文 | 硅谷101，作者｜泓君，编辑｜Daisy
在头骨上钻个孔再植入一枚芯片，人机互通之后，你可能将拥有以前没有的“超能力”，你乐意吗？
对付普通人来说，脑机接口一贯是一个充满着科幻感的神秘观点。而近年来，随着技能的进步，“人脑与机器交互”的未来正在走入现实。个中，马斯克与多名科学家一同创办的脑科学公司Neuralink的干系进展备受关注。
从2019年开始，Neuralink先后公布了其在猴子、猪身上所做的脑机接口的实践，每一次都能引起巨大轰动。而就在今年1月29日，马斯克宣告Neuralink首次将芯片植入到了人类大脑之中。他还表示，未来脑机接口技能将利用到帮助瘫痪患者规复运动功能，治愈帕金森病、阿尔茨海默病等脑部疾病，以及帮助规复失落明患者视力等领域。
图片来自马斯克官方X个人账号
人类大脑是天下上已知的最前辈和最繁芜的器官，但随着一代又一代科研事情者的努力，关于大脑的诸多谜团如今也正在被正在被逐步揭开。本期节目，我们约请到了斯坦福电子专业博士在读、从事视网膜脑机接口系统设计研究的Pumiao Yan，她的互助导师Krishna Shenoy就曾亲自帮助一位69岁高位截瘫的患者进行过脑机接口的手术。那么，比较过去的脑机接口技能，Neuralink有哪些不同与进步之处？人类离让盲人重现光明的真正运用还有多远？下面，让我们一起走进脑机接口的天下去一探究竟。
以下是部分对话精选：
01 Neuralink技能的进步与不同之处
《硅谷101》：关于脑机接口和脑电波的研究实在已经持续了很多年，你的导师Krishna Shenoy也曾亲自为一个 69 岁高位截瘫患者做过脑机接口手术。我们理解到过去的脑机接口紧张是基于一种叫做犹他阵列的技能，那么比较于此前的技能，Neuralink和新一代的脑机接口公司做芯片植入的事理跟过去的犹他阵列有什么不同吗？
Pumiao Yan：的确关于脑机接口的研究可以追溯到上世纪 50 年代了，最早的技能便是以犹他阵列为主。犹他阵列是为数不多的FDA（美国食品药品监督管理局）已经批准可植入到人体的技能之一，并且许可能做永劫光乃至超过10年以上的植入。但犹他阵列技能存在几个问题：首先，它的电极的大小要好比今的这些技能大很多，以是会导致很多如神经的疤痕增生等排异反应。此外，犹他阵列的形态是不能够做到完备可植入的，也便是说植入之后脑上还会有一个接口，每次在读取大规模数据的时候须要接入一个接线，然后才能够去做后面的解码。
Neuralink目前则是在几个纬度上向前发展了。首先他们让神经微纤能够大规模地植入到人脑，目前已经做到了上千个电极的规模，这样就能够获取到更多阵列旗子暗记、跟更多的神经细胞进行交互，从而能够实现的功能也就更多。其余便是从工业的角度，他们能够做到完备封装，并以稳定器件的形式完备植入到大脑，因此也减少了很多的安全风险，这是他门花了很多精力去做的。
《硅谷101》：也便是说以前脑机接口的旗子暗记可能不足稳定，但新一代的脑机接口的技能的旗子暗记更加稳定清晰，此外便是技能的安全性比较于犹他阵列更好，对吗？
Pumiao Yan：目前只从排异反应的角度来说是这样的，实现完备封装能办理一些如炎症反应或者是传染的风险，比较半侵入式来说一定是减少了一部分的安全隐患。但并不能够担保现在Brain chip是完备安全的，新技能是否会带来其他问题，这个可能还要再连续不雅观察，看它有没有后续的长期实验报告。
《硅谷101》：脑机接口目前包括非侵入式、侵入式、半侵入式等几种不同模式。非侵入很好理解，便是没有任何伤口，而是通过在脑部贴32-64个传感器。侵入式也很好理解，就比如Neuralink这种挖掉一小块头骨再埋入芯片。那么，半侵入式是什么呢？
