解密马斯克「Neuralink」2022最新进展，一文带你深入了解 ...

郭联

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2019 年，该公司推出了第一个植入式脑机接口设备，该设备将 1,024 根电极线植入到大脑的某块区域，采集大脑活动的电信号，并通过无线传输的方式将信号传导到终端设备。
2020年，Neuralink 公布了硬币大小、电池供电的 N1 芯片植入计划，并展示了其成功采集了猪的大脑电生理信号。


2021年，Neuralink 展示了一只玩 “ Mind Pong” 的猴子。借助 Mind Pong，Neuralink 技术解码了猴子用来控制其手的大脑信号。


2021年，Neuralink 从Google、Vy Capital 和 OpenAI 研究实验室首席执行官Sam Altman 等投资者那里筹集了 2.05 亿美元。


01/ 概述 最早2023年6月有望开展人体实验
北京时间2022.12.01日上午10：30，马斯克在脑机接口公司Neuralink的活动上表示，正在努力为首次人体植入做准备，将会极为谨慎。目前已向FDA提交了大部分文件，大概需要6个月左右实现将硬币大小Neuralink设备的首次人体植入。
从2020年到2022年，Neuralink一直在改进这款产品，它包括一个便携式无线传感设备N1、电极，以及一个电极植入机器人R1。它可以执行外科手术以切开颅骨并不伤及硬脑膜，并将电极及N1传感设备植入大脑。
植入面向目标群体
在演讲中马斯克表示，Neuralink的目标是为大脑创造一个通用的I/O平台，可以帮助那些患有衰弱症，例如肌萎缩侧索硬化症 ALS或中风后遗症的人，能够通过意念来与人交流并完成日常交互。


02/电极
在电极方面，Neuralink在2022年的进展并没有很显著，仍然采用的是19年发布会中的Thread，主要的进展是在配合电极植入大脑的引针上（有点像缝纫机的引针），由于引针的大小会直接关乎对硬脑膜以及脑内血管组织的侵入受损程度，所以在过去的一段时间内，Neuralink主要对引针以及电极的制作工艺进行了优化，提高了产出效率以及测试验证周期。


但是，优化后的引针和电极在植入大脑后仍然存在一定的耦合问题，即引针会讲电极往后拉扯一定距离，为了解决这个问题，Neuralink专门研制了大脑模具进行测试。




03/ N1传感器

• N1 ASIC芯片
  

在过去的时间里，Neuralink主要优化了ASIC芯片的功耗，因此进一步增加了使用时间。

• 尖峰信号（Spike）检测器
  

优化后的检测器也进一步减少了数据处理的复杂性，降低了系统功耗。

• 下一代刺激芯片
  

在这场发布会上，Neuralink另外公布了当前正在研究的下一代4096通道的刺激芯片，不仅提升了刺激通道数量同时增加了单通道的刺激电压，以便更好的激活神经反馈区域。

• 嵌入式系统&元器件自动化测试升级
  

构造了云上软硬件一体的测试开发环境，同时提供了实时响应的设备健康健康状态监控平台（电池电量、电极接触质量等）

• 充电方案优化
  

之前的充电方案采用的是有线充电的方式，便携性较差，虽然也有无线充电的方案，但是充电效率较低。今年的发布会中，Neuralink迭代了它们的无线充电方案，不仅提升了无线充电效率，同时充电方式也更为灵活，发布会中演示了，当猴子在特定位置进食时，位于此处的无线充电装置即开始给N1传感设备进行实时充电。

• 量产准备
  

2022年~2023年，Neuralink准备构建大规模的集成测试系统，在这个服务架构下，能够支持成千上万植入式设备的自动化测试，提高了运维效率。


04/ R1植入机器
报告中展示了植入机器可以把几微米级别的像丝线一样的电极植入大脑，15分钟即可植入64根脑电极，可以精准避开大脑血管位置


不过新一代的植入机器人最有挑战性的是可以替代外科手术医生，直接进行开颅手术，这将进一步提升Neuralink N1传感器的植入效率。


Neuralink 还致力于将其大脑植入设备放置在离大脑更远的一层，即硬脑膜层的外侧，这样可以进一步避免对侵入式N1传感设备对大脑的影响。不过这需要对植入机器人的针和针转向系统进行重大改造，Neuralink目前正在进行升级。


05/ 6只猴子植入现状


BCI的脑机接口的最初目标是让患有运动感知疾病的人——如肌萎缩性侧索硬化症(ALS)或遭受中风后遗症的人——通过他们的思想进行交流。为了实现这个最终目标，Neuralink进行了一系列灵长类动物实验。而在2022 发布会上，一只猴子在它面前的屏幕上进行了“意念打字”的演示，可以看到，屏幕上缓缓出现了“welcome to show and tell”的字样。


