脑机接口成长史4：科幻中的脑机接口正成为现实

　　若是你对音频更感乐趣，也能够收听我们的音频《生物漫逛指南》的内容～也欢送正在小、网易云音乐、荔枝FM、豆瓣等平台订阅收听！山公用玩电子逛戏，瘫痪14年的女性第一次亲手举起咖啡杯喝水，失语者通过大脑信号为合成语音……这些并非未界的幻想，而是过去二十年间侵入式脑机接口（BCI）范畴实正在发生的里程碑。虽然根本道理早已奠基，但近年来正在电极材料、解码算法和手术体例上的性冲破，正将这项手艺从尝试室推向临床使用的前沿。从帮帮残障人士沉获重生，到Neuralink等公司激发的贸易化海潮，一个由大脑间接取机械互联的时代已然。对于因脊髓毁伤而瘫痪的患者来说，他们的大脑活动皮层功能无缺，只是向下的指令通被堵截了。侵入式脑机接口的方针，就是为他们搭建一座新的桥梁。故事始于1998年，一位被称为“赛博格之父”的科学家菲利普·肯尼迪（Philip R。 Kennedy），为一位名叫Johnny Ray的完全瘫痪患者植入了世界上首例用于活动节制的侵入式BCI。肯尼迪独创了一种“玻璃漏斗电极”，一般电极是用电子元件实现的，他的电极是将生物的神经因子，以至就是神经纤维本身和电线置于此中，诱使大脑神经元长入，从而构成不变的生物电毗连。通过数月的锻炼，Ray学会了通过想象手部活动来节制电脑光标，迟缓地打字交换。肯尼迪称他为世界上第一个“半机械人”（Cyborg），音译便是“赛博格”。跟着更强大的“阵列”电极获得临床核准，2006年，他们正在一项里程碑式的研究中，让一位四肢瘫痪的患者MN，通过植入大脑活动皮层的96通道阵列，成功用节制了电脑光标、玩乒乓逛戏，以至操控一只橡胶假手做出抓握动做。2012年，他们更进一步，让一位瘫痪14年的女性患者，通过节制一只复杂的机械臂，抓起桌上的咖啡瓶，送到本人嘴边喝水。那一刻，她脸上绽放的笑容，是对这项手艺人道的最好注释。然而，BrainGate的贸易化之并不服展。其焦点挑和正在于，植入的刚性电极会激发大脑的免疫反映（神经胶质增生），好像正在电极四周构成一层绝缘疤痕，导致信号正在几个月到几年内逐步衰减，这也是BrainGate晚期的贸易化测验考试失败的次要缘由之一，并正在马斯克呈现前，再也没有新的侵入式脑机接口贸易化公司。除了间接节制机械臂，也有其他针对瘫痪患者的测验考试。近年来，科学家格雷瓜尔·库尔蒂纳（Grégoire Courtine）团队开创了名为“神经桥”（Neural Bridge）的性疗法。他们正在瘫痪患者的大脑活动皮层植入ECoG电极（一种放置正在脑膜上的电极片，正在头骨取脑膜之间，侵入毁伤小，信号比非侵入式的EGG强良多）来“读取”行走企图，同时正在毁伤部位下方的腰椎脊髓植入另一套柔性电极阵列，担任“写入”刺激信号。当患者想走时，大脑信号被无线传输四处理器，解码后为切确的时空电刺激序列，激活节制腿部肌肉的脊髓神经回。2023年，他们成功让一位瘫痪多年的患者从头坐立，并实现了天然的行走。这座“桥”，完满地绕过了受损的脊髓，让大脑从头“掌控”了身体。措辞是一个极其复杂的过程，涉及跨越一百块肌肉的协同活动，同时还涉及言语解读、语法构成的大脑言语皮层。因而，解码言语信号比解码肢体活动要困罕见多。疯狂的科学家，也就是发了然“玻璃漏斗电极”的菲利普·肯尼迪，为了霸占这一难题，以至正在2014年公费三万美元，正在本人大脑的言语区植入了三个电极，以切身验证其手艺，虽然此次尝试因术后并发症而未能完全成功，但其摸索令人佩服。目前，言语解码次要有两种前沿方式。其一是以大学分校爱德华·张（Edward Chang）团队为代表的半侵入式的ECoG手艺。他们通过笼盖正在大脑言语和活动相关区域概况的高密度电极阵列，记实大范畴的神经勾当。连系深度进修模子，他们不只能将这些信号及时解码为屏幕上的文字（速度约每分钟78个单词），还能驱动一个虚拟抽象，用合成的声音“说”出这些话，以至模仿出患者本人的声音和腔调。另一条径则由斯坦福大学取BrainGate团队斥地，他们操纵侵入更深的阵列，间接记实单个神经元的放电。这种方式虽然植入更具挑和性，但信号精度更高。他们已能实现每分钟60多个单词的解码速度，且正在小词库中的错误率低于10%，远低于ECoG的25%的错误率。同时，中国也紧随其后，脑虎科技、宣武病院等团队也正在中文言语解码上取得了冲破性进展，实现了汉言语的及时解码。早正在1978年，美国科学家威廉·多贝尔（William H。 Dobelle）就测验考试将电极阵列植入盲人患者的视觉皮层。通过电刺激，患者能“看到”被称为“光幻视”（Phosphenes）的闪光点。通过节制分歧电极的刺激，理论上能够出简单的图像。他的一位名叫“杰瑞”的患者，以至能通过这套系统，正在1。5米外辨认出5厘米大的字母，并借帮它上彀浏览消息，以至正在网上炒股。多贝尔的手艺受限于电极数量和不变性，图像分辩率极低。现在，荷兰科学家彼得·罗尔夫塞马（Pieter Roelfsema）正努力于开辟高密度视觉假体。他将多达16个阵列（合计1024个电极）植入山公的多个视觉皮层区域，成功地让山公“看到”了由电刺激发生的、分辩率更高的字母和外形。这预示着将来无望为盲人创制出脚够清晰、正在浩繁科研团队稳步推进的同时，伊隆·马斯克的Neuralink公司则以一种性的姿势入场。其焦点立异并非科学道理，而是杰出的工程实现。针对保守刚性电极的毁伤和问题，Neuralink开辟了由柔性聚合物制成的“神经线”（Threads）电极，其厚度仅几微米，比头发丝还细，能显著削减对大脑组织的毁伤。为了精准植入这些柔嫩的电极线，他们还发了然手术机械人，暗示可以或许全从动、高通量地将上千个电极通道植入大脑。这种“更好的东西+规模化手术”的思，完全改变了脑机接口范畴的逛戏法则。虽然其动物尝试曾引理争议，但Neuralink以消费电子产物的来开辟医疗器械，极大地加快了手艺的迭代，并成功将这一前沿范畴带入了视野，吸引了史无前例的关心和本钱。侵入式脑机接口的科幻故事，正在20年前就已拉开序幕，而今天，它正以史无前例的速度变为现实。从帮帮少数患者恢复功能，到将来可能加强人类本身的能力，这项手艺的成长充满了但愿，也伴跟着挑和。电极的持久不变性、消息解码的效率，都是将来道上必需逾越的关隘。但无论若何，人类曾经迈出了取机械深度融合的环节一步，我们正正在进修一种全新的言语——大脑的言语。本文为磅礴号做者或机构正在磅礴旧事上传并发布，仅代表该做者或机构概念，不代表磅礴旧事的概念或立场，磅礴旧事仅供给消息发布平台。申请磅礴号请用电脑拜候。