昨天看完馬斯克的發(fā)布，回憶起了一堆賽博朋克電影，做了一晚上的夢(mèng)。
北京時(shí)間昨天下午，馬斯克再次交出了一份基于自己理想的答卷，而這次的項(xiàng)目換成了科幻感滿滿的腦機(jī)接口。
這份答卷主要?dú)w功于馬斯克所擁有的Neuralink公司，這家公司的宗旨十分簡(jiǎn)潔——“開發(fā)連接人類和計(jì)算機(jī)的超高帶寬腦機(jī)接口（Developing ultra high bandwidth brain-machine interfaces to connect humans and computers）”。
關(guān)于發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)的一些具體報(bào)道，網(wǎng)絡(luò)上已經(jīng)有不少了，在此不再贅述。本文旨在對(duì)Neuralink的新成果進(jìn)行更深入的分析，以及告訴你為何這是一次腦機(jī)接口的大突破。
先來劃重點(diǎn)
不賣關(guān)子，我們先來看它能成為大突破的幾個(gè)關(guān)鍵理由：
第一，Neuralink目前已經(jīng)成功將腦機(jī)接口的電極數(shù)目增加了30倍，空間維度的變化也有實(shí)際意義；
第二，Neuralink并沒有只瞄準(zhǔn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，其解決方案具有大規(guī)?；瘽摿Γ?/strong>
第三，也是最關(guān)鍵的一點(diǎn)，Neuralink目前的這套解決方案是“可演進(jìn)”的。
接下來，我們?cè)賮碇鹨簧钊敕治觥?/p>
接口性能上的飛躍
腦機(jī)接口的最終目的是要將以細(xì)胞為基礎(chǔ)單位的大腦，和以晶體管為基礎(chǔ)單位的電腦連接起來，所以兩者之間必然需要一個(gè)關(guān)鍵的接口。扮演這個(gè)角色的就是“微電極陣列（MEAs）”，這些微電極能夠感應(yīng)神經(jīng)細(xì)胞之間的神經(jīng)電信號(hào)，充當(dāng)連接神經(jīng)元和電子電路的神經(jīng)接口。Neuralink本次在這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)上也有創(chuàng)新。
傳統(tǒng)來說，“微電極陣列”分體內(nèi)體外（根據(jù)電極位置劃分；體外主要針對(duì)組織研究，而不是活體），而體內(nèi)微電極陣列則主要有“微導(dǎo)線”、“硅陣列”、“柔性陣列”三種。
而Neuralink最終選擇的方案其實(shí)是“硅陣列”+“柔性陣列”的組合：外觀與電極排列方式上和“硅陣列”中的“密歇根陣列”相似，都是沿著一條直線，間隔一定距離分布；材料采用柔性陣列的聚酰亞胺和鉑，制作方法更是直接采用了芯片制造中的光刻技術(shù)。
最終的結(jié)果是，Neuralink的“微電極陣列”在自身直徑大約30-40微米，實(shí)現(xiàn)單根陣列布置64個(gè)電極。因?yàn)轭^發(fā)直徑一般是80微米左右，你最終看到的Neuralink微電極陣列就像一根根“頭發(fā)絲”。
這也是為什么在現(xiàn)場(chǎng)的演示中，你會(huì)看到這些電極植入之后的效果就像“種頭發(fā)”一樣。
但你千萬不要因?yàn)椤邦^發(fā)絲”不起眼就看不起它，雖然它比起傳統(tǒng)的微電極陣列小許多，但是因?yàn)殡姌O線性排布、且數(shù)量很多，反倒能夠構(gòu)建起一個(gè)密集的立體電極網(wǎng)絡(luò)。這一點(diǎn)完全可以超越傳統(tǒng)的二維微電極網(wǎng)絡(luò)，也必將幫助科學(xué)家采集到更多有用的神經(jīng)電信號(hào)。
最后是微電極陣列整體尺寸的縮小和集成度提升，無疑會(huì)直接給腦機(jī)接口的部署帶來好處，最關(guān)鍵的是減少對(duì)于腦部的傷害，讓電極裝置的壽命盡可能長。這一點(diǎn)對(duì)于未來極有可能真的植入人腦的裝置來說，顯然是非常關(guān)鍵的。
機(jī)器人圖的不是酷炫
“縫衣機(jī)器人（sewing machine）”也是Neuralink發(fā)布會(huì)的一大亮點(diǎn)，一針一針植入微電極的動(dòng)作的確很像在縫衣服
那么上面的微電極“頭發(fā)絲”是怎么被送入大腦的呢？這就不能不提微電極的另外一個(gè)“微結(jié)構(gòu)”：頂端的拉環(huán)。負(fù)責(zé)刺入大腦的針尖先會(huì)穿進(jìn)這個(gè)環(huán)，然后通過這個(gè)環(huán)拽著整根“頭發(fā)絲”一起進(jìn)入大腦，到達(dá)指定深度之后，針就會(huì)往回抽，然后把“頭發(fā)絲”留在大腦之中。一根“頭發(fā)絲”只需要一次穿刺，傷口自然就最小。
而整臺(tái)“縫衣機(jī)器人”本質(zhì)上更接近于一臺(tái)配備了很多影像捕捉設(shè)備的高精度機(jī)床。在它之上，會(huì)一氣呵成完成數(shù)個(gè)步驟。包括在植入之前要用激光切出硬腦膜，提供植入切口。
機(jī)器人的高精度對(duì)于微電極的植入也非常重要，一來微電極本身是非常纖細(xì)，受力過大可能會(huì)斷掉，通過機(jī)器植入基本不會(huì)發(fā)生這種問題。二來未來如果人們對(duì)于大腦的了解進(jìn)一步加深，那么腦機(jī)接口的部署位置也將會(huì)逐步明確下來，高精度的放置能力其實(shí)能夠在一定程度上確保腦機(jī)接口的作用效果。
