提到腦機(jī)接口，你第一時(shí)間想到的肯定是Elon Musk創(chuàng)建的公司Neuralink，他們?cè)诮衲?月剛剛將首個(gè)芯片植入人腦。

但Neuralink絕不是唯一發(fā)力腦機(jī)接口的公司。

5月28日，Precision Neuroscience發(fā)布公告，他們成功在人腦上放置了4096個(gè)刺激神經(jīng)元的電極，創(chuàng)下了新的世界紀(jì)錄。

電極數(shù)量是腦機(jī)接口領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，因?yàn)樗鼪Q定了大腦傳輸數(shù)據(jù)的「帶寬」，從而影響接口系統(tǒng)的功能。

也就是說(shuō)，增加電極數(shù)量，就能提升從大腦和外界傳輸數(shù)據(jù)的效率。

上一個(gè)世界紀(jì)錄是去年9月發(fā)表在《神經(jīng)外科雜志》上的論文，他們?cè)谌四X上放置了2048個(gè)電極。

沒(méi)想到這個(gè)數(shù)字僅用8個(gè)月就翻了一番，可以說(shuō)是摩爾定律在BCI領(lǐng)域的翻版了。

Layer 7超薄電極，微縫插入

想了解人類(lèi)大腦的活動(dòng)，從外部進(jìn)行腦電圖或核磁共振成像已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因此有了向大腦中植入電極的技術(shù)，它們形成的陣列可以同時(shí)從大腦皮層內(nèi)的多個(gè)點(diǎn)位收集信息。

而且電極數(shù)量非常重要。想要讓患者能夠用意念控制假肢或者移動(dòng)屏幕上的光標(biāo)，幾十個(gè)電極根本不夠。即使是基本功能，也需要高密度的電極。

那增加電極數(shù)量就可以解決了嗎？

也不行，因?yàn)槊總€(gè)電極都會(huì)刺穿腦組織，并造成損傷。從100個(gè)電極擴(kuò)展到1000個(gè)電極就意味著10倍的損傷。

要實(shí)現(xiàn)高密度的電極植入，就需要以微創(chuàng)的方式部署，并具有良好的可擴(kuò)展性。

因此，Precision公司就使用了一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

他們開(kāi)發(fā)了一種名為L(zhǎng)ayer 7的超薄電極陣列，植入時(shí)不需要刺穿大腦，但可以收集比傳統(tǒng)陣列多出數(shù)百倍的數(shù)據(jù)。

之所以命名為L(zhǎng)ayer 7，是因?yàn)榇竽X皮層本身有6層，而這層電極組成的薄膜位于皮層頂部，也就是第7層的位置。

單個(gè)Layer 7比拇指指甲略大，但厚度只是人類(lèi)發(fā)絲的五分之一，上面能密集排布1024個(gè)微小電極，每個(gè)電極和神經(jīng)元的大小相當(dāng)。

Precision這次打破紀(jì)錄的4096個(gè)電極植入，就是通過(guò)同時(shí)在大腦表面放置4個(gè)Layer 7薄膜實(shí)現(xiàn)的。

這些電極可以接受大腦信號(hào)，并傳輸?shù)轿挥陲B骨和頭皮之間的處理單元，再經(jīng)過(guò)皮下放置的電線傳遞到胸部的處理單元，轉(zhuǎn)發(fā)給外界。

這些電極為什么能夠傳遞大腦信號(hào)？

每個(gè)電極都通過(guò)極細(xì)的鉑絲和電子設(shè)備相連，且以模塊化的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)排列，因此是以非常規(guī)則的幾何圖案覆蓋在大腦表面。

而且電極排布密度足夠高，接收到來(lái)自大腦的大量電信號(hào)后，能以很高的分辨率繪制出一定區(qū)域內(nèi)的腦電活動(dòng)圖。

持續(xù)輸出的腦電信號(hào)將構(gòu)成海量數(shù)據(jù)，而且包含許多噪音，因此連接的電子設(shè)備還需要進(jìn)行壓縮和去噪工作。