Pumiao Yan：半侵入式大略来说便是还是会须要手术，无论是微创手术还是大型的开颅手术，但它不须要电极深入到你的大脑皮层里面，而是产生一种脑皮层电极，比较完备侵入，它产生的旗子暗记没有那么高的信噪比，旗子暗记质量相对来说要弱一点。目前还有一种比较新兴的半侵入式技能叫参与式脑机接口，便是通过大的血管去把一个网状的电极附着在这个血管周围。
《硅谷101》：我们知道最近Neuralink宣告首次实现了人体实验，那么这次植入人体的是一个什么样的设备呢？跟以前的设备比好在哪里？由于我知道你是做视网膜芯片的，也做硬件干系的设计。
Pumiao Yan：实在每次Neuralink网站上都会做很好的图解，这次植入芯片叫The Brainchip，全体大小大概和一个硬币差不多。设备内部的核心是它的接口芯片CMOS chip，能够支持大规模的读取芯片去进行旗子暗记采集、旗子暗记处理以及传输等。再往上便是有一个电池进行全体系统供电，然后再把它们整体封装起来。在做脑机接口的植入的时候，会把你大脑的颅骨切开一个跟设备比较靠近的、硬币大小的空口，然后把这个设备固定在里面，再对接到它的电机上。
图片来自Neuralink官网
跟以前的设备比较，他们这次把设备做得更小、更紧凑、更精确。其余，由于他们花了很大的精力去研发手术机器人，以是目前也能够在很短的韶光内做大规模的上千个电极、可能对应几十个微纤的精确植入，并且能够批量地完成。也便是说，在手术机器人的帮助下，未来在做这种类型的脑肌接口手术的时候就可以不再完备依赖于某个履历丰富的年夜夫，而是由机器来完成。这实在也是创业公司会考虑的事情，由于他们的职员流动性相比拟较大，他如果想要对成百上千的患者进行手术，就不能只指望某一个年夜夫一贯来做所有的事情。
《硅谷101》：那这次的植入他们想要实现的也是让病人用意念来打字吗？
Pumiao Yan：他们这次的植入更多的是先看植入往后的稳定性，便是证明能够做人体实验。首先可能还是会从能不能够读取信号、以及这个旗子暗记的稳定性怎么样开始，接着再看这个患者能不能够做屏幕打字或者是鼠标掌握这种大略的任务，然后再去逐步地做更多。这次的人体实验比较里程碑式的地方更多的在于它的安全性，以及看它的设备稳定性。
《硅谷101》：除了Neuralink之外，Synchron公司是通过血管来做脑机接口，把一个设备打到血管里面。这种办法相较于Neuralink的脑部接口的办法有什么不一样呢？
Pumiao Yan ：这实在便是我刚才讲到的这种参与式的设备，也是属于半侵入式。它是直接通过微创手术，把一个网状的电极附着在大血管上，然后从大血管里面到脑部。但这种办法的植入的位置会受到血管位置的掌握。只能够是沿着血管，而不能更精确地达到大脑皮层的某一个功能区，由于那个地方可能只有小血管。此外Synchron 这种网状电极，目前所看到的电极数量比较Neuralink要少一些，它能够对应到的附近的细胞也就相对来说要少一些。
02 脑机接口如何能让盲人重见光明？
《硅谷101》：你现在的紧张研究方向是视网膜的脑机接口，目标是让一部分失落明的人通过脑机接口技能看到光明。能不能讲讲现在的研究进展到哪一步了？我们间隔让盲人重见光明还有多远？
Pumiao Yan ：我读博的课题是人工视觉。事理实在便是把一个类似于脑机接口芯片的电极植入到视网膜上面，我们叫视觉解析，也便是把之前对光感的细胞会产生的电旗子暗记用脑机接口去仿照出来，在视网膜上采集到对应的电刺激往后再传输给大脑。
我之所选择做视网膜研究，包括现在更多的创业公司也开始做视网膜研究的一个很大的缘故原由在于，视网膜在完备离体的48 小时之内可以保持存活，我们有很多的研究可以只针对视网膜组织去进行实验、刺激，然后看它的反应，以是我们对付视网膜的理解要更精确。很多人可能会大略地认为我们的视网膜和一个相机很像，但实在不是的，我们的视网膜实在有不同种类的神经细胞。比如有些视网膜细胞只对光的增强有反应，有一些只有变暗的时候才会有反应，或者只针对一些动作才会有反应。以是当我们想去复制和仿照视网膜的旗子暗记的时候，我们要更多的研究能够怎么样分类这些视觉细胞，然后对应地去进行刺激。这就像是在指挥一个交响乐团。现在国际上已经有几个组开始做人体实验了。
