即将上演——在脑后插入电缆,从电脑下载程序学习功夫、开飞机等都将很快实现。

但从目前的技术层面,Neuralink并没有太让学术界“惊艳”。萨塞克斯大学的托马斯·诺沃特尼教授将记录神经信号的技术描述为“数十年之久”。纽卡斯尔大学神经界面学教授安德鲁·杰克逊对此实验的看法也没那么乐观。“记录脑细胞和’阅读思想’之间有很大的区别,特别是当涉及到我们不太了解的高层次认知功能时。”

马斯克隔空回应了杰克逊的说法:“不幸的是,学术界的许多人都过于看重想法的价值,而忽视了将想法付诸实践。”

实际上,这次的成果展示了Neuralink未来商业化和大规模普及的可能性。对于深扎在BCI领域的其他玩家而言,Neuralink所呈现的便携式设计、数据收集的数量级提升更加激动人心。那么从特斯拉SpaceX,马斯克的商业化路径也能完延续到BCI领域吗?

“我们需要先分辨出这次他说的哪些是现实,哪些还只是畅想。”曾投资过SpaceX的投资人、Fusion Fund(硅谷投资机构)创始合伙人张璐告诉亿欧大健康。

站在巨人肩膀,但技术突破有限

针对Neuralink此次公布的几大技术进展,争议主要集中在The Link的芯片、猪的相关试验以及电极材质等方面。

据官方介绍,Neuralink定制的芯片“N1传感器”,能从1536个通道中读取大脑信号,在高达1024个电极上采集20000个分辨率为10位字节的样本,相当于每个通道大约读取200Mbps的神经数据。另外,它的电极比头发丝还细,据官方介绍其材质很柔软,使损伤最小化。

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The Link

在强联智创联合创始人、神经外科博士卢旺盛看来,相较此前脑机接口只能采集几十到一百个电极的信号,目前植入颅内的电极位置达数千个。强联智创是一家神经系统疾病智能化辅助诊疗方案提供商。

可以看到,Neuralink具备了高分辨率神经元信号的采集能力。但一些学者专家认为,它在神经解码方面还没有任何重大进展。“从马斯克的演讲中可以感到,他对神经编码原理不是很重视,对其难度也认识不够,他的大部分兴趣在植入器件的工程实现。”清华大学脑机接口专家洪波教授在社交媒体上发文。

实际上,可读取神经信号的芯片并不新颖。据张璐介绍,美国的另一家脑机接口公司Paradromics目前不仅能收集和分析信号,还能实现反向反馈。 据了解,该公司研发了“神经输入输出总线(NIOB)”的脑机接口研究终端。目前,NIOB还在临床前开发阶段,预计将在2021年或2022年进行人体实验。

另外,今年1月,国内浙江大学求是学院通过将Utah电极阵列植入高位截瘫病人大脑皮层,机械手臂在其意念控制下完成了进食、饮水和握手等运动。

Neuralink的总裁Max Hodak在当天发布会上表示:“Neuralink并不是凭空产生,在这以前的学术研究已经有了很长的历史,从很大意义上来说,我们是站在了巨人的肩膀上。”

马斯克还展示了猪在跑步机上行走的录像,并表示可将Neuralink的设备用于“高精度地预测四肢的位置”。 “目前这个系统已经验证了信号采集的准确性。”博睿康CEO黄肖山认为,与之前学术界已经实现的脑机接口的成果相比,例如人控制机械臂喝可乐、猴子控制机械臂吃香蕉,这个系统只实现了采集与分析猪的实际运动意图,和真正控制假肢有所不同。博睿康是国内首个将脑机接口产业化的公司,主要聚焦于非侵入式BCI技术。

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预测猪四肢的位置

“你能看到它是健康快乐的。”马斯克向实时收看直播的15万观众,强调一只植入The Link长达两个月的小猪的状态。黄肖山表示,其实脑机接口领域的科学家们都在期待他拿出的是对灵长类动物以及人的试验数据。

