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Neuralink展示了其下一代脑机接口

由埃隆·马斯克(Elon Musk)支持的Neuralink的科学家在该公司位于加利福尼亚州弗里蒙特的总部在线进行的会议上发布了最新进展。在成立于2016年的Neuralink(旨在创建脑机接口)公布其愿景,软件和可植入硬件平台之后仅一年多了。今天讨论的几乎没有什么令人惊讶的,但是它提供了确保大流行不会阻止Neuralink实现其目标的保证。

现场演示在屏幕上显示了猪脑中的读数。当猪用口鼻部接触物体时,Neuralink技术捕获的神经元(两个月前已嵌入猪脑中)在电视监视器上以可视化方式发射。这本身并不是新颖的-内核和Paradromics是开发可读取大脑的神经芯片的众多公司之一-但Neuralink独特地利用“缝纫机”外科手术机器人利用像玻璃纸一样的柔性导线插入组织中。马斯克说,Neuralink于7月份获得了突破性设备称号,并正在与美国食品药品监督管理局(FDA)合作进行四肢瘫痪患者的未来临床试验。

Neuralink的创始团队成员Tim Hanson和Philip Sabes都来自加利福尼亚大学旧金山分校,他们是加州大学伯克利分校教授Michel Maharbiz的技术先驱。马斯克称今天展示的版本为“ V2”,它比去年展示的有了改进。他相信,有一天有可能在不使用全身麻醉的情况下,在一小时内将其植入人脑。他还说,如果患者希望升级或丢弃该接口,将很容易移除并且不会造成持久的损坏。

V2

Neuralink与总部位于旧金山的创意设计咨询公司Woke Studios合作,设计了机器人缝纫机的塑料外壳(而不是技术组件)。该机器采用光学相干断层扫描技术进行实时大脑跟踪,并使用五个运动轴访问患者头部周围的植入物位置,并使用150微米的夹持器使用40微米的针头来抓取和释放螺纹。

一年多以前,Woke开始与Neuralink合作研究2019年推出的入耳式概念Neuralink,不久之后两家公司重新投入使用手术机器人。

“设计过程是我们Woke Studios的设计团队,Neuralink的技术人员与享有盛名的外科顾问之间的密切合作,他们可以为手术本身提供建议,” Woke首席设计师Afshin Mehin通过电子邮件告诉VentureBeat。“我们的职责特别是要采用可以执行该程序的现有技术,并使其与我们的医学顾问的建议以及此类设备的医学标准相抵触,以创建可以执行脑植入的非威胁性机器人。”

手术包括三个部分:打开,插入和关闭。神经外科医生负责开放,这涉及在皮肤上创建一个切口,并去除一小块头骨和附近的硬脑膜。然后,机器人使用其摄像头和传感器将电线(或线,如Neuralink称为线)插入大脑,同时避免脉管系统深达6毫米。(尽管机器人可以物理上更深地插入,但尚未经过测试,Neuralink发言人通过电子邮件告诉VentureBeat。)最后,外科医生将植入物固定好,以便替换掉摘下的头骨并关闭。

这些导线(占人发直径的四分之一(4至6μm))连接到位于不同位置和深度的一系列电极。在最大容量下,机器可以每分钟插入6条包含192个电极的线。

一次性使用的袋子在机器头部周围附有磁铁,以保持无菌性并允许清洁,而附在机械固定装置上的桌子可确保患者的头骨在插入过程中保持在原位。机器的“主体”连接到基座,该基座为整个结构提供加权支撑,隐藏了使系统运行的其他技术。

Mehin讨论了原型是否会进入诊所或医院的问题,但他指出该设计旨在“大规模”使用。“作为工程师,我们知道可行的方法以及如何以一种易于理解的方式传达设计需求。同样,Neuralink的团队能够发送高度复杂的原理图,我们可以使用这些原理图。”他说。“我们认为这是一种可以存在于实验室之外并适用于许多临床环境的设计。”

链接

正如Neuralink去年详细介绍的那样,它的第一个为试验设计的脑内接口-N1,也称为“ Link 0.9”-包含ASIC,薄膜和可以与1,024个以上电极连接的密封基板。一个大脑半球最多可以放置10个N1 / Link接口,最好在大脑运动区域中至少放置四个,在躯体感觉区域中至少放置一个。

马斯克说,与2019年展示的概念相比,该界面已大大简化。它不再需要坐在耳朵后面,它现在是一个大硬币的大小(宽23毫米,厚8毫米),并且电极需要进行所有布线在设备本身一厘米内连接。

在演示过程中,装有植入物的猪(名为Gertrude)在与另外两只猪的笔相邻的笔中用鼻子抚摸着处理者,其中一只装有芯片,后来被取下。(第三只猪作为对照,没有植入芯片。)马斯克解释说,猪的硬脑膜和头骨结构与人类相似,可以训练它们在跑步机上行走并进行其他有益的活动。实验。这就是为什么Neuralink选择它们作为继老鼠和猴子之后的第三只接受植入动物的动物。