《硅谷101》：视网膜的脑机接口是直接把芯片植入到眼睛里吗？
Pumiao Yan：实在是分两个大的不同方向，有些组会选择直接对视觉的大脑皮层进行刺激，带来的效果可能更多的是能够看到光点或者是光柱。但如果想要做更精确的，比如我们组对重见光明定义是能够重新看到你的亲人伴侣，以是如果想要这种级别的精度的话，以目前的技能来说，就只能靠针对直接在视网膜上的这种脑机接口能够去实现这种级别的精度。实在现在的很多人体实验已经实现像读书、看到字母这个级别。
《硅谷101》：实际上马斯克对Neuralink也是有几个阶段的设想。最初他产生做这家公司的想法是来源于他以为我们可不可以用意念直接去打字，而不用通过手机这么麻烦，以是一开始他做脑机接口的方向便是要用意念去打字，用意念去掌握机器手臂，或者让高位截瘫的人他能够掌握自己的四肢。除了在头骨上去做的脑肌接口，他之后彷佛还想在脊髓上去做脑机接口来规复人的运动能力。但在 2022 年 11 月尾的一场发布会上，他又提到的Neuralink新的方向便是要去做视网膜的脑机接口。你刚刚也提到了目前视网膜的脑机接口研究有不同的几个方向，那么Neuralink是属于什么方向？
Pumiao Yan：Neuralink属于还没有开始做。但有一部分Neuralink的原始员工现在独立出来做了一个叫做Science Corp的创业公司，他们现在更专注于做视网膜芯片。实在生物医疗方向的创业本身跟创业这个模式还是有一定的抵牾。很多创业在拉到融资之后，就须要在短期内做出一个成果，但涉及到医学实验和硬件开拓的时候，节奏就不太可能像做一个 APP这么快，尤其是三期实验这种长期的事情。医学医疗方向是很严谨的，首先须要验证它的安全性，就算事验证安全，还须要有1-2年的不雅观察期。以是像我之前去参不雅观 Science Corp，他们的节奏就要慢很多，大家的理念不太一样。
图片来自Science Corp官网
《硅谷101》：关于植入人体的芯片设备，这些设备是由什么材料组成的？嵌入到人体会有安全性风险吗？
Pumiao Yan ：所有的这种可植入设备，不管是做心脏支架还是什么，更多的实在是涉及到材料的安全性问题。比如Neuralink这次植入的这个芯片，它表面也是进行完备封装的，以是它只用担保封装的这个材料、也便是真正跟人体打仗的这个材料是完备安全的， FDA批准就没有问题。一样平常他们采取的封装材料都是此前已经被FDA批准过了的。而这次完备植入的人体实验，大家更关注的实在是在于它的封装效果怎么样。就比如我们现在用的手机还有腕表都涉及到一个防水功能的问题，那这次他们植入的芯片里的CMOS芯片实在对水或是对湿度的敏感性非常高。以前很多问题都出在这个上面，包括我们之前聊到视网膜芯片，实在从10年就有几家视网膜干系的脑机接口创业公司，但末了全部都是由于封装问题而倒闭了。由于一旦没有封装好，随着韶光的推移就会有水分子侵入，或者是乃至更严重的情形有脑液去堕落它，发生渗入之后芯片就不能事情了。以是目前最关键的实在是封装材料和封装技能。
《硅谷101》：这次植入大脑的芯片是蓝牙传输的，它须要充电吗，如何充呢？
Pumiao Yan：须要。从Neuralink现在公布出来的的话，它采取的是硬币大小的电池，充电模式和Mega safe有点像，便是用微波无线传能进行充电。电池可以利用 11小时旁边，然后就须要再次重新充电了。不过没电也没有太大影响，就只是导致脑机接口不可用，但假设电池坏掉了，就须要取出来。实在电能问题也是为什么这么多年没有很多人去考试测验做完备产品化的创业公司。像视网膜芯片大部分都是选择无线传能，没有办法放一个电池进去，由于无法担保电池可以利用多永劫光，反复充放都没问题，如果想要换电池的话，就必须要再做手术。03脑机接口的安全性争议
