Neuralink:侵入式腦機接口開拓者

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全球腦機接口( Brain Computer Interface- BCI )市場潛在規模預測,2018年,全球BCI市場價值1.25萬美元。預計該市場在未來幾年將以12.43%的複合年增長率增長,到2025年將達到2.83億美元。

Neuralink發展歷史

2016年7月,馬斯克聯合其他8位創始人創辦Neuralink,總部位於舊金山;


2017年4月,向加州公共衛生部門申請在公司總部飼養和使用實驗室動物小鼠、大鼠;


2018年3月,Neuralink宣佈在加大戴維斯分校70英裡外之處建造動物實驗中心;

2019年7月,發佈第一代腦機接口設備N1芯片、柔性電線及芯片植入設備「縫紉機」系統, 並在小鼠身上展示;


2020年7月, Neuralink獲美國食品藥品監督管理局(FDA)突破性設備認證,可在進入臨床測試時享受加速審批等特殊待遇;

2020年8月,發佈第二代腦機接口設備「硬幣」Link V0.9、配套自動化手術機器人V2, 並在活豬身上演示應用。

1943年,神經學家沃倫·麥卡洛克(Warren McCulloch)和年輕的數學家沃爾特·皮茨(Walter Pitts)撰寫了一篇有關神經元如何工作的論文。他們用電路模擬了一個簡單的神經網絡。1957年,約翰·馮·諾伊曼(John von Neumann)通過使用電報繼電器和真空管提出了簡單的神經元功能。最近,與神經網絡被用於治癒一個人的大腦疾病有關的研究突飛猛進。Neuralink超越了當前在神經網絡中的研究範圍,不僅開始治癒患者,還將他們連接到數字設備,並幫助他們使用這些設備而無需使用任何身體部位。

埃隆·馬斯克(Elon Musk)在2016年註冊了一家名為Neuralink的初創企業,直到2017年向世人展示時,該初創企業一直被保留。顧名思義,Neuralink在大腦內部的神經元與機器(智能手機或計算機)之間建立了聯繫。2019年7月16日,發布了名為“ELON MUSK AND NEURALINK”的白皮書,其中講述了公司的發展目標以及如何在人與機器或人工智能之間建立普遍的共生關係( AI)。

Elon Musk在Neuralink的發布會上表示,該公司旨在「理解和治療腦部疾病」,同時「保留並增強我們的大腦」,並「創造良好的未來」。馬斯克(Elon Musk)在接受採訪時還談到了該公司將如何重塑「Neural Lace」,這是一種將大腦內容轉移到機器上的虛構方式/方法,反之亦然。

腦機接口(BMI)


腦機接口(BMI)或腦機接口(B2M)是一種接口,我們可以通過該接口將自己連接到任何能夠讀取大腦輸入的機器。為此,我們需要具有較高的頻寬速率,但是頻寬卻非常低,因為我們只用兩個拇指輸入機器或智能手機。即使使用圖像,視頻和音頻,我們也無法獲得與直接從大腦傳輸到機器所獲得的頻寬相同的頻寬。腦機接口具有強大的功能,可以幫助患有多種臨床疾病的人,例如感覺障礙和運動功能障礙。BMI尚未在臨床疾病中廣泛流行,因為它們具有適度的轉移途徑信號,但Neuralink已邁出了創建可擴展的高頻寬通道的第一步,該通道可使用線和電極陣列傳輸信號。

我們的大腦如何運作非常有趣。神經元就像是我們思想和行動的運輸系統。我們感覺,看到,感知,觸摸,品味和思考的所有內容都經過Neurons進行進一步處理。據估計,人腦中有1000億個神經元支配著大腦的工作。

神經元由樹突,細胞核(稱為Soma)組成,其中含有核和軸突。一個神經元的軸突通過包含神經遞質的突觸與另一個神經元的樹突相連。神經遞質由稱為動作電位的靜電脈衝觸發。當正確的衝動通過突觸發送時,神經元之間就會引發連鎖反應。這就是神經元工作和傳遞信息的方式。

Neuralink將如何使用神經元?

