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解读Neuralink最新脑机接口设备，3年内实现“人机共生”真有可能？

晰数塔互联网快讯
2020-08-31 19:19

马斯克宣布，他要在2023年将Neuralink的侵入式脑机接口产品推向市场。

换句话讲，人脑被改造成“主机”的时代可能不远了。

从2016年在美国加州成立Neuralink开始，马斯克就在改造人类大脑的路上的越走越远。而他所借助的产品，就是一片可以植入大脑并且读取数据的芯片，以及一台配套的手术机器人。4年以来，马斯克的实验从老鼠、到猴子、再到猪，一步一步接近了“入侵人脑”的梦想。

Link V0.9

就在8月29日，马斯克再次更新他的实验进展——Neuralink成功将直径23mm的芯片（Link V0.9）植入了猪脑，并且实现了神经信号的读取及写入。在发布会上，马斯克带来了三只小猪进行对比：

第一只猪猪没有植入脑机接口设备，它非常快乐；

第二只猪猪曾经被植入过脑机接口设备，之后被取出，它现在也很快乐；

第三只猪猪现场佩戴着脑机接口设备，在被拆除了设备之后送入小黑屋观察。为了证明猪猪是不是真的快乐，马斯克还现场展示了猪脑电波——信号快速波动，并伴有叮叮咚咚的声音，马斯克说：“这是一只植入Neuralink设备两个月的、健康快乐且热爱生活的猪”。

猪的脑电波

不过话说回来，猪脑和人脑构造毕竟不同，猪很容易高兴，人就未必了。

尽管马斯克透露，Neuralink将在2020年第二季度完成人体实验，2023年推向市场，但美国FDA（食品药物监督管理局）似乎并没有放低门槛；此外，不少围观学者表示，侵入式脑机接口要真正落地还早得很，不过马斯克的那台手术机器人确实厉害，没准可以先一步商业化造血。

侵入式脑机接口用于医疗，人工智能比人脑厉害

在人的头上挖一个洞，把芯片放进大脑之后再缝合，马克思没有跟你开玩笑。

Neuralink成立之初的目标就是辅助脑病的治疗，对于瘫痪、中风、老年痴呆等患者来说，无法精准传递意志并且完成动作是一件非常痛苦的事情。但是，新的医疗手段从诞生到落地何其漫长，脑机接口在被马斯卡发扬光大之前，其实已经默默地走过了30多年的征途。

我们先来梳理一下脑机接口的原理和发展史。

脑机接口（brain-computer interface，BCI），是指在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备间建立的直接连接通路。人类一方面可以将大脑信号转化为机器可识别的信号，实现对机器的有效控制；另一方面也可以接收来自机器的反馈，从外部实现对大脑的干预。

脑机接口技术的核心在于对脑电波的读写，而脑电波是在1924年，被德国精神科医生汉斯·贝格尔发现，直到20世纪90年代末期，利用设备读取脑电波的技术才逐渐应用于临床。

按照技术路线划分，脑机接口的实现分为侵入式和非侵入式。侵入式设备需要通过手术，将芯片植入大脑；而非侵入式设备则是依靠在头皮上部署密密麻麻的电极读取数据。此外，侵入式和非侵入式所读取的信号以及信号精准度也有很大差别——侵入式是Spike信号、非侵入式是EEG（脑电波）；侵入式是神经元直接放电、非侵入式是一个多源混合信号，所以不如侵入式精确。

对于医疗用途来说，精准读写大脑信号尤为重要，因此，侵入式设备成为优选路线，这也解释了马斯克为Neuralink选择的发展方向。

由于脑机接口的研究涉及神经科学、认知科学、神经工程、材料科学、人工智能等多个学科。如何顺利读取大脑信号、被机器理解并反馈至大脑，产品如何实现工程化并通过临床检测，每个环节都极具挑战。因此，到目前为止，大多数产品还处在测试状态。

2005年，Cyberkinetics 公司经过美国 FDA 批准，在九位病人身上开展运动皮层脑接机口临床实验；

2014年巴西世界杯上，一位凭借脑机接口，佩戴着外骨骼的病人从轮椅上站起来提了第一脚球，脑机接口的热度从此一发不可收拾。

实际上，在2019年7月，马斯克宣布Neuralink与加利福尼亚大学合作，在猴子身上实验并取得了乐观结果之前，斯坦福大学神经修复植入体实验室已经先一步在2016年9月，用猴子大脑配合计算机，在一分钟之内打出了一段话：

“To be or not to be, that is the question.”

