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盲人复明、瘫痪者站立:马斯克脑机接口的野心

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发表于 2022-12-6 10:00:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 顾汉现 于 2022-12-6 10:02 编辑

盲人复明、瘫痪者站立:马斯克脑机接口的野心

植入设备,还将面临这4大问题。

整理|陈耕霖

文中图片来源|视频截图

马斯克的脑机接口项目正在快速推进。

在22-12月1日的Neuralink“Show and Tell”活动现场,漆黑的展示屏上,正不断显示出向前滚动的绿色条码,像极了《黑客帝国》电影中由“0”和“1”组成的矩阵。在画面正中央正缓慢的闪出绿色的“欢迎来到展示和讲述活动”(Welcome to show and tell)一行字。

这一幕极具赛博既视感的画面是马斯克的脑机接口技术的最新成果。“这不是在模仿《黑客帝国》的屏幕保护程序,而是真正的神经元发出的信号。”马斯克强调。

“这是心灵感应打出来的字,是我们的猴子Sake用意念打出来的。”不过马斯克表示,现在它还并不能使用键盘,而是通过把猴子的“意念”转移到人为标示出的高亮按键上来生成文字,“我并不想夸大这件事,它现在还并不能真正拼写,这是我们下一阶段要做的事”。

Neuralink是一个由马斯克和八名联合创办者成立的美国神经科技和脑机接口公司,负责研发植入式脑机界面技术。马斯克曾表示公司的创办受到了的艾恩·班克斯(Lain M. Banks)的科幻小说《文化》系列中“Neural Lace”这一科幻概念的影响。

“Neural Lace”是指放置在大脑上并与之接触的小电子元件,能够与我们的思想连接。这一项技术可以改善记忆力,甚至可以将记忆发送到远程计算机来复制出数字记忆。

自从2017年成立以来,Neuralink并没有仅仅停留在概念上,实质动作连连。尤其从2020年的最近三年开始,每一年都会展示一项最新成果,去年展示的是“猴子乒乓”。

2020年8月,Neuralink展示了一头被植入Neuralink设备的猪,并且使用设备成功读取猪大脑活动。2021年4月,Neuralink发布了一段雄性猕猴Page的视频,它使用“意念”在屏幕上移动光标来接住来回弹跳的球,且并没有使用操纵杆。

而在这次会上,马斯克除了展示猴子使用意念来“打字”外,还宣布预计将在6个月内开展“无线大脑芯片”的人体临床试验:“我们已经将大多数文书工作提交给了FDA(美国食品药品监督管理局),我们先要尽一切可能、非常小心地来测试这些设备。”

在这次会上,马斯克声称脑机接口技术可能是未来人们面对AI(人工智能)风险的重要工具。而现阶段,Neuralink努力帮助脑损伤患者弥合计算机和人脑之间的差距,例如恢复视力和行动能力,这是可见的未来。

“让人类参与到AI之中,这是一个非常困难的问题。但现在,我们有信心可以成功解决许多脑损伤问题,以及脊柱损伤的问题。”马斯克表示。

以下是马斯克和团队其他成员发言,有删减:

终极目标是应对AI

Neuralink的最终目标,是建立一个“全脑界面”,在未来,它能够与你的整个大脑连接。而在短期内,它可以与你大脑的特定部分对接,并帮助那些生理功能丧失的人们。

我想先谈点未来目标,听起来会有点深奥,但它实际上是我的主要动机。我们该如何应对AI?如果我们拥有了超级数字智能,它将会比任何人类都聪明得多,我们怎样才能减轻这种风险?

我认为与AI共存的最大限制是带宽,即你能多快地与计算机互动。其实在某种程度上,我们都已是“半机器人”。你的手机和电脑,都是你自己的延伸。

如果你忘记带手机了,你还是会去摸口袋,这就像“肢体缺失综合症”。忘记带手机,就像是缺少了一个肢体,你已经习惯于和它互动。

那手机或笔记本电脑的限制是什么?是你可以接收和发送数据的速率,特别是你可以发送信息的速度。如果你与一个手机互动,它受限于你可以移动拇指的速度,或者你对着手机说话的速度。这是一个极低的数据速率,也许是10bit(比特)/s,乐观点说有100bit/s。

