图一：大脑内植入了neuralink公司的脑机接口设备的一头小猪（左上）及由脑机接口设备实时测量而得到的小猪大脑内神经活动（图片来自neuralink）
- 编者按 -
美国加州当地时间8月28日，埃隆·马斯克投资的neuralink发布了一个可植入颅内的无线脑机接口设备。马斯克表示，neuralink和脑机接口技术在治疗抑郁症、失眠、疼痛、癫痫、失明、失忆、中风等多种神经系统疾病方面的巨大潜能。神经生物学家饶毅对此评论说：这些潜能都是可以实现的，但前提是时间不是现在，人物不是马斯克。撰文 | 孙睿晨
责编 | 陈晓雪
美国加州当地时间2020 年8月28日下午，埃隆·马斯克投资的神经技术初创公司 neuralink 在公司位于加州总部召开发布会，并同步在网上进行了直播。继2019年7月的产品概念和模型发布会之后，这是该公司第二次召开与产品相关的发布会。在会上，马斯克本人带领公司团队展示了公司最新的产品技术：一枚硬币大小、可植入颅内的无线脑机接口设备（the link），一台可以完成自动将该脑机接口设备植入人脑的手术机器人，以及一头颅内植入了该脑机接口设备的行动自如的小猪。埃隆·马斯克是一位著名的连续创业者。他前瞻性地创立了 zip2, paypal，特斯拉，solarcity， spacex， hyperlook等企业。这些企业均在各自所在的行业里创造了巨大的价值。在马斯克的光环加持下，2016年创立的 neuralink 公司和它的最新植入式脑机接口设备自诞生起就受到了广泛关注。但是，从本次发布会所披露的信息来看，neuralink 公司的产品所应用到的技术均为目前已有技术。目前，脑机接口技术的瓶颈在于对神经元活动的准确快速的编码和解码。遗憾的是，在这次的发布会中 neuralink 并没有提及这方面的技术进展。
未提及向大脑输入指令这一动作
neuralink 公司创立时的目标，是实现超大通量的人脑与机器之间的双向信息交互。这涉及到从大脑读出数据和向大脑输入指令这两个动作。马斯克在现场向观众介绍了三只小猪。这三只小猪中的一只，其大脑在两个月前植入了 neuralink 公司的最新脑机接口设备。目前设备已经该小猪颅内正常运行两月余。另外两只小猪中，其中一只小猪的大脑中曾经植入脑机接口设备（后被移除）；另一只小猪的大脑没有被安装过脑机接口设备，作为对照。现场展示中，观众可以观看植入了 neuralink 脑机接口设备的小猪大脑内的神经活动实时信号。之后，马斯克通过视频展示了他们的团队可以将这些神经信号与受试者的行为数据结合，实现对小猪神经信号下一步的运动轨迹做出准确预测。这意味着他们已经能够从大脑中获取信息，并进行初步的信息解码。与此同时，他们通过这个实验也初步证明在受试者的大脑内植入该设备的安全性。现场一系列在双光子显微镜下拍摄的大脑荧光影像表明，该植入设备可以对大脑内部的神经元施加电刺激，引起局部神经元产生响应。但是，马斯克没有介绍刺激这些神经元，具体会导致受试者产生哪些动作行为、生理、心理上的变化。这意味着，在向大脑输入指令的这方面，neuralink 仍然在探索。
1024个电极通道与手术机器人是亮点
不过，此次展示的脑机接口仍然是有亮点的，那就是设备的体积虽小，但设计的电极通道更多了，达到了1024个，这意味着更小的大脑创伤的风险，却可进行更多的大脑活动监测。图二：neuralink公司自主研发的硬币大小的无线脑机接口设备（图片来自neuralink）脑机接口技术起源于上世纪七十年代 [1]。经过几十年的研究，面向运动功能的基于肌电信号的脑机接口技术（多用于假肢）已经有了长足的发展；以人工耳蜗为代表的面向感觉功能的脑机接口也大大改善了许多患者的生活。近年来，面向中枢神经系统的脑机接口逐渐成为大家关注的目标。 脑机接口技术可分为植入式与非植入式。neuralink 公司的产品设计属于植入式脑机接口技术。而该技术具有神经信号测量更精确、更实时的优点。另外，植入式脑机接口技术能够触及大脑深处的脑部组织，可对起源于这些区域的相关脑部疾病提供了可能的治疗方案。不过，目前已有的植入式脑机接口通常由金属制成、体积相较神经元更大，容易引起大脑内部的脑组织损伤，进而触发免疫反应与引起愈伤组织的形成（又称植入感染），而愈伤组织在大脑中可以引发癫痫。目前唯一被美国食品药品监管局批准、可长期植入大脑的微电极阵列，是美国犹他州 blackrock microsystems 公司生产的 “犹他” 式电极。这款微电机阵列最多允许同时装载128个通道（电极），可用于测量大脑中局部区域中多处神经元的电信号。neuralink 设计的植入设备有1024个通道（电极），大大多于 “犹他” 式电极的通道数。在发布会上，马斯克介绍：“如果你使用非常精细的电极，并且能够非常小心地将其植入大脑组织，（而）手术机器人一边这么植入电极时还一边对大脑组织拍照，这就能确保（在植入过程中）避开所有静脉或动脉血管，因此（植入我们的产品）不会产生任何明显的脑损伤。”
