马斯克的脑机接口,隐藏着人类叙事范式的重大转折
2020-08-31 11:57

马斯克的脑机接口,隐藏着人类叙事范式的重大转折

本文来自微信公众号:锦缎(ID:jinduan006),作者:九介,头图来自:视觉中国


2020年8月29日,埃隆·马斯克发布最新一代侵入式脑机接口设备,并展示了在猪脑内的初步试验成果。作为受到美国联邦政府资助的科研项目,这项仍处于雏形期的前沿技术在当前时间窗口被秀出,意义耐人寻味。


锦缎谨以公开信息资料为依托,作出以下抛砖引玉式观点,供各界探讨。


一、钢铁侠为谁代言?


“钢铁侠”埃隆·马斯克2016年7月牵头成立Neuralink,整4年之后,这家致力于脑科学混合智能技术的公司,发布了可实际运作的脑机接口设备Link V0.9。


作为Neuralink的主要投资者,马斯克被视为当今世界脑机接口技术领军者,实际并不实至名归。在他背后隐藏8位杰出科学家,一并构成Neuralink的联合创始人阵营。


图1:马斯克演示Neuralink的脑机接口技术。


相比以这8位人士为基石的科研团队,马斯克更像一位前台代言人。


这8位科学家分别是:


  • Paul Merolla,IBM “SyNAPSE计划”(复制人脑计划)首席芯片设计师。

  • Vanessa Tolosa,全球生物相容微电极领域重要的研究者之一。

  • Max Hodak,Tranic(美国一家生命科学机器人云端实验室)创始人。

  • Dongjin Seo,神经尘(neural dust,一种超小型超音波传感器)发明者。

  • Ben Rapoport,一位拥有电子工程博士学位的神经外科医师。

  • Tim Hanson,材料科学与微制造专家,被誉为“地球上最好的全能工程师之一”。

  • Flip Sabes, 加州大学旧金山分校医学中心主管研究员,专精于皮质生理学、理论建模和人类心理生理学。

  • Tim Gardner,前波士顿大学主管研究员,神经活动模式关系专家。


全美(甚至全球)8位各领域顶尖人士能够与马斯克建立统一战线,其中的粘合剂决不止是金钱与后者的商业名望,底层逻辑在于国家利益。实质上,Neuralink实质承接的是美国1989年提出的脑科学计划,这项计划具有深刻的“军民融合”(政企融)性质。


2016年Neuralink成立,这个时间点正是马斯克的SpaceX开创火箭从太空直接垂直回收历史的次年。这项技术最终夯实了马斯克在NASA及联盟政府心智中的地位。与SpaceX项目如出一辙,Neuralink项目仍是当代美国最重大的军民融合项目之一,背后均受益于联盟政府的资金资助与政策指引。


关于脑机接口技术,相比于公众更愿意看到的其或为人类生命科学带来的益处,这一潘多拉魔盒里还满盛着晦暗:2019年5月23日,美国《Popular Science》月刊网站曾报道,美国国防部高级研究项目局正在出资请科学家研发通过遗传工程改造的人脑、纳米技术和红外线等工具来立即了解士兵的想法,最终目标是打造可以用意识控制的武器。


故而可知,从SpaceX到Neuralink,马斯克既有天选之子一面,也有美选代言者一面。最终那一面能给占据博弈上风,值得警惕。


某种程度上,在2020年这一特殊年份,马斯克代言的Neuralink脑机接口技术获得FDA快速豁免,被极为立体地抛向公众领域,成为当代最重磅科研成果之一,客观上将极大提振美股市场士气。谁将因此成为最大受益者,以及马斯克将从中“收割”哪些利益,同样耐人寻味。


二、核心技术是什么?


Neuralink脑机接口设备主要涉及4项发明专利技术:


1. 用于接收和处理由电极捕获的脑物质中的神经事件的芯片(申请号:US20190286592A1)


2. 使用计算机视觉技术的机器人手术系统和方法(申请号:US20200085508A1)


3. 柔性电极丝(threads)及电极阵列制造防范(申请号:US20200085375A1)


4. 一种将装置植入生物组织(例如脑组织)的系统和方法(申请号:US20200086111A1)


以马斯克的时间表为参照——2045年开发出全脑接口,这4项发明专利,向我们揭示出了未来25年一个主流投资路径:基于半导体、人工智能及生物医学科技的混合智能


就当下而言,脑机接口雏形阶段的混合智能维度里,相对最“简单”的技术是芯片,相对最难的技术依次为柔性电极丝(threads)、机器人手术技术及植入生物组织方法。


【1】芯片


Neuralink脑机接口所使用的芯片是特别定制的专用集成电路芯片(ASIC),与柔性电极丝列阵连接。


该芯片包括与放大器阵列通信的配置电路和控制器。其中,配置电路被配置为接收程序指令和指示放大器的电压阈值,并指示控制器仅传递来自放大器的特定行和列的信号;而控制器则与放大器阵列通信,将神经电压信号打包成数据包。


由于每个芯片仅被配置为与有限数量的电极通信,但脑机接口需要许多个电极来覆盖大脑,因此脑机接口需要大量芯片来处理来自所有电极的所有信号。


目前的Neuralink脑机接口芯片组包含12个芯片。每个芯片均集成了256个独立可编程放大器,能够处理256个通道的数据。12个这样的芯片,总共有3072个通道,可读取3072个电极的信息。