但计算机能够以每秒千兆位、万兆位的速度通信。因此,我认为这是我们需要解决的基本限制,以缓解AI的长期风险。不过这是一个复杂的过程、一个非常困难的问题。

植入芯片与操作机器人

我们的设备叫N1植入体,和一个硬币差不多大,在柔性薄膜上微加工而成。它有一千多个频道,可以完全植入,它没有电线,是无线的。手术后,植入物在皮下无法被看到。此外,它还有一个可以充电的电池进行无线充电。

你可以在家里进行植入。为了安全植入我们的设备,我们制造了一个手术机器人,我们称之为R1机器人。它能够操纵这些只有几个红细胞宽度的微小线,将它们可靠地插入运动中的大脑,并同时避开血管系统。但对于人工操作来说这非常困难,难度类似于取下一根头发,将其粘在保鲜膜覆盖的果冻上。

这就是它,我们的R1机器人。

从外面看,病人舒服地躺在病床上。从里面看,这就是我们所说的“目标定位视图”,你们看到的这个粉色的图片,代表我们想要插入电极的皮层表面。而黑色代表我们要避免的血管,我们打算对放置每个线程的位置进行数字标记。

使用这个机器人进行操作,整个过程需要64个线程,大约15分钟。并且我们一直在努力攻克从原型到生产的这个过程,此产品是这个计划的重要一部分。

在这个过程中,我们要做以下几个事情:钻开并切除颅骨,去除坚硬的脑膜外层,然后插入电极的细线,将植入物放入,缝合切口。就这样,你的皮肤下面有了一个植入物。

我们之所以在这部分使用机器人而不是神经外科医生,这是因为人力成本十分昂贵。培养一名神经外科医生需要10年甚至更长时间,大约每一百万人中有十个,他们很忙并且成本非常昂贵。

所以为了让我们能够负担得起,并且手术操作更加便捷,我们首先需要弄清楚一个问题:神经外科医生怎么同时监督多个手术?而LASIK之前的激光眼科手术就是这样,LASIK已经有30年的历史了而且还在继续发展。在一开始,激光机器人只做了它必须做的最基本的核心部分,其他部分由外科医生完成。但在后来它取代了医生的大部分工作。

我们所做的另外一件事就是完善我们的设备生产线。在奥斯汀的一家专门工厂进行大规模生产。在这里,我们的工程师既负责设计,又负责生产线上的操作,统筹操作和调试。这对于降低迭代周期时间非常重要。对于N1和R1这个产品我们最初的目标是帮助瘫痪的人,例如完全性脊髓损伤患者通过使用设备重获自由。在过去的一年时间里,这一直是公司的核心重点。

恢复视力与运动能力

我们最早想在人体实现的两个功能之一是恢复视力。

即便一个人从未有过视力,就算他生来就是盲人,但我们相信,仍然可以恢复视力,因为大脑皮层的视觉部分还在那里。所以,即使他们以前从未看过东西,我们也有信心能让他们看到。

我们通过向每个通道注入电流来刺激大脑中的神经活动。它可以让我们绕过眼睛在大脑直接显示画面。我们的设备拥有大量的电极,对于成像而言,电极越多成像密度就越高。

人类的视觉皮层是深埋在大脑内侧面的一个褶皱,叫做钙质沟。你的视觉是由许多微小的接受点组成的马赛克,每一个都属于你视觉皮层的一个细胞。

在我们的实验中,我们把设备插入到两只恒河猴的皮质中,来记录它们的视觉活动。我们训练猴子把视线集中在一个点上,并且奖励它们做出规定的视线移动。随着猴子逐渐熟练,我们通过电极刺激猴子的大脑,在头脑中生成类似的点,并且观察猴子实际做出的反应。

而这样的一个点,其实就是一个像素。而我们不断放大,产生更多的像素让它们覆盖整个视野,就产生了我们的“视觉假肢”效果,可以不用眼睛来感知到图像。

另外我们有信心的是,可以成功解决许多脑损伤问题,以及脊柱损伤的问题。

这里的猴子是“Sake”,它在键盘上打字,这是“心灵感应式”的打字。所以它并未实际使用键盘,它在用意念,将光标移到高亮显示的键上。

这一拼写的技术,可以运用在人的身上,比如四肢瘫痪,或上肢瘫痪的人。即便我们还不能做出脊髓信号装置,但现在他们可以移动鼠标光标,而且我们有信心,瘫痪的人虽然没有与世界沟通的其他接口,但他们会比双手健全的人,能够更好地控制手机。

