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哈佛专家披露:马斯克侵入式脑机接口技术的三大局限

哈佛專家披露:馬斯克侵入式腦機接口技術的三大侷限

新智元 ·  2020/09/16 10:42

來源:新智元

作者:韓璧丞、楊錦陳

8月底,馬斯克和三隻小豬的發佈會震驚了腦科學界。而對於馬斯克發佈的侵入式腦機接口技術的進展和侷限,哈佛大學腦科學博士、BrainCo創始人韓璧丞,哈佛大學醫學院科學家、康譜睿啟腦科學負責人楊錦陳進行了獨家解讀。

美國時間 8 月 28 日下午,侵入式腦機接口技術公司 Neuralink 的創始人、科技英雄「硅谷鋼鐵俠」埃隆-馬斯克舉行了他戲稱為「三隻小豬」的發佈會。

通過「遛豬」的方式,向世界宣佈和展示了 Neuralink 團隊在過去一年裏取得的研發成果,再次將「腦機接口」概念推到了全球關注的焦點。很多人首先驚訝於豬的登場,也為在發佈會上聽見了豬大腦細胞放電的「聲音」而興奮不已。事實上,這在神經科學領域均屬於常規操作。將記錄到的神經細胞放電轉化成為聲波播放出來,電生理學研究者們已經在實驗室裏聽了幾十年。

而豬的頭很大,是做神經植入術的理想實驗品。比如,2015 年麻省理工學院的一篇博士論文研究就在豬頭上試驗植入了可以長期記錄和診斷癲癇腦電波的裝置(見下圖,來源 https://dspace.mit.edu/,作者 Bruno G. Do Valle)。與 Elon Musk 的發佈異曲同工,包括其中溜豬環節。 

但毋庸置疑的是,腦機接口是一個技術難度和複雜性都極高的領域。從腦機接口創業者和腦科學從業者的角度看,馬斯克新發布的 Link V0.9 技術可以説有三個進展和三大侷限。 

先説三個進展

首先,Link V0.9 實現了外部無線化雖然需要把連在信號處理器下面的微 電極絲插入腦組織的侵入式操作沒有改變,但去年發佈會公佈的示意圖中那個放置在耳朵後面的接線盒不見了。

在最新的方案中,大腦顱骨上面會被挖出一個小孔,包含了放大器模數轉換器等元件的信號處理器被做成一個尺寸為直徑 23 mm 厚度 8 mm 的大硬幣形狀圓柱體(我國 1 元硬幣的尺寸為直徑25 mm,厚度 1.85 mm)。外部無線化的實現,提升了美觀度和應用可能性。 

第二個進展是,通過解碼 Link V0.9 記錄到的腦電波,能夠較好地預測豬在跑步機上運動時四肢關節的動態位置。需要指出的是,這一實驗結果的樣本量僅為一頭豬,屬於預實驗。

而且類似的運動解碼技術,已由 Facebook 資助的加州大學舊金山分校科研團隊成功應用於解碼發音器官的運動和隨後的語音合成,相關論文已在2019年和今年年初發表在《自然》等學術雜誌。而馬斯克團隊的研究成果還沒有通過同行評議正式發表。     

圖:加州大學舊金山分校科研團隊通過解碼發音器官的運動相關的腦電波進行語音合成。來源 https://doi.org/10.1038/s41586-019-1119-1

第三個進展是馬斯克宣佈,Link V0.9 在 7 月份已經獲得了美國食品藥品監督管理局 FDA 的突破性設備的認定,在獲得其餘所需的批准和安全測試之後,有望在近期開展人體植入測試。只有經過大量的人體安全性和有效性測試,一個醫療儀器才可能被批准應用,因此,FDA 的認定 是為該設備最終能應用到人體,邁出了堅實的第一步。

科學思維的核心之一是批判性思考,從專業的角度去看,Neuralink 的侵入式腦機接口技術,有三大侷限。

首先,顱骨上挖孔嵌入的電路板下面連着的微電極絲是需要插入到腦組織內部的,除了頂葉運動皮層等比較方便植入之外,稍微深一些的腦組織都是很難去植入的,除非又採用傳統的開顱手術。而插入的電極再細,仍然可能會由於膠質細胞結痂現象導致電極信號質量嚴重下降甚至喪失。

圖:Link V0.9 來源 Neuralink     
圖:電極植入引發的腦膠質細胞結痂等炎症反應(中:急性損傷;右:慢性反應)。來源:ACS Chem. Neurosci. 2017, DOI: 10.1021/acschemneuro.7b00403

其次,美國FDA對植入人體材料的預期是能在體內維持至少10 年,Neuralink 電極絲用的是柔性高分子新材料,可能需要試驗10 年,才能證明給 FDA 看該新材料是否符合標準。而且,馬斯克也沒有給出對任何一個他的 PPT 裏面列出的疾病進行臨牀試驗的具體時間表。

最後一點,是技術層面的。大腦其實是一個浩瀚的小宇宙,擁有近 1000 億個神經元,單個神經元又通過可多達 1 萬個的突觸與別的神經元相連。

大腦的工作方式是整體大於部分之和, 智慧和靈魂產生於大腦但又不在具體某一個突觸間隙裏面。去直接記錄 1000 個(Neuralink 目前 的水平)或者 10 萬個(Neuralink 的目標)神經元的放電,採用的思路是還原論的,得到的數據本質上是抽樣的。而且,就像麻省理工學院麥戈文腦研究院主任 Desimone 教授今年初在《神經 元》發表的論文指出的一樣,無論腦刺激還是光遺傳學技術,都不可避免會對想要測量的腦活動本身帶入人為的擾動。

要真正實現對高級心智運作的解讀,甚至實現意識和記憶的下載上傳,最終還要大量結合系統和行為層面的數據,通過整體論的思路,而這正是非侵入式腦機接口技術的優勢所在。

圖:麻省理工學院使用腦磁圖 MEG 進行非侵入式腦調控研究。圖片來源 https://mcgovern.mit.edu

馬斯克在本次發佈會上説的「你需要用一個電的東西去解決腦神經系統的電路問題」,這話很正確,前提是這個電的東西——即腦機接口技術——不能停留在還原論的層面,並能達到醫學 和社會倫理對人體對安全性和有效性等的要求。  

編輯/isaac

譯文內容由第三人軟體翻譯。


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