对于大脑植入物而言,安全性和健康性是电极材质的关键。FDA希望不易移除的医疗设备在人体中至少能存在10年,但Neuralink电极(柔性聚合物)的安全时长还存在疑问。“如果要测试某种东西能否持续10年,则真的要等10年。”Paradromics的CEO Matt Angle说。

马斯克说,Neuralink在7月份获得了美国食品药品监督管理局(FDA)的突破性设备称号(Breakthrough Device Designation),该称号主要是关于危及生命的病症的医疗设备研发许可,并不意味着该设备得到了FDA的完全支持。“现在FDA还在审查,没有批准Neuralink进入人体临床,还需要对它做更多的安全检测。”张璐表示,FDA的Designation和Approval完全是两码事。

值得注意的是,Neuralink存在不少技术“黑匣子”,目前还尚未在同行评审的期刊上发布与周五更新有关的原始数据。正如卡耐基梅隆大学生物医学工程系主任贺斌教授所言,最终人们需要证明这套系统能做什么来解码大脑信号并正确解释大脑的状态和意图。

在这场发布会上,马斯克强调其主要目的是为Neuralink招募人才。这也告诉我们,现在所看到的Neuralink的技术几乎都是非常早期的示例。

BCI治病不新鲜,商业化野心昭然

脑机接口在医学上的应用已有20-30年的历史,比如利用深度脑部刺激或通过神经植入物治疗帕金森症等神经系统疾病。另外也有迹象表明,这类技术或许对治疗自闭症有帮助。

除了神经系统疾病,Neuralink称自己还能治疗上瘾和抑郁症。其他科学家也在做这方面的研究,比如在大脑内囊位置植入电极、通过刺激与前额叶皮质的连接改善认知功能。明尼苏达大学的精神病医生阿里克·维奇说,全球约有200名患者已尝试用这种技术治疗抑郁症。另外,还有阿片类药物成瘾者将电极植入控制成瘾的大脑区域。

在疾病领域,Neuralink的技术应用不足为奇,但在用户友好和工程设计等方面,Neuralink的最新产品已经展示了其在商业化上的全盘考虑。

首先是设备小型化更加用户友好。和去年的耳戴设备相比,今年的设备替换颅顶的一块硬币大小的头骨,体积更小更便携,甚至可以通过类似手机无线充电的方式进行充电(目前只有其官方介绍,具体还有待考证)。

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去年和今年的Neuralink设备对比

“从很多方面来说,这就像头骨上的Fitbit,上面有细小的金属丝。” 马斯克在发布会上做了这样的类比。做了脑机接口手术后,头部外观几乎和普通人没有区别,进一步优化用户体验,从而有助于降低数据收集门槛,为推向商业市场积累数据基础。

其次,Neuralink推出的手术机器人有规模化生产的潜力。马斯克表示,未来预计植入手术的时间缩短到1小时,无需住院,甚至无需普通麻醉,就像做激光近视手术一样;对于产品开发而言,有利于明确产品的大小、接口类型等开发标准,提高未来产品优化迭代的速度。

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Neuralink推出的手术机器人

马斯克也承认,目前设备的成本很高,但随着未来技术成熟、规模变大,他预计包含手术费在内,未来普通人只需花几千美元,就能安装脑机接口设备。此前,Neuralink 计划在 2023 年左右将这样的设备推向市场。

“在工业化、标准化方面,它应该比其他公司高出一大截。”脑陆科技联合创始人卢树强认为,这不是研究机构或高校能迅速做出来的,还需要生产和供应链的资源调度。“因为设备成本比较高,规模化生产才能控制成本。”脑陆科技也是国内的一家专注于非侵入式BCI技术的创业公司。

现在学术界和企业家们的分歧在于,医学专家们认为BCI公司们并不清楚一些脑部疾病的发病机制,基础研究薄弱是“门外汉”。但在Matt Angle看来,构建有用的BCI技术不需要对大脑有一个完美的了解。

“我们知道如何记录大脑信号来控制假肢和计算机光标,知道如何将触觉数据输入大脑以获取假体反馈。”他表示,如果等到对脑部有了完整的了解后,再建立基于BCI的疗法,就好像在人类基因测序完成后再接种脊髓灰质炎疫苗一样。

显然,Neuralink的时间表疾步向前并不想等:今年年底,在瘫痪病人脑子里植入脑机接口,开始人体试验;未来10年内,实现两个植入脑机接口的人直接用脑信号沟通;25年内,实现“全脑接口”。

继SpaceX和特斯拉之后,马斯克能如期迎来Neuralink在BCI领域的技术迭代和商业化吗?

