大脑如何连接机器丨混乱档案室【图文】

生死去来，棚头傀儡，一线断时，落落磊磊。

                                                  ——世阿弥

文｜树新蜂

1982年，科幻小说作家威廉·吉布森（William Gibson）在其小说《神经漫游者》（Neuromancer）中将人与工具的关系推演到了前所未有的境界。具体表现为，通过人脑与机器的神经链接，人们可以由此进入一个被称为赛博空间（cybersapce)的虚拟世界，为不同的利益集团提供信息网络技术上的服务来谋生，包括但不限于防卫、进攻、偷窃、伪造数据（听起来似乎很耳熟）。1996年上映的《攻壳机动队》（Ghost in the Shell）及千禧年上映的《黑客帝国》（The Matrix）皆由此演化而来。

其中神经链接的桥段被人民群众戏称为「脑后插管」。而在科学界，关于脑机神经连接的研究也一直是广大Geek们所心驰神往的项目，但在信息技术和材料技术得到爆炸性突破之前，一直停留在理论假想阶段。在进入21世纪后，各种脑机结合的尝试才有了可能性。例如以视觉诱发电位VEP（visual evoked potential），也就是捕捉大脑活动特征峰信号为基础发展的脑机交互。

2019年7月17日，Elon Musk公布了一项新的关于脑机接口的研究成果并表示有望将其商业化。

Elon Musk和他的Neuralink

Musk的团队选择了侵入式的连接交互技术（BIC, Brain-Computer Interface）：即向大脑内植入神经芯片和传感器等设备。

Neuralink的植入系统，包含芯片、薄膜和线

和其他研究团队的产品比起来，Musk的植入线采用了更加先进的技术，使得单线直径保持在4~6μm。相较于以往的30μm直径的单线，这有效降低了其对人脑可能造成的影响。同时，这套系统在96根「线」上分布着3072个电极作为信息采集单元，相较之BrainGate的128个电极，可传输更多的数据。

1.插入器用线程接近大脑代理。其中（i）为针和插管  （ii）为已经插入的线程。  2.插入器触及大脑代理表面  3.针穿透组织代理，将线推进到所需的深度，其中 （iii）为插入线程。4.插入器拉开，将线留在组织代理中。其中（iv）为插入线程。

Musk团队同时还研发了一台嵌入BIC用的机器——一台专用的神经外科手术级机器人。它能够在人的大脑中植入线时避开血管，避免可能引发的炎症和不良反应。上文提及，前端连接大脑皮层的部分实际上是一个采集点列阵，而且需要将其植入或者更确切的说「缝」进大脑，就好似缝纫机一般的运作。为了确保点位精确以及非常小的位移偏差，人手并不足以胜任这项工作，而只能由「高吞吐，晶圆级别的微生产工艺」的机器人来实现。

与Elon Musk的Neuralink初创公司有关的研究人员提出了一种类似缝纫机的系统，用于植入柔性电极，以建立大脑和计算机之间的通信链路。

​机器人电极插入器;插图中所示的插入器头的放大视图。A.加载针头针筒。B.低力接触脑位置传感器。C.具有多个独立波长的光模块。D.针式电机。E.插入时四个摄像头中的一个聚焦在针上。F.相机与外科领域的广角视图。G.立体摄像机。

Musk 团队为整套系统提供了一种定制芯片，能对数据进行更好的采集、处理、分析和放大信号等工作，且高度集成化，目前已经可以被整合进「N1传感器」产品中。尽管目前这套系统只能通过USB传输数据，但是Neralink总裁Max Hodak说道他们的最终目的是建立一个无线系统。

封装的传感器设备：图中A为个人神经处理芯片ASIC，能够处理256个通道的数据。这种特殊的封装器件包含12个这样的芯片，总共3,072个通道。B为聚对二甲苯-C衬底上的聚合物线。C为钛外壳（取下盖子）。D为用于电源和数据的数字USB-C连接器。

然而负责数据处理的N1芯片等后台在目前的方案中并不算是重点。真正的重点在于前端植入部分。

侵入式植入的难点自然是与生物性相容以及长期稳定的在定点接收数据。 因此一般方案会采用刚性材料。由于复杂的脑部环境反过来会限制这种方案的神经访问数量。而柔性材料在这方面有优势，通过利用一种主要基质和电介材料为聚酰亚胺的薄膜，把这些包含传感器的线缝在大脑的固定位置上。

螺纹植入和包装。A.一个示例围手术期图像显示皮质表面植入线和最小出血。B.长期植入大鼠中的包装传感器装置。

再在膜上用线布置密集阵列。每个阵列包含48根线，每根线有32个独立电极，以此确保单根线的横截面足够小。

新型聚合物探针   A：「线性边缘」探针，32个电极触点间隔50μm。B:「树」探针具有间隔75μm的32个电极触点。C.增加了面板A中螺纹设计的单个电极的放大倍数，强调了它们小的几何表面积。D.两种表面处理的电极阻抗分布（在1kHz下测量）：PEDOT（n = 257）和IrOx（n = 588）

想像一下，大脑就好像一块娇嫩的豆腐，如果你用手指这么粗的电极去插它，尽管因为够粗信息流够大，但是原本在它上面规划好的坐标点就会发生极大偏移；相反如果拿一排极为纤细的毛刷去插它，这种影响就会小很多。

泥鳅钻豆腐

目前，根据白皮书计划的内容来看，Neuralink已经进行了至少19次的动物实验，并且成功的设置了其系统，使得动物能够直接通过神经电流与机器进行交互。其宣称的植入成功率已经达到87.1±12.6%.

在发布会后接受采访时，一贯语出惊人的Musk甚至表示他们团队已经成功让一只猴子通过大脑来控制电脑。（This is a sensitive subject. A monkey has been able to control a computer with its brain)

Neuralink计划最早将在明年获得FDA的临床实验许可。临床实验的内容为，Nerualink将在瘫痪者的头骨上钻四个直径8㎜的孔并用机器植入整个收集处理系统，使得瘫痪者能够通过系统控制电脑和手机。

一项新的技术面世，不可避免的会遇到很多问题和挑战。

植入部分的材料在人体环境内的稳定性，耐久性，相容性仍然缺乏足够的证明。在植入后如果设备出现问题，要更换或是清除残留材料不完全，亦或是材料性质发生改变，生理性异变引起的堵塞和功能不全等。对公司而言的售后、维修、保修的服务，以及责任承担等法律问题，乃至个人所冒的风险更是难以估计。

目前的已有的案例，集中在一些具象化的课题描述上。比方说小鼠实验，本质上是替代眼手脚等对一些初级反应的替代，就好像你操控鼠标在图标上点来点去，但打字，输出语言图像那就完全是另一码事。而关于意识领域的很多细节，对于神经科学，我们仍然缺乏足够的认知。

如果成功突破上述的两个难题，神经接口的商业应用也许很快就会来临。那么「攻壳机动队」中不断被追问的「我是谁」，「我之所以为我，究竟仅仅是外部输入的信息构成，还是存在着超越物质和信息的灵魂或是本我？」这些问题将不再只是艺术家和科幻爱好者们的想象，或是某种空泛的哲思，而是成为现实中每一个人都需要面对的拷问。