从Neuralink到FB硅谷读心术哪家强

编者按：本文来自“腾讯科技”《硅谷封面》栏目，作者：皎晗，36氪经授权转载。

【编者按】

上个月马斯克宣告旗下脑机接口公司Neuralink取得了打破性新发展，在动物身上进行的试验现已取得成功。随后Facebook也宣告能够经过植入式电极直接读取人脑中的单词和短语。除了这两家公司之外，还有不少硅谷创企也在进入这一范畴。脑机接口范畴存在的诸多困难和应战并没有阻挡住咱们的热心。可是，人类对大脑活动知之甚少的现状让掘金这块商场仍旧显得遥遥无期。

【划要点】

1. 上个月马斯克宣告旗下脑机接口公司Neuralink取得了打破性新发展，随后Facebook也宣告能够经过植入式电极直接读取人脑中的单词和短语。

2. 马斯克麾下Neuralink公司开宣告的可扩展高带宽脑机接口体系现已成功进行了动物试验，其最早将于下一年展开临床试验。

3. Neuralink之外，美国创企Paradromics、Cyberdynamics以及Kernel都在展开植入式的脑机接口技能研讨。

4. 相关于危险较高的侵入式脑机接口技能，Ctrl-labs以及Facebook等公司经过触摸皮肤等非侵入式办法进行脑机接口技能研讨。

5. 巨细科技公司对脑机接口技能兴味盎然，但面前最大的妨碍依然无法跨过：人类对大脑活动仍旧知之甚少。

（本文约4000字，阅览全文大约需求5分钟）

以下是文章正文：

上月中旬，埃隆•马斯克(Elon Musk)宣告旗下脑机接口公司Neuralink取得了一系列新发展。这位硅谷明星创始人激动描绘了一种“像缝纫机相同”的机器人，能够将超纤细的线植入大脑深处。Neuralink公司声称，这种体系对大脑的损害更小，终究将能够读写许多信息。

图示：Neuralink脑机接口作用图

马斯克说，Neuralink现已用缝纫机机器人对动物进行了至少19次手术，成功放置在动物大脑中的“线”电路使得动物能够用大脑直接操控机器，体系成功率到达了87%。马斯克标明，Neuralink研讨团队现已成功让“一只山公经过大脑来操控电脑”。其一起还泄漏，Neuralink公司正在向美国食物和药物管理局(FDA)提出申请，最早将于下一年开端对人类进行临床试验。

图示：Neuralink脑机接口体系中的缝纫机机器人

马斯克指出，这些作用能够处理神经体系疾病，并终究被用于“完成一种与人工智能的共生联络”。他还说，“咱们能够做许多工作来应对大脑紊乱和损害，但这个进程会十分缓慢。”“这将是一个缓慢的进程，咱们将逐渐添加要处理的问题，直到终究打造出一个完好的脑机接口。”

而在此之后不久的七月底，Facebook也发布了其脑机接口项意图最新研讨作用。据宣告在《Nature Communications》杂志上的一篇论文显现，加州大学旧金山分校和总部坐落匹兹堡的Facebook Reality Labs研讨人员根据非植入的可穿戴设备构建出一个“大脑—计算机体系”，能够精确解码测验者在大脑中构思的单词和短语。

图示：Facebook的“大脑—计算机体系”流程图

试验中，研讨人员在几名正在承受正癫痫医治的志愿者大脑外表放置一块电极，运用一种叫做皮层脑电图（ECOG）的技能直接记载大脑皮层的信号。在志愿者答复测验问题的进程中，研讨人员会经过信号盯梢大脑担任言语和发音的区域，一起运用语音剖析模型构建的机器学习算法从收集信号中解码特定语音。

但这种体系也需求在大脑中植入电极，是高度侵入性的。研讨人员标明，这种体系只是对9个问题的24个标准答案进行了辨认，体系的精确度为61%至76%。其作用还远远低于Facebook希望能够到达的实时解码速度。

但Facebook标明，这项研讨有助于有言语妨碍的残疾人康复交流才能。

脑机接口技能与Neuralink

人类关于开发大脑功用总有着一种执念。考古学家发现，早在史前人类时期，有不少古人就会施以“环锯术”，也便是在颅顶方位挖出来一个洞。考古学家估测，他们这么做是为了“取得某种奥秘的力气”。

图示：史前人类的“环锯术”