Layer 7皮質(zhì)接口的陣列模擬圖

要理解這些腦電信號(hào)，也需要機(jī)器學(xué)習(xí)的參與。

把腦電信號(hào)表達(dá)為可理解的形式，這種任務(wù)性質(zhì)類(lèi)似于機(jī)器翻譯。

神經(jīng)科學(xué)的研究可以告訴我們每個(gè)腦區(qū)的大致功能，比如哪個(gè)區(qū)域負(fù)責(zé)語(yǔ)言，哪里負(fù)責(zé)控制手部運(yùn)動(dòng)。

然而僅有這些領(lǐng)域知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因?yàn)槊總€(gè)人的大腦構(gòu)造都不一樣。即使執(zhí)行相同的功能，對(duì)應(yīng)的具體電信號(hào)的位置也會(huì)有差異。

基于機(jī)器學(xué)習(xí)的軟件可以「學(xué)習(xí)」每個(gè)人的大腦構(gòu)造，完成腦區(qū)位置的校準(zhǔn)，并進(jìn)行腦電信號(hào)的翻譯和解釋。

Precision的CEO Michael Mager表示，BCI不僅僅是電極陣列，「機(jī)器學(xué)習(xí)的復(fù)雜性是驅(qū)動(dòng)真正強(qiáng)大的BCI的必備條件。這是一個(gè)全棧產(chǎn)品，需要跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)來(lái)開(kāi)發(fā)。」

植入Layer 7薄膜不需要進(jìn)行開(kāi)顱手術(shù)，可以通過(guò)顱骨上一個(gè)厚度小于1毫米的切口插入，「滑」到大腦表面，侵入性和傷害性要小得多。

這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為「微縫插入」，進(jìn)行植入手術(shù)的病人甚至都不需要剃發(fā)，看起來(lái)就像沒(méi)做過(guò)大手術(shù)一樣。

此外還需要考慮的一點(diǎn)是，所有設(shè)備都是有使用壽命的，需要維修和更換。

根據(jù)Precision的說(shuō)法，Layer 7所創(chuàng)造的接口是可逆的，且植入后大腦仍保持完整，可以降低這方面的風(fēng)險(xiǎn)。

Layer 7的皮質(zhì)表面陣列和非侵入性手術(shù)均已獲得專(zhuān)利，而且是Precision公司的獨(dú)有技術(shù)。

在公司創(chuàng)始人Benjamin Rapoport看來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)的安全性和良好擴(kuò)展性非常值得期待。

腦機(jī)接口的「通信帶寬」和電極數(shù)量成正比，將更多的Layer 7放在大腦表面不會(huì)造成任何額外的腦損傷，也不會(huì)增加任何風(fēng)險(xiǎn)。

因此，可以想象到，腦機(jī)接口的通信能力會(huì)逐漸從3G到4G，再到5G、6G，可能瞬間傳輸整個(gè)想法或直覺(jué)，將徹底改變?nèi)藱C(jī)溝通，甚至人類(lèi)之間溝通的本質(zhì)。

目前這項(xiàng)技術(shù)仍處于臨床測(cè)試階段，去年他們進(jìn)行了首次人體植入，預(yù)計(jì)第一個(gè)商業(yè)產(chǎn)品將于2025年投放市場(chǎng)。

從Neuralink出走，自立門(mén)戶(hù)

深挖Precision這家公司就能發(fā)現(xiàn)，它和Neuralink之間頗有淵源。

公司創(chuàng)始人Benjamin Rapoport和馬斯克曾經(jīng)共同創(chuàng)立Neuralink，但在2021年他選擇離開(kāi)，籌集了1200萬(wàn)美元?jiǎng)?chuàng)立Precision。

