马斯克的脑机接口公司 Neuralink：能做什么，不能做什么？（上）

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编者按：马斯克有着非凡的推销能力和创新执行能力。这让他吹过牛一个接一个地实现。他的最新进展是脑机接口技术公司Neuralink融医疗设备、脑外科、机器人技术、神经科学和机器学习于一身的神经植入物Link。这个东西现在能做什么？不能做什么？未来可能做到什么？针对这些问题，身为科学家和工程师的Thomas Smith进行了解读。原文标题是：A Scientist and Engineer Explain Everything Elon Musk’s Neuralink Can (and Can’t) Do。篇幅关系，我们分两部分刊出，此为上半部分。

划重点：

从马斯克的演示很难看出，他讨论的是一种今天已经实现的真正技术，还是仍然需要数十年才能实现的理想愿景

Link是带有连接线植入到大脑的Fitbit，相对于现有植入物有了不少渐进性的改良

Neuralink有可能利用这种设备为截肢者造出跟大脑相连的人造肢体，恢复触觉

Link只实现了跟大脑皮质表面的对接，无法解决记忆丧失、抑郁、焦虑、失眠、成瘾等问题

8月底的时候，超过15万人观看了脑机接口公司Neuralink演示最新技术的了网络直播。由埃隆· 马斯克（Elon Musk）创立的这家秘密的创业公司计划用微型的大脑植入物将人类与AI融合到一起。

观看者享受到了自己最近记忆中最引人入胜、最奇特的一场技术演示之一，他们看到了神经外科手术机器人，对活体大脑尖峰神经元的实时刺激，以及穿着定制的运动外套的亿万富翁偷偷地跟一头塔姆沃思猪交谈的奇特景象，看起来他似乎想哄它该上台表演了（“来吧，Gertrude，我们这儿有好吃的！”）。

马斯克是一位天才的表演者，以表演特技著称，比方说把自己的Tesla汽车发射到太空，卖真能用的火焰枪来给他的挖隧道企业宣传。不过从这次他的舞台效果很难看出，他讨论的是一种今天已经实现的真正技术，还是仍然需要数十年才能实现的理想愿景。Neuralink 还是一家极其复杂的公司，融医疗设备、脑外科、机器人技术、神经科学和机器学习于一身。这使得了解它的技术变得更加困难。

我拥有约翰·霍普金斯大学认知科学（神经科学和语言学）学位，在AI方面有十年的经验。我的朋友，合著者Chris Chiang（也来自霍普金斯）拥有生物医学工程学位，在过去八年的时间里一直从事医疗设备领域的工作。马斯克的演讲甚至还没有结束，我们就开始开始研究Neuralink的演示到底展示了什么东西了。它的技术的哪些部分对医学是有用的？自上次的2019年他们分享设备的详细信息以来，公司做出了哪些改变和牺牲？我们什么时候会实现心灵感应？这对计算机连接大脑的未来来说意味着什么？

不过从这次他的舞台效果很难看出，他讨论的究竟是一种今天已经实现的真正技术，还是仍然需要数十年才能实现的理想愿景。

Neuralink技术的核心是Link，硬币大小的植入物，马斯克在演示中对Link的描述是“带有连接线，植入大脑的Fitbit”。就像通过无线方式充电的手机一样，Link通过电磁感应充电，其厚度跟人的头骨（8毫米）大致相当。Neuralink 用的是定制外科手术机器人来安装Link。这种机器人在操作上有点像缝纫机。机器人会先在头骨上钻一个洞，然后将Link塞进去，就像给酒瓶塞塞子一样。然后再用设备把头皮缝合起来，让Link不可见。马斯克在演示中曾打趣说，自己脑袋上说不定就已经悄悄地装了一块Link。

Link的底部有1000多个细小电极，这些电极组织成了一根根的“线”，每根线大约是5微米宽——相当于人的头发厚度的1/20。机器人会把这些电极插入到大脑的皮层表面，让Link设备既可以读取皮质的电脉冲，又可以将信号“写入”到大脑当中。马斯克称整个安装过程（在演示时播放了一段简短的视频）“不算太麻烦”。机器人会把一个接一个的电极快速地插入到活体大脑，并且会躲避血管以最大程度地减少出血。

Neuralink的机器人把电极线插入活体大脑。

让机器人用缝纫针反复刺入你的大脑似乎令人毛骨悚然，但Neuralink需要机器人这个外科医生，因为Link的电极线很小，操作时必须避开大量的细小血管，而且需要插入大量的电极。Neuralink的机器人的“手”甚至比最优秀的人类外科医生的手还要稳定。手术期间，熟练的显微外科医师的手摆动的最小距离约为50–100微米。可当你安装的是5微米宽的电极时，这样的摆动幅度仍然太大。

为了让植入过程对脑部造成的损伤最小化，也少不了机器人的帮忙。在植入Link的时候如果击穿血管的话不仅会导致附近的神经元萎缩，而且设备的信号质量也会逐渐下降，甚至可能严重损害血脑屏障。避免这种情况尤为重要，因为血脑屏障被破坏是很多神经退行性疾病的根本原因，比方说阿尔茨海默氏症，帕金森氏症和多发性硬化症。

Neuralink 声称，这种植入手术大约需要一个小时，并且可以在不进行全身麻醉的情况下在门诊即可进行。该公司还声称这一过程完全是可逆的（但是，如果用户取出设备的话，头骨上会有一个洞）。马斯克希望用户能像我们今天升级iPhone一样每隔几年就对植入的Link进行一次升级。