上世纪的科幻小说中也有将设备刺进大脑以完成人类和计算机之间快速通讯的主意。威廉·吉布森(William Gibson)在1984年的科幻小说《神经漫游者》(Neuromancer)中就提出了一个所谓microsoft的概念，行将一个较小的盒式磁带经过插座直接与大脑相连，为人类供给新言语等即时常识。这便是所谓的脑机接口（BCI），在大脑和外部设备之间树立直接的衔接通路，让机器履行大脑信号所传达的指令。

自上世纪90年代起，科学家一直在研讨怎么用意念操控物体。近年来，跟着人工智能等各项技能的创新和开展，许多脑机接口研讨项目也取得了打破性发展。在2014年的巴西世界杯的开幕式上，年仅14岁的巴西高位截瘫少年身披经过大脑操控的“机械战甲”，开出了榜首脚球，也让脑机接口技能正式为群众所熟知。

图示：2014年巴西世界杯，巴西高位截瘫少年身披经过大脑操控的“机械战甲”开出榜首脚球

建立于2017年的Neuralink公司首要研制的便是将设备植入人类大脑皮层的脑机接口技能。现在Neuralink已取得1.58亿美元的融资，其间至少有1亿美元来自马斯克。

Neuralink公司上个月所宣告的最新作用便是一种可扩展的高带宽脑机接口体系，其由一个“缝纫机机器人”以及只要4至6微米粗细的柔性线路组成，整个脑机接口体系共有3072个电极，散布在大约100根柔性线路上。Neuralink声称，他们开发的原型体系能够运用“缝纫机机器人”将柔性线路刺进大脑安排，一起从许多神经元中提取信息。这些柔性线路上的电极会将检测到的脉冲信号传递给坐落颅骨外表的处理器。

图示：Neuralink公司的可扩展高带宽脑机接口体系

Neuralink还专门为此规划了一个“N1传感器”。这个直径约8毫米、高4毫米的圆柱体集成了Neuralink定制芯片，能够从多达1536个通道中读取大脑信号。一起，“N1传感器”每秒能够从多达1024个电极上收集20000个分辨率为10个字节的样本，适当于每个通道大约读取200Mbps的神经数据。

图示：Neuralink公司的N1传感器

在近期进行的演示活动中，该公司还展现了一个衔接到试验鼠身上的体系，能够从1500个电极读取信息，它比现在嵌入人体的体系好15倍。

图示：Neuralink公司的试验小鼠

尽管Neuralink公司的神经元信号提取技能好像是最先进的，但其信号解说方面的发展好像不大。马斯克标明，他的方针之一是让四肢瘫痪患者的打字速度到达每分钟40个单词。

专心于脑机接口研讨的其他公司

像Neuralink相同，总部坐落奥斯汀的Paradromics建立现已有三年之久，其正在活泼开发一种植入式脑部芯片，方针是让患有失明、耳聋和瘫痪的患者与外界从头取得交流和联络的时机。这种芯片取得了大额的种子资金支撑，美国国防部领导的神经工程体系规划项目就为其供给了1800万美元的资金。

该公司专有的神经输入-输出总线(NIOB)封装了5万根模块化微丝，能够与多达100万个神经元衔接并发生影响信号，记载高达30Gbps的神经活动。现在这种产品正处于临床前开发阶段，估计2021年或2022年将进入人体试验，为协助中风患者从头学习说话打下根底。

除了Paradromics之外，Kernel现在也正专心于开发一种植入式的神经芯片。该公司雄心壮志地声称，未来它的技能会运用人工智能“仿照、修正和改进”人类的认知。

而Cyberdynamics公司则与布朗大学神经科学系的研讨人员协作开发了一种名为BrainGate的大脑植入体系，旨在协助那些失掉肢体或其他身体功用操控的人重获重生。这种体系包含一个植入大脑的微电极阵列，其间有多达100个电极，能够感知神经元放电的电磁信号。此外还有一个衔接到假肢或存储设备的外部解码设备。

2009年，Cyberdynamics开端以名为BrainGate2的项目进行临床试验。2012年5月，BrainGate研讨人员在《天然》(Nature)杂志上宣告了一项研讨，标明两名几年前因脑干中风而瘫痪的人能够操控机械手臂来抓取物体。