公司創(chuàng)始的4人團(tuán)隊(duì)中，有3人曾經(jīng)在Neuralink工作。

Rapoport有MIT的電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)博士學(xué)位，以及哈佛醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)學(xué)位，他形容自己「幾乎把整個(gè)職業(yè)生涯都奉獻(xiàn)給了將神經(jīng)接口從科學(xué)世界帶入醫(yī)學(xué)世界」。

在公司CEO Michael Mager看來(lái)，Rapoport作為一名神經(jīng)外科醫(yī)生和電氣工程師，一直是BCI行業(yè)的「先驅(qū)」，他為Precision的關(guān)鍵技術(shù)Layer 7定義了關(guān)鍵特征。

在華爾街日?qǐng)?bào)的一檔播客中，Rapoport曾被問(wèn)到當(dāng)初為什么離開(kāi)Neuralink。他沒(méi)有直接回答，而是從側(cè)面描述了他和Neuralink在技術(shù)理念上的不同看法。

我覺(jué)得，為了進(jìn)入醫(yī)學(xué)和科技領(lǐng)域，安全是最重要的。對(duì)于醫(yī)療設(shè)備來(lái)說(shuō)，安全通常意味著侵入性最小。

早期的腦機(jī)接口有一種觀念：為了從大腦中提取信息豐富的數(shù)據(jù)，需要用微小的針狀電極刺入大腦，但這會(huì)造成一定程度的腦損傷。

我認(rèn)為可以在不損害大腦的情況下提取信息豐富的數(shù)據(jù)。懷著這樣的理念，我們成立了Precision Neuroscience。我們認(rèn)為，微創(chuàng)性、可擴(kuò)展性和安全性是神經(jīng)接口的重要基礎(chǔ)。

這種理念上的沖突也反映在了兩家公司的實(shí)際技術(shù)路徑上。

Neuralink目前采用的系統(tǒng)基于穿透性微電極，需要進(jìn)行開(kāi)顱手術(shù)、打開(kāi)大部分頭骨，通過(guò)機(jī)器人進(jìn)行高精度植入，而Precision的Layer 7基于表面微電極，覆蓋大腦表面但不穿透。

在Neuralink為首個(gè)患者植入設(shè)備后，這種穿透性微電極的確發(fā)生了機(jī)械故障。

手術(shù)后幾周內(nèi)，患者Noland Arbaugh腦組織中鑲嵌電極的線開(kāi)始縮回，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常工作。

業(yè)內(nèi)人士表示，之所以出現(xiàn)并發(fā)癥，原因可能是線連接到了顱骨內(nèi)的裝置上，而非腦組織表面。

圣路易斯華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)外科醫(yī)生Eric Leuthardt介紹說(shuō)，「工程師和科學(xué)家們沒(méi)有意識(shí)到大腦在顱內(nèi)空間的移動(dòng)幅度。僅僅是點(diǎn)頭或突然移動(dòng)頭部，就可能導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)幾毫米的擾動(dòng)。」

根據(jù)華爾街日?qǐng)?bào)的最新報(bào)道，這位患者腦中85%的電線都已松動(dòng)，無(wú)法正常工作。Neuralink提出的解決方案之一是將設(shè)備植入到大腦皮層更深處，從3-5毫米移動(dòng)至8毫米處。

雖然在同一個(gè)領(lǐng)域有如此根本性的分歧，但在Precision眼中，Neuralink是同事而不是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

公司CEO Mager表示，「我們采用不同的方法，適合不同的情況」「這不會(huì)是一個(gè)贏家通吃的市場(chǎng)，有不止一家公司的發(fā)展空間」。

但有一點(diǎn)對(duì)他們來(lái)說(shuō)是相同的——都需要證明系統(tǒng)的安全性，并通過(guò)FDA復(fù)雜的審批和監(jiān)管流程。進(jìn)入市場(chǎng)后，也要考慮如何將成本降低到患者可接受的程度。

這些都是和技術(shù)本身一樣艱巨的任務(wù)。