Neuralink將設置電極,該電極將讀取這些脈衝,將其放大,然後將其發送至機器,然後機器將相應地工作。這些電極還支持書寫,有助於治療腦部疾病。

Neural Lace

Neural Lace是科幻小說,由蘇格蘭作家Iain M. Banks在其小說系列「文化」中提出。Neural Lace也是一種腦機接口(BMI),可以幫助人類與人工智能競爭。這項Neural Lace技術目前由埃隆·馬斯克(Elon Musk)資助,旨在實現相同的願景,使人類的大腦將來能夠與AI競爭。可以從電影《黑客帝國》中瞭解Neural Lace的工作原理,在其中可以使用計算機查看其角色之一(Neo)以獲取新信息並學習新技能

Neural Lace是一種超薄的網,將植入顱骨內部,並形成一個電極體,可以監測人腦的功能。使用包含捲起的網眼的細針插入超薄網眼。在將網格物體植入大腦後,它將自身與人腦融合,並「在人與機器之間創造了完美的共生關係」。Neuralink正在使用類似的概念來實現與AI的共生關係,更多內容將在後面進行解釋。

如何運作?

Neuralink將分五個主要步驟進行工作:
(1)創建 threads (Creation of threads)
(2)將 threads 縫合到組織中 (Stitching of threads into the tissues)
(3)讀取信號並進行信號梳理 (Reading the signals and cleaning them)
(4)傳輸到放大器信號放大(Transmission of signals to amplifier)
(5)傳輸到機器(Amplification of signals and transmission to the machine)

到目前為止,信號的放大和傳輸都是通過USB進行的Type-C端口,安裝在與傳感設備一起安裝在受試者(患者)的大腦中的芯片上。

線程數 (Threads)

「線」是超薄的,柔軟的聚合物,它將包含電極,並將信息和信號傳輸到發射器。這些線(4-6μm)比人的頭髮(17μm)細,長度為20μm。一個陣列將包含96個線程,這些線程將具有32個獨立的電極,這意味著一個線程的陣列將包含3072個電極,這使得僅使用一個陣列就可以傳輸大量數據。人腦也會改變其形狀,這可能會損壞這些線,但是這些線的柔韌性使它們相應地移動。

但是,儘管具有所有優點,但也有一個缺點,即這些線非常細膩,如果不小心縫製就會斷裂。為此,Neuralink創建了一個機器人,該機器人可以將線自動插入大腦,從而對組織造成的損傷非常小。

機器人

「機器人」的設計目的僅在於以最小侵入性的方式插入螺紋。機器人由七個部分組成-

(a)裝入的針夾盒 (Loaded needle pincher cartridge.)
(b)低力接觸式大腦位置傳感器(Low-force contact brain position sensor)
(c)具有多個獨立波長的光模塊(Light modules with multiple independent wavelengths)
(d)針頭馬達 (Needle motor)
(e)插入期間聚焦在針頭上的四個攝像頭之一(One of four cameras focused on the needle during insertion)
(f)照相機有外科領域廣角看法(Camera with wide angle view of surgical field.)
(g)3D立體相機 (Stereoscopic3 cameras)

Neuralink開發了一種自動插入方法,用於插入柔性探針(或線),從而可以快速可靠地插入大量目標線,從而避免脈管系統和來自分散的大腦區域的記錄。對於插入,機器人具有「針夾」組件,該組件可插入,縫合和快速釋放線。為了引導針頭,機器人具有四個攝像頭,分別對準針頭,插入區域和立體鏡。

電子


設備電子設備是圍繞Neuralink的定制專用集成電路(ASIC)構建的,該集成電路由256個獨立可編程的放大器(模擬像素),片上模數轉換器(ADC)和用於對數字化輸出進行串行化的外圍控制電路組成

「 Neuralink ASIC構成了模塊化記錄平台的核心,該平台可方便地出於研究和開發目的而更換組成部分。在這裡討論的系統中,使用倒裝芯片集成將幾種ASIC集成到標準印刷電路板(PCB)中。每個系統都包含一個現場可編程門陣列(FPGA);實時溫度,加速度計和磁力計傳感器;一個USB-C連接器用於全帶寬數據傳輸。該系統包裝在塗有聚對二甲苯-c的鈦金屬盒中,該聚亞苯基-c用作防潮層以防止流體進入並延長功能壽命。」