这主要是基于“运动想象”的方式实现意念控制键盘输入。可以看到猴子正在临摹数字，而植入式设备将采集到的脑电信号解码到了对应的临摹数字，通过这样长期的训练，在脱离临摹这个运动后，猴子变可以紧靠意念实现数字的输出。


另外，在数据处理方面，Neuralink通过预处理数据输入深度学习网络输出猴子的字母输出以及书写方向输出，且转化效率从2021年的3.0的bit-rate到达2022年的7.1bit-rate。


可见，Neuralink设备将神经元信号转化为可以被计算机解释的数据。马斯克希望该设备有一天能成为主流，允许人类和机器之间的信息传输。他一直认为，人类只有在类似计算机的增强功能的帮助下，才能跟上人工智能所取得的进步。
Neuralink 已经跃跃欲试，将植入物瞄准身体的其他部位。除脑机接口之外，活动期间，马斯克还透露了除脑机接口之外的两大产品的工作。它正在开发可以植入脊髓并有可能恢复瘫痪患者运动能力的产品，以及一个视觉感应区的植入物，旨在改善或恢复人类视力。
01/ 脊髓的植入物
植入后有可能恢复瘫痪患者的运动能力。通过小猪的大腿刺激实验来验证了神经刺激运动系统。
首先，在猪的两条后腿部位安装了运动捕捉装置，并解码了髋关节(HIP)、膝关节(KNEE)、踝关节(ANKLE)的运动，同时记录了大脑神经信号（Cortex）以及脊髓神经信号（SPINAL CORD）


然后，当给猪两条后腿部位给与特定电刺激模式时，猪就会产生不同的运动模式




这项技术最终可能会帮助四肢瘫痪的人走路或使用他们的手。Neuralink 的方法不仅包括解码大脑的运动命令并将它们传导到腿部运动区域，以产生对应的反馈刺激信号，还包括采集来自这些四肢的感觉信号并将它们发送回大脑，以便大脑知道发生了什么。


02/视觉感受区植入物
植入后通过电刺激可以改善或恢复人类“视觉感受”。
Neuralink在猴子的视觉感受区植入了相应的N1设备，由于视觉感受区的神经活动由视觉输入反馈，例如下图，当某个区域出现视觉映像时，会在视觉感受区的某个位置产生对应的神经活动反馈。N1设备实时采集猴子的视觉感受区的神经电生理信号，当给猴子一个闪光信号时，猴子的视线便会向其移动（移动的路线通过眼动设备捕获），与此同时，猴子的视觉感受区将在具体的反馈点产生对应的神经活动信号，然后，再反向刺激产生反馈信号的视觉感受点，当刺激该感受野区域时，猴子的视线会向之前闪光的方向进行移动。Neuralink 希望这项技术能为盲人带来“视觉感受”。






第一代Neuralink技术使用1,024个电极，但Neuralink展示了拥有超过16,000个电极的下一代模型。如此多的细节将显着提高盲人所能看到的图像的保真度，可以将大脑中的视觉感应区理解为视觉像素区，我们可以直接将相机中获取的实时画面，转换为对应的像素点，并直接刺激对应的视觉感受野区域，以此让失明患者重获视觉信号。




Neuralink 并不是唯一一家尝试使用脑机接口进行创新的公司，与此同时，其他开发脑机接口的公司也在如火如荼地开展工作。其中之一，Blackrockh Neurotech，在 Neuralink 推出之前很久就在推动该领域的研究，现在正在等待 FDA 批准其商业 BCI。另一家公司Synchron也获得了突破性设备的称号，它已开始将电极植入患者体内以进行早期可行性研究。还有两家公司的目标是在 2023 年进行首次人体测试：Paradromics和Precision Neuroscience，这两家公司由 Neuralink 的创始成员之一 Benjamin Rapoport 共同创立。不过，Neuralink 在人体试验方面的缓慢进展并没有阻止它的发展。2021 年 7 月，该公司又筹集了2.05 亿美元的资金，远远超过流入其他 BCI 公司的资金。同时，相比其他公司，Neuralink的高性能N1传感设备及数据处理能力也是最瞩目的。在本次的发布会中，各方面的迭代并没有那么得明显，主要体现在了性能的优化以及制作工艺的优化上，同时又构建了大规模的集成测试环境，以及软硬件一体的云上协作方案，更有利于今后大规模生产环境的开展。


https://youtu.be/YreDYmXTYi4
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