大脑植入物让瘫痪病人恢复触感

大脑植入物让瘫痪病人恢复触感

在一种电极植入物的帮助下，瘫痪病人首次获得了有限的触感。这种电极植入物能刺激患者的大脑，并使其得以在机械手臂的手指处感受到像压力一样的感觉。

这一进展提高了身体各部位恢复有限感觉的可能性，并且能使脊髓损伤患者更好地控制假肢。不过，研究人员表示，恢复像人类一样的感觉比如感觉到热或疼痛，将更具挑战性。

自从18岁时的一场车祸将Nathan Copeland的脖子折断并且伤到了脊髓，他便无法感觉到或移动自己的腿和小臂。如今，约12年后，当一只机械手臂的手指被触碰到时，Copeland终于有了感觉。而这是因为手指上的传感器同Copeland大脑中的一个植入物相连。

“他说，这种感觉就像来自自己的手一样。”主导此项研究的美国匹兹堡大学生物医学工程师Robert Gaunt表示。

“我能感觉到每个手指。这真是一种奇怪的感受。”Copeland在接受手术的约1个月后向媒体表示，“有时它感觉像是电流，有时像是一种压力，但大多数情况下，我能在一定的精度内分辨出大部分手指。这种感觉就像是我的手指正在被触摸或挤压。”

俄亥俄州凯斯西储大学生物医学工程师Dustin Tyler认为，这是一项“重要且关键的进展”，并且朝瘫痪病人恢复感觉迈出了一大步。

该项目的资助者——美国国防部高级研究计划局在2015年9月便透露了这一进展，但相关工作的具体细节于今年10月12日在《科学—转化医学》杂志上得以发表。

此项研究基于此前取得的成果：装有触觉传感器的假肢以及连接到截肢留下的残肢中的神经，使试验参与者得以感知压力和纹理。不过，在脊髓受伤的患者中实现这一壮举更具挑战性，因为其四肢和大脑的连接已经受到破坏或被切断。

在出于其他原因接受过大脑手术的患者中进行的试验显示，用电流刺激接收来自身体其他部位感觉信息的大脑区域——躯体感觉皮质，可产生像触觉一样的感觉。不过，这些都是相对原始的努力。“人们描述自己感受到了嗡嗡声或振动的感觉，但这并不是一件自然的事情，并且通常涉及多个手指。”最新研究的共同作者、匹兹堡大学神经外科医生Elizabeth Tyler-Kabara表示。

相比之下，Copeland的躯体感觉皮质中被移植进两个微电极阵列（每个约4毫米宽），还有两个电极被放置在控制手和胳膊移动的运动皮质中。来自所有这些电极的电线从他的头顶伸出，并且和一台电脑以及一个机械手臂相连。

当研究团队在植入该设备的4周后刺激感觉大脑区域时，Copeland经历了像触感一样的感觉。当同其大脑中的电极相关联的机械手臂手指上的传感器被触摸时，他能分辨出是哪个手指正在被刺激，有时还能分辨出是手指的哪个区域。

该文章描述了最初6个月的经历，但植入物目前伴随Copeland已有17个月，并且反应一直保持着稳定。Tyler-Kabara表示，这很是鼓舞人心，因为它表明，这些连接并未随着时间的流逝而发生改变，同时电流刺激没有损伤到大脑。

不过，此项研究仍然存在局限性。尽管Copeland报告称感觉到了最基本的像压力一样的触摸，但并未经历对移动、温度或疼痛的感知。与此同时，他无法感觉到机械手臂的指尖或者拇指。移动芯片或者加入更多芯片或许会让手更加敏感。然而，和对压力的感知相比，诸如移动等感觉是由更难接近的大脑区域感知的。同时，和手相比，对应脚等其他身体部位的大脑区域也更难接近。

这些挑战或许通过研制拥有更多电极的植入物或者利用能被植入大脑更深处的灵活材料得以克服。科学家还在研究植入物和假肢指尖的无线连接。根据现有技术，每个额外的芯片都需要更多的连接到大脑的电线，而这会增加感染的风险。

英国纽卡斯尔大学神经科学家Andrew Jackson表示，即便取得了这些进展，想让机械手臂获得全部的感觉仍是不可能的。“身体健全的人们认为理所当然的那种灵活操作，要依赖于手上很多接收器产生的非常复杂的信号。因此，我认为，从改善控制力的角度来说，这些技术的用途可能有限。”