Neuralink使用USB-C端口作為有線介質來提供電源並傳輸數據。但未來,它計劃提供相同的無線方法。這一無線目標將通過Neuralink稱為「 N1傳感器」的方式來實現。「這些N1傳感器中的四個將放置在我們的顱骨內(三個在運動區域,一個在體感區域)。這些傳感器將無線連接到安裝在我們耳朵後面的外部設備,該外部設備可以通過應用程序連接到iPhone。」 Neuralink總裁Max Hodak在Neuralink簡介會上說。

Neuralink還計劃使用雷射技術(如雷射眼科手術)穿過顱骨,而不是現在正在執行的顱骨鑽孔。它還將有助於減少對組織的損害。

現在與未來


目前,該公司正在使用該技術來滿足兩個目的:
‧作為囓齒動物和實驗大鼠的研究項目
‧作為人類臨床植入物的原型項目


到目前為止,該設備已在實驗大鼠上用於分析結果和在設備中進行細化以讀取正確的輸入。與以前的項目相反,Neuralink使用超薄而靈活的線程,它們具有更長的壽命和更大的數據傳輸能力。甚至所用材料的成分也具有生物相容性,因此對大腦無害。

馬斯克(Elon Musk)還表示,Neuralink將於明年年底(即2020年)為第一位患者做好準備。該公司的願景是實現與AI的共生。艾隆·馬斯克(Elon Musk)表示,他擔心,當AI本身能夠模擬我們所有的大腦功能時,人類的重要性最終會下降。為了不讓這種情況發生,人類必須與人工智能相融合才能變得更有能力。根據埃隆·馬斯克(Elon Musk)的觀點,為了輓救人類的未來,我們必須看到腦機接口(BMI)的重要性。

是否合乎道德


人類一直在努力前進,而不考慮後果。隨著時間的流逝,非常明顯的是,乾預自然過程會導致大量破壞。有些過程已經進行了很長時間,並且乾擾它們會引起反響,如果出錯會非常有害。人體就是這種情況。我們一直在適應環境。今天的孩子比計算機專業人員更懂得如何使用智能手機。認為我們無法適應周圍不斷增長的人工智能,只是一種恐懼,如果我們看到人腦經歷了哪些變化以適應周圍的變化,就可以克服這種恐懼。因此,我們可能可以說,即使到目前為止我們還不能像人工智能一樣變得智能或強大,但是可以肯定地說,下一代可以做到。

「作為人工智能的創造者,我們不應該比創造者保持卑鄙。」 因為儘管它正在學習新事物,但我們是做到這一點的人,如果以建設性的方式使用它,它將始終是我們的幫助者。

我們的身體甚至具有可以加速的癒合機制,但是僅使用此設備可能會使患者感到不舒服和/或使情況變得更糟。
將計算機IC插入大腦可能聽起來有些花哨,但值得一試。即使要鑽研自己並插入IC,您可能也需要支付大量費用。對於所有富裕的人來說,如果他們面對一些罕見的腦部疾病或神經疾病,可能會成為一種選擇,但仍然難以勝任。干預或干涉任何過程始終是毀滅性的,也許不應該這樣做,但嘗試將新技術用於醫療目的可能對人類有益。

「我認為人工智能不是威脅,也不是可怕的東西,我們足夠聰明地學習人工智能。」-馬雲

其他BMI項目

BrainGate BrainGate

BrainGate是布朗大學最初於2006年開發的另一種BMI。它甚至被用於名為Matthew Nagle的患者。Nagle患有脊髓癱瘓,是第一個植入大腦並使用自己的頭腦控制計算機的人。

BrainGate使用了Utah Array,該陣列由一系列剛性針頭組成,與Neuralink的BMI相比,它可以提供多達128個電極通道,可以傳輸更少的數據量。當大腦改變形狀時,針頭的剛度可能會損壞針頭,從而阻礙長期功能。