张璐认为,他的时间表有点理想化,脑机接口技术包括脑神经科学的基础理论研究仍需要很多工作才能有突破。“他在进入商业航天和电动汽车领域前,这两个领域的火箭和电池的基础理论在几十年前就早已成熟,他更多的工作是集中在商业应用的成熟化和低成本化,特别是在商业航天。”

CTRL-Labs和Neurable这类非侵入式BCI企业从消费娱乐等领域探索商业化,但以Neuralink为代表的的侵入式BCI的商业化将取决于治疗。而目前BCI应用于医疗还面临诸多挑战,不可能一蹴而就。

首先BCI技术的研发有其天然的艰难“基因”。人类大脑有千亿个神经元,目前人类仅仅探明了大脑结构的5%。即便现在Neuralink突破了千个级别的神经元信号,和庞大的总量相比杯水车薪。

另外,很多脑部疾病的发病机制比较复杂,比如抑郁症、阿尔茨海默症等。“对这些疾病可以采用立体定向方式的电极植入的方式,其中准确定位靶点是关键问题,但并不是所有疾病均有肯定的、单一的、确切的靶点。”卢旺盛解释,以帕金森病为例,其脑深部电刺激治疗直接针对丘脑底核,发出高频电脉冲信号,刺激脑神经核团或神经传导束调节异常的神经环路。

理论上,神经元信号采集的越多,脑机接口将有望演变为全脑接口。这也是脑机接口的终极形态,能同时监测数百亿个神经元的活动,并有能力控制和修改其中任何一个神经元信号。

Neuralink将这个数量降到了100万个神经元,即接口的带宽达到100万个神经元。以康涅狄格大学教授Ian H Stevenson的统计,目前脑机接口的摩尔定律是:可同时记录的神经元平均7.4年数量翻倍。按照这个速度,2100年,人类将能同时记录100万个神经元,2225年人脑中的所有神经元都将被记录下来。

在设备的材质方面还要面临生物相容性的问题,免疫系统在自动识别侵入物后,免疫细胞包围起来形成疤痕组织,而疤痕会影响电极和芯片的正常性能。

即便技术成熟,Neuralink这样的企业还需克服从管理临床试验、健康保险到改变医生态度的种种障碍。首先临床试验的周期可能很长,比如在浙大的BCI临床试验中,患者利用机械臂完成喝水这个动作历时4个月。此外,在推向市场阶段,如何说服用户、保险商和医生接受侵入式BCI也是不小的问题。

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图片来自123RF

后记

在医疗之外,BCI引人入胜的是它背后更大的想象空间:与其他任何新技术相比,BCI可能重新定义对人类的意义。

但它带来科幻未来的同时,也可能随之引发一些安全、隐私等问题。比如BCI将如何防止黑客入侵大脑?如果不是为了治疗而是为了增强能力植入BCI设备,世界会变得更加不平等吗?

“其实人类现在需要担心的不是和AI竞争,而是在可见的未来,可能会有一批人拥抱技术并与技术深度整合,从而变成了更聪明更强壮的‘超级人类’。同时,也会有一批人选择拒绝技术整合或没有渠道和资源接触到最优质的技术,这就会出现人类内部的竞争,可能导致社会两极化的加剧和潜在的技术伦理问题。”张璐说道。

马斯克曾预感,未来AI可能像养宠物一样对待人类。“我相信,最好的办法或许是在人类的大脑中植入一层AI,大概就是神经织网这种东西。我相信,未来这一定会变得十分重要。”

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