不过，Jackson表示，让瘫痪或失去四肢的人们哪怕恢复最基本的触摸感，也会改变他们的生活。“如果一个人很多年感觉不到自己的手臂，从他如何感觉与外部世界关联的角度来说，最新研究确实会带来很大的不同。”

麻省理工研制出大脑3D打印植入物 可缓解癫痫、帕金森和重度抑郁等疾病

都市白领追求品味，可每天上班就像受罪，还是让深空小编，给你点心理安慰。小编整理了半天，给大家带来了这篇文章。不吊大家胃口了，一起来了解一下。
据外媒报道，近日麻省理工学院研究团队在《自然-通讯》上发表了一项研究称，他们开发出一种纳米导电聚合物，并在此基础上制造了可3D打印的水凝胶，可作为大脑植入物来缓解大脑疾病。
我们都知道，大脑是我们最脆弱的器官之一，就像豆腐一样软。
此外，大脑植入物通常是由金属和其他刚性材料制成的，久而久之会导致炎症和留下疤痕。
而水凝胶电极会比传统的金属电极对离子信号更为敏感；加之其柔软的机械性能，它能轻柔地顺应大脑的轮廓，并在较长时间内监测大脑活动，而不会损害周围的组织。
研究人员用3D打印出宽约10微米的水凝胶电极并植入小鼠的大脑，成功接收到单个神经元发出的电信号。
监测这种活动可以为科学家提供大脑活动的高分辨率图像，并有助于为各种神经障碍量身定做治疗方案。
据悉，这种水凝胶可以用于刺激神经区域的大脑植入物，以缓解癫痫、帕金森病和严重抑郁症的症状。
研究成员Hyunwoo Yuk说：我们希望通过展示这个概念证明，人们可以快速地使用这项技术来制造不同的设备。
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本文来源：深空游戏 责任编辑：佚名王者之心2点击试玩

大脑连上AI，我们就可以“不死不灭”吗？

2016年7月，太空探索技术公司（SpaceX）以及特斯拉汽车公司（Tesla）的创办者伊隆?马斯克（Elon Musk）又创办了一家新的高科技企业??神经联结公司（Neuralink），开发可植入的脑机接口，不过这一消息直到2017年3月才为公众所知。

随后两年中，Neuralink几乎从公众的视线中消失，直到2019年中，这家?神秘?的公司才召开了关于脑机接口研究的发布会，并在预印本杂志bioRxiv发表了一篇未经同行评审的论文[1]，引起广泛关注。当时，公司已经募集了约1.58亿美元的资金（其中1亿美元来自马斯克本人），并拥有90名包括神经科学家、神经外科医生、芯片设计师、生物相容性材料学家、脑机接口专家、微制造工程师等各领域专家在内的员工。本文将介绍Neuralink创立的来龙去脉，并谈一谈笔者的看法。

马斯克在今年8月28日的发布会上展示了Neuralink的最新进展。在现场，Neuralink展示了小猪移植脑机接口设备后的状态。

马斯克在企业家中堪称奇人。他创立的公司都有一个科幻式的、非常宏大的终极目标，力图解决人类社会延续发展的某个重大问题；同时又有一个可以着手的近期目标，能够解决眼前问题，进行商业运作，为终极目标做技术上和资金上的准备。例如，SpaceX的长远目标是实现人类移民火星或其他星球，而近期目标则是开发可回收火箭技术，重复使用火箭，从事航天商业活动。

Neuralink采取的也是这种模式。Neuralink的创立缘于马斯克对人工智能飞速发展的忧虑。自2014年以来，马斯克在多种场合反复警告过人工智能的危险性，认为人工智能发展的速度太快，未来可能远超人类。

2014年8月：?我们对人工智能需要加倍小心。它有可能比核弹更危险。?

两个月后：?如果要我推测对我们最大的生存威胁是什么，可能就是人工智能。?

2017年7月：?我一直在敲响警钟，但在看到机器人上街杀人之前，人们不知道该如何反应，因为这听起来太缥缈了。?

2018年4月：?[AI是]一个非常重要的主题。它将以我们现在都无法想象的方式影响我们的生活。?