图三：neuralink公司自主研发的手术机器人（图片来自neuralink）但仅仅避开血管并不能避免植入感染—— 神经元的局部被破坏时，本来就会触发位于其附近的神经胶质细胞产生免疫反应。也就是说，即使是 neuralink 公司设计的这款设备，仍然有引起脑组织损伤、引发植入感染的可能性。图四：“犹他”式电极（图片来源：blackrock microsystems公司凯发游戏官网）
另外一个亮点则是 neuralink 能够在手术中准确避开血管的手术机器人。马斯克在介绍说：“我们的希望是使得这个机器人能够完成全套脑机接口设备植入手术，包括切开头皮，取下（植入部位的）头骨，插入电极，放入设备，完成缝合，然后病人就可以离开了。我们想要的是（这样的）完全自动化的手术系统。” neuralink 在去年发表的一篇白皮书中介绍了该手术机器人的部分技术细节 [2]。对于 neuralink 所展示的最新技术，清华大学医学院生物医学工程系研究员洪波博士评论说：植入上千根电极的手术机器人是一个很大的创新，而无线微型植入器件的工程突破也值得肯定。但是，从 neuralink 团队展示的信息看来，洪波表示，他们对于神经信息编码的研究还非常初步。“现场主要展示了神经放电可以预测小猪四肢运动能力，而这实际上是业内很成熟的运动信息脑机接口解码技术”，“从科学意义上评价，没有什么新意和突破。” 洪波向《知识分子》评论道。洪波的研究方向主要为人脑语言网络、神经编码以及微创脑机接口。他认为：“未来这个领域的发展，要重视神经编码机制的研究，不搞清楚大脑的编码， 相当于不理解大脑的“语言”， 也就不可能实现人脑和计算机之间的通信。”马斯克在发布会上表示，neuralink 和脑机接口技术在治疗抑郁症、失眠、疼痛、癫痫、失明、失忆、中风等多种神经系统疾病方面的巨大潜能。洪波认为，治疗这些疾病的可能还是马斯克的畅想。“据我了解，他们团队并没有开始这方面的严肃的研究。这些疾病的治疗研究一般要在人体验证，马斯克团队目前的脑机接口设备还不能开展人体试验。”他指出，其挑战主要是两方面：一是要解决人体试验的安全性问题，目前的微电极材料没有证明在人脑中可以长期安全；二是这些疾病的神经机制各不相同，需要在搞清楚发病机制的基础上，针对性地开发神经调控的编码，才能有效治疗。神经生物学家饶毅则直接指出：这些潜能都是可以实现的，但前提是时间不是现在，人物不是他（马斯克）。值得注意的是，马斯克在发布会开始时说到：“我们召开这次发布会的主要目的是招人，（而）不是拉投资。“马斯克在去年的发布会上也表达了同样的意愿。neuralink 公司成立以来总共获得了1.58亿美元的投资，部分资金来自马斯克本人。据stat的信息，neuralink 团队最初的八名研发人员中的六位已经离职 [3]。在团队内部，加快推出产品的美好愿望与进展缓慢的科研现实之间的矛盾一直存在。目前，neuralink 公司有近一百名员工。
参考资料
1. jerry j shih, et al. brain-computer interfaces in medicine. mayo clin proc. 2012 mar; 87(3): 268–279. doi: 10.1016/j.mayocp.2011.12.0082. elon musk, an integrated brain-machine interface platform with thousands of channels. https://www.jmir.org/2019/10/e16194/3. https://en.wikipedia.org/wiki/neuralink