《硅谷101》：说到安全性，之前Neuralink实在是有爆出来一些负面新闻的。比如在做猴子实验时一些猴子涌现了比较诡异的反应，有一些猴子会直接抓挠头部表现出很痛楚的表情，而且有称有几只猴子很快就让他们安乐去世了。关于他们的实验情形，现在有没有什么公开的材料来表露个中的安全风险？
Pumiao Yan ：截至目前实在还没有任何公开的。但即便是从学术实验研究的角度来说，做猴子实验的首先我可以想到的便是这种手术本身肯定会有术后的规复疼痛，以及比如说像癫痫反应这种情形的发生。这一贯都是一个脑机接口还没有完备办理的问题，之前很多人就会担心植入这个脑机接口产生的电刺激会不会导致癫痫以及一些排异反应。关于导致Neuralink猴子实验涌现这些问题的确切缘故原由目前还不太清楚，但很多人还是对这种赶工期的做法持不雅观望态度，它和学界这种非常严谨求证的办法可能是有一点抵牾的。
图片来自Neuralink官网
《硅谷101》：你的导师之前做的那个病人现在的规复情形怎么样？他还在利用脑机接口吗？
Pumiao Yan：那个病人本身已经高位截瘫很长一段韶光，目前已经有超过10年以上的植入的经历。他目前更多的是在一个实验设计条件下去做一些对应如打字、鼠标掌握的操作，但在生活中可能还没有达到我们想象的那种情形，而是作为我们实验的志愿者在持续帮助我们做研究。
《硅谷101》：像 Neuralink 这类比较前沿的公司，它会跟大学的实验室有大范围的深度互助吗？
Pumiao Yan ：有一些教授自己想要做的创业公司肯定就会和学校有很密切的关系。但很多的创业公司来找高校教授实在更多的是出于在领域内的相互背书，便是有专家是理解你的技能，也认为你的技能是可行的。由于如果想要去找VC融资，还是须要一定的便是行业内的认可。
04 斯坦福大学关于脑机接口的研究
《硅谷101》：非常遗憾听到你的导师 Krishna Shenoy此前因癌症离世的。过去这些年，Krishna Shenoy一贯是脑机接口领域的最威信专家之一，他此前的紧张研究方向是什么以及对脑科学领域有着哪些贡献？
Pumiao Yan：我的导师是在2000年前后加入斯坦福的，那个时候实在脑机接口还并不是一个受人关注的热点领域。乃至当时他在我们电子系申请教职的时候，学校都有一点不愿定这到底是属于神经学还是属于电子领域。以是他后来很多的事情都是环绕着搭建脑机接口的实验平台展开，致力于研究大脑神经对运动中枢的掌握模型以及相应的理论研究和实验。最近这几年他开始转向措辞中枢，也是最早开始做写字解码的研究者，后来关于措辞中枢的大规模实验基本上都是他在领导。
《硅谷101》：以是目前脑机接口分类还挺细的，包括运动中枢、措辞中枢、视觉中枢等。那斯坦福现在研究脑机接口紧张分为哪些板块呢？
Pumiao Yan：由于脑机接口是一个存在很多学科交叉的领域，以是下面的细分种别很多。比如我现在的互助导师，他以前便是纯做眼科学只专门针对视网膜进行研究，后来才转向做视网膜的脑机接口。我将来毕业还是算在电子工程的博士，但是我真正日常做研究的互助者实在有很多是神经科学方向以及眼科的导师。
但实在每个组都会有一个比较专精的方向。有很多组倾向于理论研究，比如猴子实验、模型研究，有一些组更方向于去做新的中枢，像Krishna虽然他离开了但lab 还一贯在，这几年技能开始支持大规模的数据采读之后，他们很多人就在做措辞中枢和更大规模的大脑皮层的研究。其余如果把脑机接口的系统拆开看的话，下边就有更多的分类。比如很多化工专业、材料专业方向的组在做纯光电极，紧张是研究到底怎么样的材料能够更微创，或者是什么样的材料能够更优柔，更能够减少疤痕组织的产生，旗子暗记能够更稳定，包括怎么能够把规模做得更大，或者是做得更精确等等。就我自己本身来说我们组是做芯片设计的，以是我最早的出发点可能更多的是在数据采集、旗子暗记处理的角度去研究脑机接口大的系统。而接下来封装、植入等又会分别涉及到单独的研究领域。