根據(jù)發(fā)布會(huì)上公布的信息，這個(gè)機(jī)器人10秒鐘就能夠完成一根“頭發(fā)絲”的植入動(dòng)作，這個(gè)速度也相當(dāng)關(guān)鍵，因?yàn)殚_顱、頭部植入這樣的手術(shù)本身就自帶比較大的風(fēng)險(xiǎn)，手術(shù)速度越快其實(shí)意味著風(fēng)險(xiǎn)越低。
半導(dǎo)體技術(shù)是腦機(jī)接口的命門？
雖然是微米（um），但想要制造出這么復(fù)雜的微電極陣列技術(shù)含量還是很高的
在本次Neuralink公布的論文中，有公布詳細(xì)的“微電極陣列”制造步驟，雖然跟芯片存在很大差別，但是它的確是在晶圓上用光刻技術(shù)制造出來的。這也是為什么Neuralink的“微電極陣列”可以做的這么小。
但以最終“微電極陣列”30-40um的直徑來看，顯然還不是當(dāng)下半導(dǎo)體技術(shù)的極限，假如相應(yīng)的材料的性能足以滿足、又或者是出現(xiàn)全新的材料，“微電極陣列”完全有可能會(huì)變得更小，而這些“微電極陣列”的植入密度也有希望進(jìn)一步提升。
左邊一塊一塊的黃色方塊區(qū)域，都是數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊
在腦機(jī)接口中，半導(dǎo)體還有另外一個(gè)重要角色：芯片需要把大腦中的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變成計(jì)算機(jī)可以處理的二進(jìn)制信號(hào)。
數(shù)千個(gè)信號(hào)源的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片并不常見，這也是為什么Neuralink最后選擇了自研配套芯片。發(fā)布會(huì)上公布的ASIC芯片顯然就是專門設(shè)計(jì)的，用來將大腦信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的處理單元，占據(jù)了絕大部分芯片面積。
根據(jù)Neuralink公布的信息，單是這樣一顆芯片就足以處理1024個(gè)腦部微電極的信息，而這樣的芯片卻只要6.6uW，一節(jié)5號(hào)電池（1.5V、2000mah）就能用上4個(gè)月。
從最后的結(jié)果來看，在微電極陣列和腦信號(hào)處理器這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，半導(dǎo)體技術(shù)的角色都相當(dāng)重要。更新的制程和制造技術(shù)不僅能夠幫助微電極陣列做的更小，腦信號(hào)處理器也能夠變得更強(qiáng)、更省電。
持續(xù)演進(jìn)，重中之重
持續(xù)演進(jìn)，其實(shí)也可以看作為“追趕”。
傳統(tǒng)腦機(jī)接口之所以發(fā)展不起來，一個(gè)關(guān)鍵的原因就在于相比人類大腦，傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)的尺寸單位還存在比較大差距。就例如1991年就已經(jīng)誕生，沿用至今的“猶他陣列”，2毫米邊長的正方形底座上雖然放上了100多個(gè)電極，但這個(gè)密度相比人腦中的860億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，真的是“小巫見大大大巫”了。
這就好比你非要拿著原始人的石斧，卻非要去造一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)一樣。
而這次Neuralink公布的微電極陣列雖然兩個(gè)電極距離相差還是超過100um，但總算是開始比較接近實(shí)際的腦細(xì)胞大小了（神經(jīng)細(xì)胞大概10-15um）。換言之，至少在“細(xì)胞-機(jī)器”的這個(gè)神經(jīng)傳遞過程中，兩邊終于有希望在同一個(gè)尺寸度量下進(jìn)行“信息交流”了（單向交流為主）。
這種進(jìn)展大概率會(huì)拓展人類對(duì)于大腦的了解，這不僅將會(huì)利于腦機(jī)接口進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)還將推動(dòng)腦部疾病、人工智能等一系列技術(shù)的發(fā)展。
可這還不是終點(diǎn)，因?yàn)樽钌衩氐倪€不是神經(jīng)細(xì)胞，而是神經(jīng)細(xì)胞之間如何傳遞信息。根據(jù)科學(xué)研究，單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞可以有多達(dá)10000個(gè)突觸連接到別的神經(jīng)細(xì)胞。想要充分理解數(shù)目如此龐大的突觸如何工作，顯然這次的Neuralink腦機(jī)接口顯然還不能完成這個(gè)任務(wù)。至少再提升2-4個(gè)數(shù)量級(jí)，或許才有希望完成這個(gè)終極任務(wù)。
不過工具總歸是工具，860億個(gè)腦細(xì)胞、860萬億個(gè)突觸所對(duì)應(yīng)的復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將會(huì)消耗人類多少人力物力才能探明？在探明之后又應(yīng)該如何規(guī)范、進(jìn)行利用？這些都是需要在時(shí)間中解決難題，現(xiàn)在來恐懼還太早了點(diǎn)，不妨讓“硅谷鋼鐵俠”再搗騰下吧。
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