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2023-07-20
2023-07-20
5月26日消息，由伊隆·马斯克（Elon Musk）共同创立的神经科技初创公司Neuralink周四宣布，它已获得美国食品和药物管理局的批准，可以进行首次人体临床研究，Neuralink正在构建一种名为Link的大脑植入物，旨在帮助严重瘫痪患者仅使用神经信号控制外部技术。“这意味着患有ALS等严重退行性疾病的患者最终可以通过移动光标和用思想打字来恢复与亲人交流的能力，这是Neuralink团队与FDA密切合作的令人难以置信的工作的结果，代表了重要的第一步，有一天我们的技术将帮助许多人。”该公司在一条推文里写道。
在最新公布的消息中，Neuralink宣布取得了令人振奋的突破性研究成果，推动了脑机接口（BMI）技术迈入了新的里程碑。这些重要的研究进展将为未来的医疗和科技领域带来革命性的变革，有望改变人类与计算机以及其他智能设备之间的交互方式。
Neuralink成立于2016年，由科技企业家伊隆·马斯克（Elon Musk）创立。该公司的目标是开发出一种可植入人脑的脑机接口技术，将人类大脑与计算机和其他外部设备实现高效和无缝连接。其愿景是帮助人类克服神经系统相关的疾病，并推动人机交互方式向前迈进，以实现更高效、更直接的交流方式。这家公司正在开发微创大脑芯片，并希望用它来帮助残疾人恢复视力和行动能力。Neuralink公司日前宣布，开展首次人体临床研究已获得美国食品和药物管理局的批准。
Neuralink最初于2020年首次在猪身上展示了其“N1 Link”的无线版本。其中，所述植入物可以传输神经数据以追踪肢体运动。不久后，这家公司又展示了将神经植入物在灵长类动物身上的效果，特别是允许一只猕猴测试对象通过意念来开玩《Pong》。N1 Link主要密封在一个生物相容的外壳之中。团队表示，这种外壳能够承受恶劣的生理条件，而且由定制的手术机器人植入，从而确保了64根柔性线缆的准确和有效放置。另外，所述植入物由一个小型锂电池供能，并可以使用一个紧凑的感应充电器进行无线充电。据称，设备包含定制的低功耗芯片和电子设备，可以处理神经信号并将其无线传输到Neuralink应用程序。
Neuralink目前的重点是支持四肢瘫痪人员利用意念控制电脑和移动设备。在展望未来时，团队希望该技术可以恢复患者的视觉、运动功能和语言等能力，并最终扩展成改变我们体验世界的方式。
Neuralink团队在其最新的研究中取得了以下关键方面的突破性成果：
1. 突破性的脑机接口系统
Neuralink公司成功地开发出一种新型的脑-机器接口系统，这项技术被称为“N-link”。N-link采用了一种名为“NeuraLace”的柔性电极阵列（见图1），这种丝非常细而柔软，宽度大概只有4μm～6μm，内含金电极覆以多聚体绝缘层，每个电极都在丝外伸出一小片以接收信号，这些小片沿丝排列成一串。与目前脑机接口通常所用的电极相比，这种电极非常柔软，能随脑的微小活动而活动，因此对脑造成的损伤较小。同时，与目前一般所用的多电极阵列中的电极数相比，多"丝"电极阵列的电极数提高了一个数量级，每个阵列的96股丝中多达3072个电极。能够在大脑皮层的特定区域非侵入性地植入电极。这一技术的突破之处在于它能够与大脑的神经元产生更加密切的接触，提高了信号传输的效率和准确性。与传统的硬性电极相比，NeuraLace的柔性设计降低了植入过程中的风险，并提高了植入设备的耐用性。
图1 柔性的多"丝"电极阵列
2. 植入电极手术机器人
电极丝既细又柔软，而且数量众多，需要在短时间内准确植入脑内，要靠手工植入显然是不可能的。马斯克的团队开发了一种像是把显微镜和缝纫机结合在一起的神经外科手术机器人（见图2）。该机器人具有自动植入模式，每分钟最多可以植入6根丝（192个电极）。每股丝都能以微米级的精度单独植入脑中，并得以避开表面血管，瞄准特定的脑区。虽然整个植入过程可以自动进行，但外科医生依然保留了完全的控制权，如果需要，可以在每次植入皮层之前对电极丝的位置进行手动微调。利用该系统，团队在19次手术中取得了87.1±12.6％（平均值±s.d.）的植入成功率。
图2 神经外科手术机器人
机器人电极插入器：插图中显示了插入器头部的放大视图。 (A) 装载的针夹插卡。 (B) 低压接触式脑位置传感器。 (C) 具有多个独立波长的光模块。 (D) 针头马达。 (E) 四个摄像头之一，用于对插入过程中的针进行聚焦观察。 (F) 具有手术区域广角视图的摄像头。 (G) 立体摄像头。