这已经带来了一些引人注目的可能性，同时也可能会带来一些令人担忧的风险和挑战。跟现有的神经植入物（是的，这玩意儿已经有了）相比，Link令人印象深刻。Link的竞争对手Utah Array是一种用于神经植入物的系统（马斯克在演示里面曾提到过）。这种系统通常要连接到头骨上的一个笨重的盒子上，而且还需要外接大量硬件和电缆。此外，还必须由熟练的外科医生来安装（手术手册有41页厚）。

像Utah Array这样的神经植入物还存在重大风险，包括在安装手术期间至少有1％的中风风险，安装后感染的风险最高可达5％，这种风险程度一般都需要临时移除至少一部分植入物。由于Link是完全嵌入到皮肤下面并以无线的方式传输数据的，所以细菌可利用该设备慢慢感染大脑的渠道很少。

类似Utah Array这样的现有设备的电极也很笨重，而且通常必须安装在大脑特定的一小块区域内，还必须均匀覆盖。相比之下，Link可以利用线缆把电极散步在多个相邻区域内，这样一次性能访问更多的大脑区域。Utah Array的电极也少得多——一般是256个，而Link的电极则为1000+。就像摄像头传感器的像素数量一样，更多的电极意味着更高的数据分辨率，并有可能更好地了解大脑的活动。值得注意的是，相对于头皮EEG等非侵入性的大脑解读技术（探测活动发生在头皮而不是大脑），Link有着更好的分辨率。

Neuralink的机器人的“手”甚至比最优秀的人类外科医生的手还要稳定。

自从2019年那场演示以来，Neuralink对Link初始版本的诉求已经发生了巨大变化。刚开始的时候，马斯克曾打算让Lin的电极延伸到大脑深处，进入到类似边缘系统（有调节情绪功能，影响成瘾和焦虑）等区域及其子系统海马体（负责长时记忆等功能）。不过，就像我们在演示所看到的那样，他们的团队这次只是局限在跟皮质表面对接，这一区域位于大脑外表面，更容易打交道。

这意味着马斯克在演示里面承诺的很多治疗方法和能力仍需要数年才能实现。如果没法访问大脑深层区域的话，Neuralink就很难解决记忆丧失、抑郁、焦虑、失眠、成瘾或者很多的中风问题，马斯克吹嘘的让大脑“下载”新技能就更不用说了。比方说，像黑客帝国那样把技能下载给大脑可能要能访问参与程序记忆形成过程的基底神经节。但这种结构位于皮质表面之下的大脑深处，目前这代Link很可能鞭长莫及。

Neuralink 希望能够治疗的疾病。（失忆、失聪、失明、瘫痪、抑郁、失眠......）

尽管如此，皮质表面也仍然有很多工作可以做。比方说，初级躯体感觉皮质位于大脑的顶叶上，Neuralink的设备很可能可以进入到这一区域。它处理的是实现身体感觉的“输入”，包括本体感觉（感受身体在空间的位置）、疼痛、触摸以及温度。同样，初级运动皮质也可能是访问得到，这种皮质控制肢体、躯干、眼睛及其他身体部位的移动所需的“输出”。这两个区域在物理上跟身体的各个区域有映射关系，所以电极的放置会相对简单。

将这两个区域的Link植入物连接起来可提供一些强大功能。比方说，Neuralink有可能利用这种设备为截肢者造出跟大脑相连的人造肢体。假肢上的传感器可以无线连接到Link，再将信号发送给初级躯体感觉皮质，让假肢有逼真的感觉。同理，Link也可以从初级运动皮层读取信息，并将这一区域的信号转换为移动假肢的指令。

最终结果会是患者可以用大脑控制的人造肢体，触觉得到恢复，这对于精细运动技能来说至关重要。实际上，其他的脑植入物已经证明了这一点。马斯克的演示也暗示了这个方向。在演示中，植入例Link的猪在跑步机上行走，而屏幕上的图形则根据从大脑读取的信号显示出猪腿部的预测位置，预测结果跟实际的运动位置耦合得很好（尽管不是很完美）。Link的小尺寸、更高的分辨率以及无线功能有可能给患者带来更好的精细运动控制，更逼真的感觉，而且跟现有设备相比，还减少了外置盒子和电线。

也可以利用类似的技术来绕过脊椎受损的神经，恢复截瘫患者的感觉和活动。Neuralink 已经暗示治疗瘫痪会是这种技术在人身上的第一批应用。很有可能正是因为这种可能性及其潜在影响，导致美国食品和药物管理局（FDA）为Link授予“突破性设备”的称号，这也让Neuralink在FDA的审核流程上拥有了优先权，并且拥有跟FDA额外的互动方式，从而更快地收到反馈。

Link还可能跟皮质表面的其他大脑区域（比方说初级听觉皮层和初级视觉皮层）连接。这些区域分别包含听觉谱和视野的物理映射。这区域比大脑的感觉和运动区域还要复杂，因此Neuralink 不大可能在不久的将来将图像叠加到我们的视野当中，或在我们的脑海里播放音乐。但是，即便是现在这个版本的Link，也可能用一种生硬的方式刺激这些区域，从而产生只有你才能感觉得到的闪烁、声音或色彩。这个可以用来通知你发生了某种事件，比方说你手机收到了短信或者你的Tesla前方道路上即将出现路障。

稍微深入一点大脑的话，Link甚至有可能刺激接收与味觉相关的输入的初级味觉皮层。当用户吃西兰花或其他健康但相对乏味的食品时，Link可以刺激味觉皮质里面的甜味神经元，让人产生自己正在享用美味甜点的印象。这乍看之下似乎很愚蠢，但是对于在化疗期间经常难以吃饱癌症患者来说，提高胃口已被证实是一种行之有效的疗法。

译者：boxi。