這項技術在現階段還很新,取決於消費者對它的接受程度,它會有光明的前景。如果這項技術能夠正常運行而不會出現故障,則可以實現該技術的願景,否則它將成為災難,無法創造出良好的形象。為了使它起作用,該技術必須變得可靠,並且不應有某些富裕人士可以負擔的價格。如果一切順利,我們大多數人都可以感覺到他們的使命和願景,那麼Neuralink可以成為本世紀最大的發明/研究之一。時間的需求只會決定。

全球腦機相關公司

🔥NeuraLink 美國 侵入式 / Elon Mask的公司,主要研究方向是侵入式的腦機接口設備。

https://neuralink.com/

🔥Kernel 美國 侵入式 / 通過植入可診斷的大腦假體,幫助有記憶困難的患者。

https://www.kernel.co/

🔥BrainGate 美國 侵入式 / 專注於大腦植入技術的公司。他們將傳感器植入癱瘓病人腦中,監測他們的腦活動,並將用戶的意識轉換為電腦指令。

🔥CTRL-Labs 美國 非侵入式 (被Facebook收購) / 是一家腦機接口控制界面的服務商,主要為AR/VR和機器人研發神 經界面。

https://www.ctrl-labs.com/

🔥Neurable 美國 非侵入式 / 使用腦電圖(EEG)記錄大腦活動,分析數據,並為用戶提供實時 的完整三維控制。

https://www.neurable.com/

🔥Emotiv 美國 非侵入式 / 2007年推出了一款簡化的科研醫用級的標準EEG檢測設備EPOC; 2015年推出了更加親民化的產品Emotiv Insight。https://www.emotiv.com/

🔥BrainCo 美國 非侵入式 / 推出了名為Lucy和Focus 1的兩個產品。Lucy可用來控制智能玩具、 無人機、智能家居產品等;Focus1主打教育市場。

🔥NeuroSky 美國 非侵入式 / 主打產品為MindWave,僅擁有夾在耳垂的參考電極和額頭的檢測電 極;同時生產芯片提供給其它腦機接口公司使用。

http://neurosky.com/

🔥MindMaze 瑞士 非侵入式 / 專注於將虛擬現實和運動捕捉跟大腦機器界面結合,幫助病人從創 傷中恢復。

https://www.mindmaze.com/

🔥InteraXon 加拿大 非侵入式 / 推出了Muse腦控耳機,它借助接觸前額的傳感器來讀取人腦神經元 之間交流的腦電波。

https://choosemuse.com/

🔥g.tec 奧地利 非侵入式 / 製造生產g.HIamp 等各類腦機接口設備多年,具有專業的高科技便 攜式用於多模式生物電信號採集研究的生理信號處理平台。

中國相關腦機公司

🔥念通智能 / 致力於肢體康復設備的研發生產,主要產品是腦電帽,一款eCon無 線腦電採集設備
🔥億腦科技 / 目前公司產品包括腦控康復醫療設備、腦控機器人等多場景產品。
🔥臻泰智能/是一家腦控醫療康復系統研發商,主要提供輔助交互及康復治療設 備,包括輔助行走、康復訓練等,
🔥機器人 (300024)/發佈了新產品腦波控制機器人I型和II型,主要用於心理教育與治 療領域,可用於訓練正常兒童以及自閉症、多🔥動症、智力障礙等特 殊兒童的專注能力和自我學習能力。
🔥博睿康科技/ 主要為神經科學創新研究與臨床神經疾病診斷、治療與康復提供專 業、完整的解決方案。
🔥腦陸科技/ 主要從事腦科學基礎以及類腦決策/腦電圖像等方向的研究,產品 包括心血管手術類腦診療決策系統
🔥曼安智能/ 是一家腦機接口通訊產品研發商,產品包括腦機接口的智能通訊和 控制器產品。
🔥布朗諾科技 / 是一家腦機接口可穿戴產品研發商,利用腦波反饋等技術從事腦機 接口技術的研發和設計。
🔥BeDream / 是一家智能睡眠監測設備研發商,基於腦機接口技術原理進行信息 採集。
🔥腦果 / 是一家腦機接口設備研發商,其產品可將使用者頭腦中的想法直接 轉化為文字、命令或數據並傳輸給其他用戶或設備


參考資料:

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