马斯克还认为，美国政府正在输掉控制人工智能的战争。他说：?监管到位的方式是缓慢而线性的，而我们正面临着指数级的威胁。如果你对指数级威胁只有一种线性的反应，那么指数级威胁非常可能赢。这就是问题之所在。?[3]

在马斯克看来，人因为高智能等才成为星球的主宰。一旦人工智能在这方面超过人类，那么它们就会像今日我们对待宠物那样对待我们。但是，要想完全限制人工智能的发展是做不到的，因此他开出的药方是开发可植入脑的脑机接口，在人工智能全面超越人类之前，让二者融合为一体。

Neuralink的终极目标是打造出 "全脑接口"（whole-brain interface），使脑中几乎所有的神经元都能够与外界顺畅沟通。这种设备将完全融入脑，以至于在感觉上，全脑接口就是 "身体的一部分" 。这种接口能让脑无线连接到云，从而能和计算机、甚至和其他拥有同样接口的脑连接。这样，脑和外界之间的信息交流就会变得轻而易举，感觉就像是在自己头脑中所进行的思考一样。

创建全脑接口的目的是使人得以"与人工智能共生"，成为超人。马斯克认为，到了那个时候，?当人死亡时，他已经有了自己的电脑扩展和在线扩展，就像一个在线幽灵?，?你更多存在于?云?里面，而不是在你的身体里面???这也就是一些人所说的数字永生。

真要对每个脑神经元都建立起?微观层面的电极-神经元接口?，不仅要考虑到脑中庞大的神经元数量（800亿以上），还要考虑当前的技术极限??仅能在脑内安置几百个电极，每个电极一次最多同时测量大约五百个神经元。这样算下来，要想同时测量800亿个神经元是不可能的。所以，能同时记录的神经元数（马斯克称之为?带宽?）就成了全脑接口的瓶颈。

Neuralink计划遇到的第二个困难是如何把电极植入脑内。目前所有无创记录脑活动的技术，要么空间分辨率方面很差，远远达不到记录单个神经元活动的层次，要么时间分辨率极差，不能实时记录变化迅速的脑活动（图2）。不用说单神经元记录，即使是少量神经元记录，目前的技术都需要带有创伤性的开颅手术，而这只有当病人面临生命危险时才可能接受。但是Neuralink的长远目标是人机融合，这就要求健康人也接受开颅手术。如此一来，安全问题就成了一大障碍。另外，颅内植入手术价格昂贵，而且只有技术高超的神经外科专家才能做，故而难于普及。按照马斯克的设想，这种技术应该和激光矫正近视眼一样方便才行。

脑活动记录主要技术的时间分辨率和空间分辨率。

即使克服了上述两大瓶颈，Neuralink也还面临着其他严重阻碍：脑机之间的交流应该是无线的；植入物需要具有良好的生物相容性，不引起排异反应，而且能在脑内环境长期使用；如何在有限的颅内空间安置大量电极；如何实时处理海量数据并由此获取有用信息。

按照马斯克创办公司的一贯策略，Neuralink的近期目标定位于开发医用可植入的脑机接口，既可以在当前取得实际应用，又能为长期目标做技术准备和筹措资金。

这类装置可以应用在癫痫患者，癫痫发作前给出预警，提醒病人及时服药。或者帮助四肢瘫痪的病人利用脑信号控制机器手或计算机屏幕光标。Neuralink计划在2023年左右将这样的设备推向市场。

马斯克的时间表

2020年底前

把脑机接口植入人脑，首先用在四肢瘫痪的病人身上。

8-10年内

有可能把脑机接口设备植入正常人脑中，虽然这在"很大程度上取决于监管部门的批准时间，以及我们的设备在残疾人身上的工作情况"。

10年内

希望能在健康人之间实现?传心?（telepathy），即都植有脑机接口的两个人可以用脑信号直接沟通。

25年内

有望开发出全脑接口，即一个人所有的神经元都将能和人工智能的载体联结在一起，并把人工智能当做自己脑力活动的扩展。另外，拥有全脑接口的健康人的脑可构成了彼此可以直接交流的巨脑，这样的巨脑会产生出怎样的新现象，我们现在还无法想象。

已有成就

马斯克和Neuralink在2019年8月初发表的论文中，介绍了他们迄今为止所取得的三大主要成就：[1]

1 柔性的多"丝"电极阵列

这种丝非常细而柔软，宽度大概只有4-6?m，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。

（a）大脑连上AI，我们可以?不死不灭?？

（b）电极?丝?。每个丝中包括32根电极。（a）电极丝外观，电极伸出丝外的小片排成一列，小片中心距离为50 ?m。（b）放大后的电极丝。[1]