图2:Neuralink植入脑机接口的芯片


2019年,来自中国天津大学的明东教授团队,亦曾发布了世界首款脑—机编解码集成芯片——“脑语者”。明东是中国脑机接口领域最活跃的研究者,其团队目前相关发明专利申请的公开数量是中国最多的。


【2】柔性电极丝(threads)


柔性电极丝(threads)是Neuralink脑机接口设备最具壁垒的核心技术,是连接大脑生物组织的桥梁,是接收和反馈脑电波的通路。


在大脑的生物组织中植入电极,面临的主要难题在于电极会引发生物组织炎症甚至对其造成损害,从而使生物组织的精确研究、诊断及医学治疗复杂化;此外,免疫反应以及植入部位周围组织的生长,也会降低植入电极的长期生存能力和稳定性。


Neuralink所发明的柔性电极丝(threads),所制造出的电极可以非常小、薄且柔软,最大程度地减少了插入伤口,使目标组织在植入的电极周围生长,改善了电极触点与目标部位之间的距离,并允许更多数量的电极被植入。目前的植入成功率达到87%。


图3:Neuralink脑内植入电极丝后的照片


Neuralink柔性电极丝宽度在4~6微米之间,触头的典型尺寸为10微米,并且各个列阵电极触头的面积小于350平方微米,每个阵列的96根丝中多达3072个电极。这样的特征尺寸,可以提高目标组织中细胞在电极阵列周围生长和彼此通信的能力,并提供机械缓冲。


柔性电极丝的制造依赖于光刻机、刻蚀机、蒸镀机、光刻胶等设备及材料。为了保障生物相容性,柔性电极丝使用的电介质包括聚酰亚胺、环氧、聚对二甲苯、聚对二甲苯和丙烯酸等化学材质。


从目前已知的实验判断,Neuralink是为数不多掌握脑用柔性电极丝(threads)制备技术的团队。


【3】机器人手术系统及植入方法


如上所述,柔性电极丝又软又薄且需求又多,故而难以通过常规外科手术植入,其87%的成功植入率主要得益于Neuralink自主研发的机器人手术系统。


该机器人每分钟最多可以植入6根丝(最多192个电极)。每根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。


该机器人手术系统的视觉定位原理为:使用特定颜色的光(近紫外波长在390纳米至425纳米之间的红光或绿光)照亮机器人末端执行器的金属部分,以更好地对比边缘和特征,并基于目标组织的轮廓图像和电极的三角位置,引导机器人组件实施手术植入电极。


图4:Neuralink机器人手术系统的外观示意图。


这套机器人手术系统,除了以CPU为核心的电脑系统之外,最重要的部件还主要包括由多台高分辨率摄像机、照相机及大量传感器构成的视觉系统,以确保植入过程中不损坏血管或组织。


在此之外的重要部件则还包括一个与探针可逆地啮合的针、探针盒以及一个固定针的机械臂。


以上,一个具体的电极及芯片植入流程基本是这样的:


1. 探针通过临时附接表面耦接到探针盒,同时将IC芯片耦合到探针盒的紧固件;


2. 对与探针可逆地接合的针进行配置,对机械臂进行配置,对照相/摄像头进行配置;


3. 用针头和探针刺穿生物组织,,拔出针头,同时将探针以约一至约三毫米的深度留在生物组织内;


4. 从探针盒中取出IC芯片,使IC芯片留有生物组织,同时IC芯片仍拴在探针上。


三、全球进入科幻叙事时代?


尽管在Neuralink脑机接口设备上,马斯克扮演的是一个前台代言人角色;但不可否认的是,从特斯拉的储能及自动行驶技术,到SpaceX的空天技术,再到Neuralink的脑科学技术,钢铁侠正在通过其非凡的勇气引领他的同类开启第四次科技革命的序幕。


而在这一巨大幕布内衬里,则隐藏着人类叙事范式的重大转折。


尤瓦尔.赫拉利在其《人类简史》中总结到:人类的认知革命靠讲故事驱动。马斯克恰好是最新一个注脚。


无论是道格拉斯·亚当斯《银河系漫游指南》被其视为探索宇宙的原动力,还是阿西莫夫《银河帝国:基地》被猎鹰九号于2018年被送上太空,科幻文学——这种求解“人类走向何处”这一第一性问题的叙事范式,正通过马斯克的商业成就与影响力向人类社会施以无远弗届的影响。


图4:阿西莫夫《银河帝国:基地》系列文学作品。


灯塔国的技术成就与其文化领域的创意互为倒影,从《星球大战》到《黑客帝国》到《盗梦空间》再到漫威宇宙,虚幻与真实互为进化之源,一边是硅谷一边是好莱坞,引得无数青年才俊蜂拥而入。


直至2015年8月,刘慈欣《三体》荣膺雨果奖获奖,当周搜索指数飙升至近14万,中国科幻始从小众破茧,向主流涌动开去。


又到了2020年8月,国家电影局、中国科协联合印发“科幻十条”,提出将科幻电影打造成为电影高质量发展的重要增长点和新动能。由此,武侠清宫让位星辰大海的时代该来终来。


资本市场向来见微知著,我们是否可以预见:在两大科技大国共同选择下,在空天与人脑这两大十万亿级市场预期指引下,未来60年(一个康波周期),人类文明将正式蹩进科幻叙事的范式之中?


本文来自微信公众号:锦缎(ID:jinduan006),作者:九介

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