《硅谷101》：以是我们看起来是一个手术，但它实在可能横跨了很多个学科。
Pumiao Yan：是的，关于脑机接口的研究的范围是很大的，目前斯坦福打算机系对面那栋楼基本上大家都或多或少是在做这个方向。
05 人类对大脑的认知进展
《硅谷101》：挺好奇的一个问题，便是目前我们对人类大脑的理解到底有多少？
Pumiao Yan：想要做脑机接口，就一定要对神经有基本的理解，也一定会去学一些神经学的课。昔时夜家随便拿出任何一本叫做神经学事理或者这种类型的教科书的时候，它都是非常厚的一本书。当时Krishna就开玩笑说，我们假如真的知道神经的基本事理，这本书就不会这么厚了。
实在现在学界对付最微不雅观层面的一个神经细胞乃至它的全体蛋白质通路都很理解了，对付小规模的神经回路也是理解的比较好的，以及跳到非常宏不雅观层面大的分区也是有很多理解。但是中间层这部分，就比如说一些神经细胞和运动中枢到底实际上是怎么样的一个对应关系，以及一个个针对的机理，实在还是并不是很理解。之前马斯克一开始想要拉融资的时候他曾经讲到，Neuralink想要做的事情是你能够把一本书直接下载到你的大脑里。这实在涉及到人的影象系统，或者是人的学习功能到底是怎么形成的。但这个问题实在学界到现在都没有那么确定能在一个细胞的这个级别理解这个过程到底是怎么样的，以是这也是为什么当时很多人以为他的这个愿景讲得非常伟大。
《硅谷101》：人脑有 860 亿个神经细胞，但是目前能够采集到的电极都只有几百上千的规模。以是目前我们对神经细胞的理解可能还只是九牛一毫。
Pumiao Yan ：是的。便是我可以微不雅观地看一个，或者是看一片谁亮起来了，但是连接还没有建立，更不要说证明因果关系了。以是这也是为什么我以为现在是科学技能和理论研究的相辅相成。由于我们如果想要再往前去对大脑的理论有新的理解，肯定也是须要技能能够采纳更多的数据去帮助理解大脑的功能和内部的事情办法。
《硅谷101》：那从目前我们开始研究脑机接口到揭开大脑的一部分事理去真正治病，比如说治疗阿兹海默症或烦闷症，它还有多远呢？
Pumiao Yan：这个可能还是要分疾病种类。比如针对癫痫，现在有很多的创业公司现在实在已经做得挺不错的了。但不同种类的精神疾病，由于它的成因不同，以是方向也不太一样。比如烦闷症的成因可能是维生素缺少或者是多巴胺分泌的中枢出了问题，脑机接口也不是能够办理所有问题。不过对付脑机接口在这个领域的运用我整体还是很乐不雅观的。比如在上个世纪，我们对付神经系统的理解还非常非常少，但科学家能够做听觉的人工耳蜗系统，帮助很多的聋哑患者规复他们的听觉，以是实在这个过程也是在一点点推进的。
《硅谷101》：你自己对大脑最好奇的一个问题是什么？
Pumiao Yan：我比较好奇当我们在做一些逻辑运算的时候，到底大脑究竟是怎么事情的。电脑和人差别最大的点在于所有的数字电路它的这个逻辑是非常清晰的，但比如在解答25 25到底即是多少这个问题的时候？大脑究竟是一个完备的逻辑打算，还是有多少是影象功能参与的，这些都是还未知的问题。
《硅谷101》：你以为在你的研究领域或者你知道的这些跟大脑干系的研究领域，未来哪些技能是最有可能引发脑科学研究突飞年夜进的一些技能奇点呢？
Pumiao Yan：我可以环绕我现在研究的领域来聊一下。针对视网膜，如果想要跟每一个视网膜上的神经细胞去做一对一刺激的话，可能须要上万乃至上千万的细胞，才能够做到一个像素比较不错的视觉表现，这就涉及到一个数据采集的问题，也是我目前正在研究的方向。这具体会哀求我们对系统进行统筹方案和制订采集策略，然后才能去设计硬件芯片。如果能在这个方向有所打破的话，就能够真正的做到能够对上千上万的细胞同时的进行采集和研究。