Musk在流中重申,Neuralink的原型可以一次从许多神经元中提取实时信息。电极将检测到的神经脉冲中继到处理器,该处理器能够从多达数千个通道读取信息,这大约是当前嵌入在人体中的系统的15倍。它符合科学研究和医学应用的基准,并且可能优于比利时竞争对手Imec的Neuropixels技术,后者可以一次从数千个独立的脑细胞中收集数据。马斯克说,Neuralink的商业系统可以在96个线程上每个阵列包含多达3072个电极。

该接口包含惯性测量传感器,压力和温度传感器,以及一个可以“全天”持续充电和感应充电的电池,以及模拟像素,该像素在将神经信号转换为数字位之前对其进行放大和过滤。(Neuralink断言,模拟像素至少比现有技术小5倍。)一个模拟像素可以每秒捕获20,000个样本的整个神经信号,分辨率为10位,从而为每个像素提供200Mbps的神经数据记录的1,024个频道

信号放大后,将通过片上模数转换器对信号进行转换和数字化,该芯片可直接表征神经元脉冲的形状。根据Neuralink的说法,N1 / Link仅需900纳秒即可计算出传入的神经数据。

N1 / Link将通过蓝牙通过皮肤与距离最远10米的智能手机无线配对。Neuralink声称植入物最终将可以通过应用程序进行配置,患者可以控制按钮并将输出从手机重定向到计算机键盘或鼠标。在今天的会议上播放的预录视频中,显示了N1 / Link向一种算法提供信号,该算法可以“高精度”预测猪四肢的位置。

Neuralink的更高目标之一是允许四肢瘫痪者以每分钟40个单词的速度打字。最终,马斯克希望Neuralink的系统将用于创建他所描述的“数字超级智能[认知]层”,从而使人类能够与人工智能软件“融合”。他说,单个N1 / Link传感器可能会影响或写入数百万个神经元。

潜在障碍

高分辨率脑机接口(BCI)异常复杂-它们必须能够读取神经活动,以挑选出哪些神经元组在执行哪些任务。植入的电极非常适合这种情况,但是从历史上看,硬件的局限性导致它们与大脑的一个以上区域接触或产生干扰性的疤痕组织。

随着精细的生物相容性电极的出现,这种情况发生了变化,这种电极可限制疤痕形成并可以精确地靶向细胞簇(尽管仍然存在耐久性方面的问题)。不变的是缺乏对某些神经过程的了解。

很少在大脑区域(例如前额叶和海马)中分离活动。相反,它发生在各个大脑区域,很难固定下来。然后是将神经电脉冲转换成机器可读信息的问题-研究人员尚未破解大脑的编码。视觉中心产生的脉冲不同于语音表达时产生的脉冲,有时很难识别信号的起源点。

Neuralink还需要说服监管机构批准其设备进行临床试验。脑机接口被认为是需要获得FDA明确同意的医疗设备,这可能既耗时又昂贵。

也许可以预料到这一点,Neuralink已经表示有兴趣在旧金山开设自己的动物测试设施(尽管Neuralink的发言人说报告“不正确”),并且该公司上个月发布了一份工作清单,列出了在手机和手机方面有经验的候选人。可穿戴设备。在2019年,Neuralink声称对动物进行了19次手术,并大约87%的时间成功放置了电线。

前方的路

这些障碍并没有阻止Neuralink,Neuralink拥有90多名员工,已获得1.58亿美元的资金,其中至少包括Musk的1亿美元。但是,STAT新闻所描述的“混乱的内部文化”可能加剧了挑战。Neuralink发言人在回应STAT时说,STAT的许多发现“部分或完全错误”。

尽管Neuralink预计插入电极最初将需要在颅骨上钻一些孔,但它希望很快使用激光在一系列小孔上刺穿骨头,这可能为减轻帕金森氏病和癫痫病等疾病的研究奠定基础,并有助于身体残疾患者可以听,说,移动和看。

这听起来可能不那么牵强。哥伦比亚大学的神经科学家已经成功地将脑电波转换为可识别的语音。加利福尼亚大学旧金山分校的一个团队构建了一个虚拟声道,该虚拟声道能够通过进入大脑来模拟人类的言语表达。2016年,大脑植入物使截肢者能够移动假肢手的各个手指并保持自己的思想。实验界面使猴子能够控制轮椅,并且只用他们的头脑就能以每分钟12个字的速度打字。

“我认为在发布时,这项技术可能会……相当昂贵。但是价格会迅速下降,”马斯克说。“包括手术……我们希望将价格降低到几千美元,诸如此类。应该有可能获得与Lasik [眼科手术]类似的效果。”

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