这些科研人员对脑机接口的狂热动力，除了来自造福人类的伟大理想之外，还有对人工智能的莫大信心。

马斯克曾在2019年世界人工智能大会上提到，未来科技的发展会超越人类理解他的能力，大部分人低估了人工智能，其实人工智能可能比最聪明的人更聪明。不过，马斯克始终坚持，人类需要与人工智能结合，成为半机械人，才能对抗人工智能带来的生存威胁。

Neuralink并无实质性进展，手术机器人有机会先落地

关于马斯克打算在2023年将脑机设备推向市场，行业人士对此并不乐观。但是Neuralink之所以受到高度关注，是因为马斯克展示了Neuralink产品工程化的能力，并且产品更加小巧，植入过程也更加精简，这已经让业内绝大多数对手望尘莫及。此外，马斯克宣城未来要将产品价格降低至几千美元，也使得脑机接口这种科幻产品变得更加亲民。

首先我们来看看Neuralink设备这几年来的变化，最明显的三点在于：

1. 芯片体积缩小，并且可完全植入，不再外露。

Neuralink上一版设备

Neuralink最新设备的植入过程

2. 芯片续航时间延长到24小时，且支持无线充电，大概率是靠蓝牙通信。

3. 手术机器人大大改进，可在1小时内自动植入上千根电极丝，并且无需麻药。

Neuralink最新版手术机器人

马斯克在发布会展示的产品的确惊艳全场，此次Neuralink设备最大的突破在于产品外形以及植入方式的改善，这的确足够激动人心。因为，相比于之前的外接设备来说，完全植入可以保护大脑的封闭性，减少来自外部感染风险，并且便于移动。

但停留在物理层面的改进是远远不够的，正如脑机接口的目的是在于治疗，这就注定了产品要经历更为长久的临床实验以及后期来自市场接受度的考验，要实现真正的突破，马斯卡还要克服至少以下两点：

神经信号解码：此次发布会并未展示设备在神经信号解码方面的突破，只是简单演示了小猪四肢运动和脑内神经放电的关系，并且活体神经元经电刺激之后的放电反应也并不新鲜。要真正应用在人脑上，实现意识上传和正确解读还有很长的路要走

设备对人体的损伤未知，FDA尚未批准：将芯片植入大脑，放进去只是开始，真正的风险在植入后人体可能存在的排异、感染反应，以及芯片运转带来的散热和其他不稳定性因素。到目前为止，Neuralink尚未获得FDA批准植入人体，就连目前FDA唯一批准用于临床的脑电采集微电极“犹他阵列”都令人头皮发麻。

犹他阵列

所幸Neuralink的电极材质相比于钢针般的“犹他阵列”要柔和许多。马斯克采用柔性聚合物材质制造的探针直径仅为人类头发的 1/3，灵活柔软。并且柔性聚合物导致的损伤和排异反应较少，的确能在人体内维持更长时间。Neuralink的手术机器人可以每分钟自动在大脑植入 192 个电极，同时自动避开大脑血管，不伤害大脑神经元。相比于落地可能遥遥无期脑机芯片，或许马斯克有机会在短期内靠这台手术机器人造血回本。