2 植入电极的手术机器人

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。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。

3 可植入脑机接口的芯片

Neuralink的第三项成就是开发出一种可植入脑机接口的芯片。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。

马斯克团队已把这套系统安装到大鼠脑中，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。

长期植入大鼠体内的脑机接口装置。[1]

下一个目标

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。

拟议中植入人体的无线脑机接口示意图。[2]

科学界的质疑

尽管Neuralink的已有成就令人印象深刻，但许多科学家对其提出的终极目标深表怀疑。2019年7月，播客《裁决》（Verdict）上发表的一篇文章[5]对马斯克的宏愿提出质疑。文中，人工智能和机器人学名誉教授夏基（Noel Sharkey）认为，马斯克为了跟上人工智能的步伐而对脑横加干涉是可笑的，没有任何研究或证据能支持马斯克所谓的?人工智能将崛起并杀死我们?的观点，AI只是一种工具，决定如何使用它的是人。

新南威尔士大学人工智能和数据教授托比?沃尔什（Toby Walsh）认为，人类需要与人工智能融合来获得拯救的观点值得怀疑，我们无法跟计算机比速度和记忆力，但我们拥有的情商和社交能力、创造力和适应能力，就是人类能够一直领先于机器的地方。他还表示，马斯克以不能按时实现承诺而闻名，针对健康人的神经联结或许要等到几十年以后。

2020年5月13日，Facebook人工智能部门负责人、卡耐基梅隆大学计算机科学家佩森蒂（Jerome Pesenti）发布推文，批评马斯克在人工智能方面不知所云，并认为现在还根本不存在人工通用智能这样的事物，人工智能的发展离人类的智能还差得很远。

显然，对马斯克人机融合的思想，人们的看法还存在很大的分歧。究竟孰是孰非，还有待检验。

就SpaceX和Tesla的情况来看，马斯克在创办公司时把近期目标和长远目标结合起来的做法是有启发性和有希望的。

在笔者看来，Neuralink的近期目标也有望为残疾人带来福音，尽管在时间表上未必能如马斯克所设想的那样乐观。但其远期目标从原则上和实际可行性上来说都颇成问题，非常可能成为空中楼阁。

SpaceX和Tesla的远期目标虽然宏大，但基本上是纯粹工程技术性的，都有坚实的理论基础作为后盾。相比之下，Neuralink的远期目标是?建立全脑接口和脑机融合???而我们对人脑的认识还非常肤浅，至今都还没有任何有关脑功能机制的理论框架，可预见的未来也难以发现。因此，Neuralink的远期目标并非是纯粹的工程技术问题，也牵涉到科学问题。而科学上的关键问题往往难以完全凭借大量的人力、物力投入就能按计划实现，有时也要靠机遇和运气，靠天才的灵光一闪。

Neuralink远期目标的问题究竟在哪里？

首先，脑中有860亿个神经元，要想同时测量如此巨量神经元的活动，目前看来还没有实现的可能。

退而求其次，Neuralink 团队把长远目标定为同时记录一百万个神经元（笔者不知道这个数字是怎么估计出来的，就其抽样比例来说，相当于称如果对8万个人作调查，就掌握了全世界人的情况，这个预设令人怀疑。）虽然?史蒂文森定律?表明，迄今为止我们能够同时记录的神经元数量似乎每过7.4年就会翻一倍。[4]但这是一条经验定律，是否能永远灵验大成问题，即使一直保持这个速度，也要到本世纪末才能达到一百万的数目，到 2225 年才能记录大脑中每一个神经元。不过，任何按指数规律增长的过程，到了某个时候必然因其他因素的制约而显著放缓，甚至变平坦。

此外，由于颅内容积有限，即使是用比电极丝更细的电极，要在颅内植入860亿根电极也是不可能的。当然全脑接口的支持者也可以争辩说，将来也可能发展出完全不同的新型电极，例如利用2011年左右发展起来的神经尘（neural dust）技术，神经尘是一种一百微米大小的硅传感器，可以撒进大脑皮层，利用附近软脑膜上方一个三毫米大小的设备通过超声波与神经尘进行沟通。但是神经尘本身已经和大的神经元体积相当，所以要在脑中撒进等量的神经尘依旧不大可能。也有人提出可以采用光遗传学或者使用碳纳米管之类的新方法，但到目前为止都还只是一些设想。