对此我们正在为大脑设计专门的鼠标和键盘接口,而这将比在物理键盘上打字要快得多,也容易得多。例如斯坦福大学的一个研究小组想从书写字母的人的大脑活动中解码这些字母,使用这种方法他们能够加快打字速度,我们也开始了这个项目。

而读取来自运动皮层的信号将会比这更进一步。如果有人颈椎受损,然后将这些信号,桥接到位于脊髓的Neuralink设备上。我们确信,这将可以启用全身功能。所以尽管听起来很神奇,但我们有信心,因脊髓受损而瘫痪的人,可以恢复全身运动机能。

当你触碰一个物体时,你的感觉沿着脊髓向上进入大脑。但受伤时,这个联系被切断了。如果我们能把电极植入脊髓,我们可以刺激这些神经元,从而激活它们进行肌肉收缩和运动。

这是一只在跑步机上行走的猪,脊髓里也有一个植入体。我们可以通过这个设备传输神经数据,用这些设备来做实时的解码运动。这个是猪的髋关节,正在按照时间的序列移动。通过刺激关节和神经,可以产生不同的动作,我们可以记录这些运动的强度、力量和特殊性。通过解析这些记录,我们就能通过植入的N1芯片模拟大脑的信号,刺激身体的肌肉做出反应。

另外,你的触感将解码为真实的峰值,并发送到大脑中的N1设备中。刺激大脑的对应部分会引起知觉、触觉和本体感觉。而当我们闭合了这个循环,这两个循环放在一起,我们就能模拟身体移动的全过程。

植入设备面临的问题

第一,我认为植入设备的“隐匿性”很重要。

例如猴子意念玩“乒乓”游戏中的Page,它植入了Neuralink设备,但你看不到这个神经植入物。我们已经将神经植入物小型化了,它与被切除的头骨厚度是一致的。它类似于或Fitbit的智能手表,用智能手表取代了一块头骨。

第二,设备的可升级性也很重要。

我们的第一个投产的设备会类似iPhone1。但是现在苹果已经推出iPhone14了,你肯定不愿意脑子里安装的还是最初代的iPhone1,所以设备将具备完全可升级性和可逆性。你可以去掉设备,换成最新版,当因故停止工作时也可以替换修理,这是对Neuralink设备的基本要求。

现在Page和Sake,都升级到了我们最新版的植入设备。Page先植入了第一版设备,后来又升级到最新版了。这是一个非常好的迹象,它可以持续很久,并且没有观察到不良影响。

第三,充电是个问题。

我们完全可植入的N1设备,依靠电池持续运转。当电池快没电时,充电是通过无线电源传输来实现的。然而与许多消费电子设备不同的是,为一个完全可植入的设备充电十分困难。

尤其安全问题,大脑组织植入物的外表面不能升高超过2度。为了实现这些目标,我们的充电系统经过了几次工程设计。在2020年8月我们的演示猪被植入了第一代充电器,一个包括远程线圈和电池底座的电池包。如今这个技术有了进一步的提升。

现在我们来看看Page是怎么给它的植入物充电的,右边我们正在接收来自Page N1的实时诊断数据。当它爬起来坐下的时候,你可以看到充电器自动检测它的存在。并且在0到1的刻度上调节功率输出和电流大小。团队目前正在进行开发第三代充电器,努力减少控制延迟和改善热调节。

第四,原型的诞生很容易,但生产是困难的。

我常说,要把一个原型,变成安全、可靠的设备,有100到1000倍的难度。在各种情况下能工作、价格合理、依靠规模降低价格等等。有句老话说,1%的灵感加99%的汗水,但我认为,可能是有99.9%的汗水才行。有一个说起来容易,做起来难的最好例子:载人登月。去月球的想法很容易,但上月球很难。

我们一直在努力,准备进行首次人类测试,显然,在把设备植入人体之前,我们要非常小心,确定一切良好,我们已经将多数材料提交给了FDA。我想可能在6个月左右,可以在人体上进行首次Neuralink测试。

但正如我所说的,我们先要尽一切可能来测试这些设备,别说人体了,在动物实验前也要先做好准备。我们有一个假大脑模拟器,有点类似,也有纹路,用它模拟大脑,在我们想到将设备植入动物之前,就要先做所有严格的测试。

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