脑机接口突破遭遇瓶颈，国内市场尚未打开

与国外相比，国内在脑机接口的研究上要含蓄很多。

马斯克采取的是侵入式脑机接口，主要面向医疗用途，研发投入大且验证周期长。相比之下，国内研发人员更愿意走温和一点的非侵入式路线，不需要打开大脑，只需在头皮上外接电极装置读取数据即可，其产品的应用也多是在消费级市场，例如催眠、意识训练、保健、娱乐等场景。

由于侵入式和非侵入式技术路线的对应市场不同，谈不上那种技术更优越，因此，创业公司们将注意力放在了产品的商业化层面。

然而到目前为止，即使是安全性更高非侵入式脑机接口设备，也尚未出现大规模落地的产品。这一方面是脑机设备尚不能很好的读写大脑信息，产品易用性不佳；另一方面也有市场接受度的问题。目前大部分公司的设备需要在头部贴满电极片，看上去就像头盔。例如，前端时间登陆市场的BrainCo教育头环，虽然看上去轻巧了许多，但还是遭到很多用户的质疑，被认为是给孩子戴上了“紧箍咒”，并且仅靠提示灯颜色和亮度来判断用户注意力强度并不准确。

非侵入式设备

BrainCo赋思头环

与非侵入式设备相比，国内研发侵入式产品的公司更是少之又少。除了技术和资金方面的限制，国内医疗市场的接受度差以及高准入门槛都是难题，没有几个患者愿意将自己的大脑开放给实验，传统的文化观念在短时间也难以接受改造人脑的新观念。因此，国内只有少数具备医疗背景的团队或者高校在默默推动研发。

结合技术发展程度和市场推动力来看，以Neuralink为代表的国外公司暂时领先全球。不过，国内近期也出现了有望成为马斯克对手的公司——NeuraMatrix。

这家来自清华的团队认为，国内脑机接口技术之所以发展滞后，很大程度上是由于缺乏底层开发技术，太多人将注意力放在了上层应用搭建上，但是没有几家公司能够自研芯片，如果底层开发能力，需要高价进口核心元器件不说，上层的应用扩展能力也会受到限制，实际上是造成了恶性循环，这是整个行业目前面临的问题，也是市场上绝大多数应用产品“青黄不接”的根源。

能够在脑机接口领域做底层技术的公司并不多，除了Neuralink，还有美国的Kernel、Paradromics等。这些公司或机构借助侵入式设备来完成大脑与机器之间的信息传递。不过，受到目前技术发展程度以及人脑复杂性的客观条件限制，以下两大因素成为了技术突破的关键点：

拓宽大脑信道：充足的数据量永远是基础。Neuralink利用神经织将密密麻麻的电极附着在人脑上，就是通过增加电极数量来解决增加信息量的问题。从这一点来看，马斯克的柔性材料的确有望通过FDA审核，代替犹他阵列成为新一代电极材料。但在这之后，机器如何分析并准确读懂人脑的意志，还是一大难关。目前的技术还只停留在浅层信息读取或者人机简单互动，例如抓握物体，缓慢的四肢移动等，要实现意念自由传递并灵活操作外接设备为时尚早。

保证设备的安全性。目前为止，脑机接口还停留在动物实验状态，也就是说，在临床通过之前，谁都不能保证设备的可靠性。这除了要靠研发公司的技术进步，更重要的是相关机构开放人体实验的门槛。不过，从大的趋势上看，NeuraMatrix也主张双向、无线的交互技术，这一点与马斯克相吻合，只是国内目前尚未出现可完全植入头皮的芯片。毫无疑问，马斯克引领了侵入式脑机接口的发展方向。在此之后，如果Neuralink顺利通过FDA人体实验的审核，即使找到愿意接受实验的样本，其产品植入后的观察周期还将以年为单位，如果这一切都在理想状态下进行，马斯克倒是有望在3年内完成产品验证，只是不知，当这样的产品真正开放到普罗大众面前时，会有多少人为其买单。

总而言之，马斯克的Neuralink展示了强大的工程能力，交出了产品，那么大众也会相信他具备取得突破性成果的能力，更多的还是时间的问题，马斯克无疑打开了未来之门。