马斯克脑机接口_如何看待“马斯克：脑机接口或一年内植入人脑，可修复任何大脑问题”？...

自己目前研究生在读，在做的项目就是脑电采集这一块，其中也查阅了马斯克neuralink相关的文献和资料，因此从两个方面来看待这个问题：

1.技术层面的可行性

首先讲解一下马斯克neuralink的工作原理，Neuralink的研究核心主要由以下几部分

*线程(Threads)—单根多触点柔性电极，论文中一根线程中包含32个电极记录位点。

*神经外科机器人(Robots)— 将 Threads 植入皮层的手术机器人，类似于缝纫机。

*芯片(Electronics)— 将记录到的信号进行滤波，数模转换和脉冲检测(spike detection)的电子元件，代表技术为 DJ Seo 的 N1 传感器。

算法(Algorithms)— 脑机接口算法

概述——脑机接口(BMI)有望恢复感觉和运动功能以及治疗神经系统疾病，但是临床BMI尚未得到广泛采用，部分原因是适度的通道数限制了其潜力。Neuralink迈向了可扩展的高带宽BMI系统的第一步。

Neuralink构建了小而灵活的电极“线”阵列，每个阵列最多有3,072个电极分布在96个线上(脑电信号的质量决定了整个系统的性能。其核心在于电极的工艺，对于植入式电极来说，除了上面提到的生物兼容性，电极的工艺，尺寸，记录精度，触点数量，都会直接影响到脑电信号的记录。电极在保证记录精度的情况下尺寸越来越小，生物兼容性更好，侵入所带来的创伤也将越来越小，同时也能更加稳定的长期记录。Neuralink 提出的电极，Thread—“线” 让我们可以得到更多的皮层信息，且更细更软的电极极大的减小了脑损伤，N1 传感器也简化了脑机接口的设计，让脑机接口应用于生活变得更有可能。)。

Neuralink还建立了一个神经外科手术机器人，该机器人每分钟可以插入六根线(192个电极)。每条线都可以以微米级的精度单独插入大脑中，以避免表面脉管系统的侵害并针对特定的大脑区域。电极阵列被封装在一个小的可植入设备中，该设备包含用于低功耗车载放大和数字化的定制芯片：用于3072个通道的封装所占面积小于(23×18.5×2)mm3。单根USB-C电缆可提供设备的全带宽数据流传输，并同时记录所有通道的数据。在长期植入的电极中，该系统的峰值产率高达70％。 Neuralink的BMI方法在具有临床意义的包装中具有前所未有的包装密度和可扩展性

线程(Threads)线程(Threads)

上图就是neuralink中提到的Thread“线程”，线的直径宽度为 4 至 6 μm，比人的头发丝(约 75 微米)还要细，与其他脑机接口中使用的材料相比，不仅对大脑损害性更小，而且还能传输更多数据。

所谓电极(即上文中的Thread“线程”)，是用来采集脑部神经元产生的微小电流，可以记录人脑的动作电位，反应大脑活动。记录的电极越多，采集到的脑部信息越丰富，越有益于反应大脑活动状态。

Robot——“神经外科机器人”Robot——“神经外科机器人”Robot——“神经外科机器人”

上图即为neuralink为将线程“Thread”植入脑部而发明的神经外科机器人。

Robot(神经外科机器人)——由于头骨在大脑中是实时移动的，所以在插入电极的时候很可能会损坏附近血管，而robot通过实时监测与测量，可以避免电极插入时损坏大脑中的血管，造成创伤

A.装入的针夹盒。 B.低力接触式大脑位置传感器。 C.具有多个独立波长的光模块。 D.针马达。 E.插入期间聚焦在针上的四个摄像头之一。 F.摄像机具有手术视野的广角视图。 G.立体相机

插入器头还固定有一个成像堆栈(图3E–G)，用于将针引导到线环，插入目标，实时插入查看和插入验证。 此外，插入器头包含六个独立的光模块，每个模块都可以独立地以405 nm，525 nm和650 nm或白光照明(图3C)。 405 nm的照明激发了聚酰亚胺发出的荧光，并允许光学堆栈和计算机视觉可靠地定位(16×50)µm2螺纹环，并执行亚微米视觉伺服以进行引导，并通过650 nm的针进行照明。 立体相机，基于软件的单眼扩展景深计算以及525 nm的光照可精确估算皮层表面的位置Thread植入过程Thread植入过程1.插入程序通过线程接近大脑代理。i.针和套管。 ii.先前插入的线程。iii。 插入线程。 2.插入器触及大脑代理表面。 3.针刺入组织代理，将线推进到所需深度。 4.插入器拉开，将线留在组织代理中