即使实现了同时记录所有神经元的电活动，如何处理这样超海量的数据也是个大问题，并且光记录神经元的电信号也未必能反映脑的全貌。因为脑本质上是一种电-化学机器，除了电活动之外，像神经递质、神经调质之类的化学物质在脑活动中也极其重要，而全脑接口完全没有考虑这些因素。另一个被忽略的因素是，脑中比神经元数更多的神经胶质细胞的作用尚不明确。关于这些问题以及所谓的?心智上传?和?数字永生?都只是一种迷思，笔者在和卡尔?施拉根霍夫博士的讨论中对此已有详细的分析[6]，此处不再赘述。

全脑接口的支持者争辩说：?未来总会有一些过去的人难以相信的普适技术出现??人总是低估人类的群体力量。?此话虽有一定道理，但我们不能把可能性绝对化成必然性。尽管人的群体智慧无与伦比，技术的发展也常常出乎一般人的预料，但是这并不等于说无论什么样的设想一定都能实现，特别是在有限的时间内实现。

笔者观察到一个有趣的现象，那就是在关于揭开脑的奥秘方面，神经科学家往往非常谨慎，而技术专家则往往心雄万夫、气冲斗牛。这可能是技术专家对脑不够了解的缘故，?无知者无畏?。其实，马斯克本人也说过：?没有对技术的充分理解，我认为很难做出正确的决策。?[4]他也承认自己是团队中对神经科学了解最少的人，那么由他来对整个项目作出决策是否正确呢？

在Neuralink创办之初，知名科技博客Wait But Why的博主厄本（Tim Urban）受马斯克的邀请，到该公司做过长时间的访问，并与其创始团队的大部分人进行了深入交谈。据此经历，厄本撰写了一篇长文。[4]

他在博文中说道：?AI 会自行运行，因为与人的对话太慢了。通信的速度越快，你与 AI 的结合度就越高??通信的速度越慢，结合度就越低。我们与 AI 的结合越差??AI 越独立??它背叛我们的可能性就越高。如果 AI 完全独立，并且拥有远远高于我们的智能，你如何保证它们的最优化功能不会与人类的利益相背？??如果我们实现了与 AI 紧密共生，AI 就不会独立出来??它会成为你，并且与你大脑皮层的关系会类似于大脑皮层和边缘系统的关系。??为了最小化来自 AI 的生存威胁，他（马斯克）的策略本质上是让 AI 力量变得?民有、民治、民享?。?

以上也许总结了马斯克创办Neuralink的核心思想，不过在笔者看来，这些话本身并不成立。首先，人工智能并不是一个主体，它并没有主观性或自我观，既没有意识，更没有意志。而这些到目前为止，这些特质都还只是脑所独有。然而，脑为什么会具有这些特质，科学家现在还毫无所知，更谈不上让人造物具备这些特质。所以在可预见的未来，人工智能只能是一种工具，其为善或为恶都只取决于使用它的人。笔者同意一些人工智能专家的观点，根本不应该发展有自我意识的人工智能，何况根本还谈不上存在发展的可能性。

退一万步讲，即使人工智能有了自我和意志，马斯克开的药方也解决不了问题。他一厢情愿地认为，只要人和人工智能融合起来，人工智能再强大也是人的一部分，受到人的控制。实际上，如果两者联合，一强一弱，极有可能是强者占主导地位。马斯克既然担心人工智能超过人类，那么两者融合的结果未必不能是人工智能成为联合体的灵魂，人则成了傀儡，成了人工智能的工具。其他没有和人工智能融合的人，则沦为这种联合体的奴隶或宠物，这种命运与成为人的奴隶并没有多大区别。至于马斯克说到，只要让所有人都和人工智能融合就可以就可以避免这种危险，也纯粹是痴人说梦。同一时间实现所有人的人工智能融合是不可能的。考虑到一开始时植入全脑接口必定价格昂贵，必定是少数像马斯克这样的富人才能负担，这样催生出的优势集团将有能力统治芸芸众生，这种前景和马斯克所恐惧的人工智能专制同样可怕。

笔者认为，在可预见的将来并不存在马斯克所描述的危险，他开的药方对一般人也不解决任何问题。至于在这个问题上，马斯克究竟是拯救人类的先知，还是又一个危言耸听的炼金术士，请读者自己判断吧！

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