非侵入式脑机接口

Neuralink等公司的脑机接口技能都是一种侵入式技能，也便是说需求经过手术在大脑中植入芯片和电极。这种操作需求许多的医学常识，

Neuralink的研讨人员就标明，从短期来看，柔性线路有必要在训练有素的外科医生指导下植入大脑的运动区域和躯体感觉区域。

这也意味着，这种体系在植入进程中需求开颅手术，也就存在脑部感染的危险。话说不是每个人都会为开辟大脑功用而冒这种生命危险的。

相对而言，非侵入式脑机接口技能的可接收度就要高许多。

纽约草创公司Ctrl-labs就正在采纳一种稍微不同的、侵入性较低的办法将神经脉冲转换成数字信号。其开发渠道Ctrl-kit运用差动肌电图(EMG) 经过轻量级皮肤传感器丈量并提取明晰的神经元信号，特别是其能够提取由大脑到手部肌肉所传递神经脉冲引起的电位改动，然后将用户的意念转换为行为。Ctrl-kit渠道能够经过16个电极监控由运动单元肌纤维扩大的运动神经元信号，并经过人工智能算法区别每条神经的单个脉冲。

图示：纽约草创公司Ctrl-labs的Ctrl-kit渠道

这种体系独立于肌肉运动，相应技能能够检测到神经科学家们所说的动作电位，这使得它比运用脑电图(EEG)的可穿戴设备抢先一步。而后者是一种经过头皮触点丈量大脑电活动的技能。肌电图设备能够从更洁净、更明晰的运动神经元信号中提取信号，因而只遭到软件机器学习模型的精确性和触摸皮肤的舒适度的约束。

2019年7月，卡内基梅隆大学与明尼苏达大学协作取得了一项脑机接口范畴的打破作用。研讨人员运用无创神经成像技能和机器学习技能研制了一种新式脑机接口。试验中，运用新式脑机接口的受试者以无创方法操控机械臂，使得机械臂能以滑润接连途径盯梢计算机屏幕上的光标。

Facebook也在研制非侵入式的脑机接口设备。2017年4月，Facebook旗下的前沿产品研制团队Building 8宣告，未来将经过非侵入式的可穿戴设备读取脑电图，终究到达操控输入意图。其担任人标明会开宣告一个能以每分钟100字的速度从人脑向外传输语句的“帽子”。

该公司曾在博文中解说，神经元在活泼状态下会耗费氧气，因而假如能够检测大脑内氧水平的改动，人们也就能够间接丈量大脑活动。“咱们也能够运用相似红外光的前言，以一种非侵入性的安全方法来丈量大脑中的血液氧含量。这相似于核磁共振成像中丈量到的大脑信号，但运用的却是由消费级零件制成的便携式可穿戴设备。”

图示：Facebook的原型机

现在而言，相关的原型机体积巨大，速度缓慢，且不牢靠。但 Facebook 依然以为这种计划潜力很大。“尽管丈量氧含量或许无法解码幻想的语句，可是哪怕只是辨认出几个简略的指令，比方‘主页’、‘挑选’和‘删去’，都将为咱们供给一种全新的交互方法。”Facebook在文章中说到，这种计划的完成或许需求十年时刻。

应战重重

高辨识度的脑机接口无疑适当杂乱：它们有必要能够精确读取神经活动，还要找出哪些神经元在履行哪些使命。从过往研讨上看，硬件上的约束导致设备在触摸到大脑的多个区域会发生搅扰性瘢痕安排。

当然，跟着更为精密的生物相容性电极呈现，这种状况发生了改动。这种电极能够约束瘢痕安排的发生，能够精确地瞄准方针神经元，还能够运用像Ctrl-kit这样的非侵入性外围设备。但底子问题在于人们对大脑的大多数神经活动进程依然缺少了解。

比方在大脑的前额叶和海马体等区域，很少有神经活动是孤立的。大多数神经活动发生在大脑的多个不同区域，因而很难确认其信号。因为研讨人员没有破解大脑的编码，把神经脉冲转换成机器可读的信息方面也存在不少妨碍。比方说来自视觉的神经脉冲和人们在说话时发生的神经脉冲彻底不同，有时研讨人员很难辨认信号的起始点。

此外，Facebook们触及脑机接口技能的行为也引发了人们对隐私的进一步忧虑。“对我来说，大脑是全部自在的安全场所，”杜克大学(Duke University)神经伦理学专家妮塔·法拉哈尼(Nita Farahany)在承受采访时标明。“在没有任何保护措施的状况下，咱们行将跨过隐私的最终鸿沟。”

可是，这些应战和问题并没有阻挠Facebook、Neuralink、Paradromics、Kernel、Ctrl-labs等公司竞相追逐脑机接口商场。据Allied market Research估计，到2020年脑机接口商场的价值将到达14.6亿美元。有一件事是必定的：这些公司前面仍是漫漫上坡路。