神经外科手术机器人的工作过程大致两个步骤：1、通过计算机视觉技术以及神经外科手术医生的联合判断确定在大脑中插入电极的位置，然后描点确定(如左下动图所示)；2、机器人取线“电极”根据描点插入大脑

芯片(Electronics)

左上图为封装好的传感器设备。 A.能够处理256个数据通道的单个神经处理芯片ASIC。 这种特殊的封装设备包含12个此类芯片，总共3,072个通道。 B.聚对二甲苯-c基材上的聚合物线(也就是之前提到过的“Thread”)。 C.钛制外壳(盖子已卸下)。 D.用于电源和数据的数字USB-C连接器

芯片尺寸比手指还小，具体大小如左下示意图所示。该芯片的作用能够更好地读取、清理和放大来自大脑的信号。但目前，只能在老鼠身上进行实验，通过 USB-C 的有线连接方式传输数据。

这个芯片中集成了 1024 个 Analog pixels(“Analog Pixel”，即电极信号的放大以及A／D处理。)

Neuralink 表示，这颗定制芯片所提供的电流大约是目前最强的传感器的 10 倍。但这远远不够，这个部分的最终目标是创建一个无线工作系统。

Table 1 表示的是左上图A芯片的参数

Table 2 表示两种不同的记录系统参数模式ASIC版图ASIC版图

Neuralink大鼠实验大鼠实验

具体的“侵入”过程是，自主神经外科机器人利用计算机视觉系统来引导一根五微米厚的包含电线和绝缘材料的针头进入大脑(这样做避免破坏血管)，电线直径约为人类头发直径的四分之一，连接到不同的位置和深度的一系列电极。机器人最快每分钟可以插入 6 根包含 192 个电极的电线。 这些电极将检测到的神经脉冲传递到头骨表面的处理器，处理器能够读取多达 1536 个通道的信息，这大约是目前可植入人体系统的 15 倍。

大鼠实验结果

从植入大鼠大脑皮层的单线程(32个通道)同时获取宽带神经信号(未过滤)。 每个通道(行)对应于螺纹上的电极位置(左侧为示意图；位置间隔为50 µm)。 尖峰和局部场电位很容易看出。 右：推定波形(未排序)； 数字表示通道在线程上的位置。 平均波形以黑色显示，左边那一根就是单根Thread(线程)，其中单个线程包含32个电极记录位点。参考文献：

1、An integrated brain-machine interface platform with thousands of channels Elon Musk & Neuralink,, July 16, 2019

2、The “sewing machine” for minimally invasive neural recording Timothy L Hanson1, Camilo A Diaz-Botia2,

3、NeuroRoots, a bio-inspired, seamless Brain Machine Interface device for long-term record- ing. Marc D. Ferro et al. n: bioRxiv (2018), p. 460949.

4、2019 Neuralink 发布会

2.伦理层面的可行性

从技术层面来说，实现neuralink所描述的功能还是没问题的，首先目前的电极工艺和芯片工艺完全能够满足需求，而对于算法分析上，目前大数据和人工智能发展迅猛，基于此，后期将脑电信息与疾病监测相结合是完全有可能实现的，但前提是需要获取足够多的样本信息，即需要在足够多的人体身上进行测试实验，获取大数据进行分析。

但是以上最关键的还是要通过伦理的考验，而这一点也是马斯克在neuralink发布会上强调的一点，因此，目前最大的阻碍即伦理层面的可行性，当伦理层面得到审核通过，那应该也是neuralink开启下一阶段的关键。

总的来说，个人感觉，neuralink在一年内完成题主所描述的目标很难，但是这个目标的实现只是时间上的问题，所以大家还是往好的地方想吧，一项技术的发展也不一定有大家想象的那么恐怖，利用得到，还是能够帮助到全人类的。