但我以为涉及到硬件和生物医疗，一定是一个长周期、高投入的事情，这个周期可能会在 10年到15年以上。比如我们现在的课题已经做了有六七年的韶光，到现在芯片是可以事情的，接着就要开始考虑下一步怎么去进行人体实验。但这个过程对人力和资源的哀求实在是很大的，如果纯靠学界十几个人的科研项目组是有一定的困难的。这也是为什么现在大家对付 Neuralink、Science Corp 这样的公司有非常高的期待，希望当他们得到了足够多的资源支持之后，能够有所打破。
《硅谷101》：以是对付创业公司来说，他们须要办理如果10到15年技能不能商业化，要如何去融资拿钱的问题。
Pumiao Yan：是的，这个是一个很大的问题，这也是Neuralink现在的一个抵牾所在。由于从学界的角度来说，所有的侵入式的设备它都要至少要符合医学的基本原则，便是必须要有这个需求才会做这种有侵害的手术。虽然说Neuralink有很多伟大的愿景，但它也必须要证明为什么是值得去做这个侵入式手术的，毕竟有这么多的手术风险。以是最早很多人都认为这个领域没有什么市场前景，紧张缘故原由就在于它是一个纯粹的生物医疗东西方向，它相应的经济效益可能和商用产品的经济效应就完备不是一种打算办法。以是我也很好奇是不是由于马斯克个人的号召力，才能够有这么多的资源投入进去，也希望他能够做得很好吧。
《硅谷101》：我以为Neuralink做得挺了不起的一件事情是，他们实在一开始就不是在考虑说怎么只做一个人的人体实验，而是开拓手术机器人，想用机器的办法让这件事情可以批量化。在他们的实验方案里，2024年他们大概希望进行11例的设备植入手术，2025年是27例，然后到2030年这个数字会超过22000人。
Pumiao Yan：这实在也是创业这个模式会逼着你去探索的一个方向。毕竟要拉到这么多的融资，他一定就要能够办理规模化这个问题的。
《硅谷101》：你同学毕业之后他们的去向都是去做什么了？
Pumiao Yan：看每个人的兴趣点。有很多同学会选择自己去做创业公司或者是加入这种大的创业公司去做Project Management。有些只对理论或者根本研究感兴趣的人会选择去向学术届。当然很多人也会选择去工业界，比如虽然我是做这种大规模的脑机接口的芯片，但实在很多的旗子暗记处理、旗子暗记采集的技能实在是完备可以运用到相机、Lighter system等其他的系统，只是不同的传感器而已。
【干系补充信息】
犹他阵列（Utah Array）：是犹他大学的 Richard Normann 为了运用于视觉假体而发明的高通道数微电极阵列。随着韶光的推移，它已经被神经工程界广泛采取。该阵列可从每个设备的多达 100 个通道网络神经旗子暗记。它是唯一一种在人体中具有长期稳定性和安全性的脑机接口植入物，迄今为止已在数十名患者构成的样本中进行了总计超过30000天的研究。犹他阵列已得到FDA的商业容许，可监测大脑中的电活动长达30天。
CMOS芯片：是一种低功耗、低噪声的集成电路技能，常见于数字电路和微处理器等电子设备中。CMOS芯片具有功耗低、噪声小、稳定性好等优点，其余还能快速切换电压状态。在移动设备领域，CMOS发挥着越来越主要的角色。例如手机摄像头和传感器便是基于CMOS技能制造。由于CMOS功耗非常低，因此可以轻松实现便携移动的设计。
Synchron公司：成立于2012年的新兴的BCI（脑机接口）创企之一。Synchron通过血管植入BCI，使身体瘫痪或活动能力非常有限的患者能够利用大脑操作光标和智能家居设备等技能，到目前为止，这项新技能已在美国的三名患者和澳大利亚的四名患者身上利用。2022年12月，Synchron宣告了一轮7500万美元的融资，个中包括来自微软创始人比尔·盖茨和亚马逊创始人杰夫·贝佐斯的投资公司的资金。
Science Corp：成立于2021年的新兴脑机接口创业公司，创始团队成员大多来自于Neuralink。目前的紧张研究方向包括视网膜脑机接口，于2022年8月得到种子轮融资。