3. 可植入芯片
Neuralink的第三项成就是开发出一种可植入脑机接口的芯片（见图3）。电极阵列被封装在一个小型的可植入设备中，其中有一块低功耗的定制芯片，可对3072个电极上记录到的信号进行放大和数字化。整个3072个通道封装后只占用不到（23×18.5×2）mm3的体积。一根USB-C电缆就能传送所有通道同时记录到的数据。
图3 可植入脑机接口芯片
(A) 单独的神经处理应用特定集成电路，能够处理256个数据通道。这个特定的封装设备包含12个这样的芯片，总共有3072个通道。 (B) parylene-c基板上的聚合物线缆。 (C) 钛合金外壳（盖已取下）。 (D) 用于供电和数据传输的数字USB-C连接器。
马斯克团队已把这套系统安装到大鼠脑中（见图4），读取3072个电极的信息，这比目前在人脑中埋置的脑机接口至少要高出一个数量级。后来他们又将类似系统应用到猴子上，实现了猴脑控制计算机。
图4 安装在大鼠身上的封装传感器设备System B
目前已开发成功的原型机传输脑信号时，只能使用安置在动物头上的USB接口，相当不便。因此，下一步目标就是实现无线传输。
Neuralink把拟议中的无线传感器称为“N1传感器”。他们打算植入4个N1传感器，其中3个在运动区，1个在体感区，这样不仅能用脑信号控制外设备，而且还能接受感觉反馈，实现脑与外部设备之间的双向通信。传感器将与安装在耳后的外部设备实现无线连接，可通过手机应用程序进行控制。公司认为这样能够较快地帮助人类解决一系列医疗问题，并希望在2020年底之前在5名瘫痪患者身上进行测试，观察该技术能否帮助患者用大脑移动鼠标光标并打字。新冠疫情当前，公司向美国食品与药物管理局（FDA, U.S. Food and Drug Administration）申请的许可能否获批尚不得而知。
目前在安置这套系统时，外科医生必须在头骨上钻洞才能植入线头，会给病人带来不适。公司希望将来能使用激光束在头骨上打出一系列微小的孔洞，并能像目前的激光治疗近视手术那样自动、无痛和便捷。
图5 线缆插入位置与光栅图
设备允许记录分布在多个脑区和大脑皮层层次上的广泛神经活动。图5左图：线缆插入位置（用彩色圆圈表示）显示在渲染的啮齿动物大脑上。图5右图：同时记录的1020个通道的光栅图，按线缆排序（颜色对应插入位置）。插图：来自单个线缆的尖峰放电的放大光栅图。
Neuralink的这一系列重要研究成果将推动大脑-机器接口技术进入新的发展阶段。随着这项技术的不断完善，科学家和工程师们相信，BMI技术有望在未来几年内实现临床应用，为那些患有神经系统疾病或身体残疾的患者带来新的康复机会。此外，该技术还将为普通用户提供更先进、更高效的人机交互方式，从而改变人类与技术互动的方式。
Neuralink公司表示，他们将继续在技术研发和安全性方面进行投入，与科学界、医学界和监管机构密切合作，以确保该技术的安全性和可靠性。随着技术的不断进步，Neuralink将努力推进脑-机器接口技术的商业化，并让这项科技的潜力得到最大限度的发挥。
[1]Musk E. An integrated brain-machine interface platform with thousands of channels[J]. Journal of medical Internet research, 2019, 21(10): e16194.
[3]https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/4/438230.shtm
[4]http://5gcenter.people.cn/n1/2020/0902/c430159-31845873.html
[5]https://www.businessinsider.com/neuralink-elon-musk-microchips-brains-ai-2021-2
[7] https://www.jiqizhixin.com/articles/2021-04-09-4
[8] https://mp.weixin.qq.com/s/HepLuDxbawQCwBxoFhsLQQ
[9] https://mp.weixin.qq.com/s/MKeU-tfGOyFoFyiiJyGSww
撰稿：陈焕培
审稿：梁艳
