财讯：无需开颅手术的脑机接口出现了

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今年8月，埃隆·马斯克在neuralink的发布会上展示了最新的脑机接口设备，可以用植入脑内的硬币大小的芯片传送实时神经元信号。 但这依然是没有摆脱脑机接口的以往的第一缺点之一，对大脑的入侵性太强了。

源wired

作者adam rogers

翻译金先生

李乃珊

大脑是黑盒，现在脑机接口技术给了我直接从黑盒获取新闻的方法。 但是，这项技术还处于初期阶段，除了新闻收集的精度还有待迅速发展，这项技术最大的缺点是有可能对大脑造成损害。 最近，新的研究开辟了自己的道路，参考血管支架技术，开发了读取思想的电极。

读取思想的血管支架

如果你想知道别人的大脑发生了什么，唯一的方法就是参考他们的行为表现。 人们只能从别人的语言和行为推测他们的想法，摸不到想探索大脑工作方法的人，因受伤和疾病无法移动，给说不出话来的人带来了很大的麻烦。 许多复杂精密的成像技术，如功能性核磁共振成像( fmri )，可以提供理解大脑的线索，但需要更直接的方法。 到目前为止，技术专家们一直在努力使大脑和电脑键盘和机械臂相互作用，交流肉体和硅基材料。

最近，由科学家和工程师组成的团队展示了有潜力的新方法。 他们在可膨胀的弹性血管支架上安装电极，穿透血管，导入受试者的大脑。 在该比较2名受试者的实验测试过程中，研究者直奔颈静脉，将支架牵引的电线沿着喉静脉向上延伸，进入大脑一次运动皮质附近的血管，在那里扩展支架。 于是，电极紧贴在血管壁上。 研究小组事先在手术中把红外线发射器植入被实验者的胸部，被实验者的大脑发送信号传播运动意图时，电极就接收这些信号，开始用无线发送到电脑上。 在发表于《神经介入外科杂志》( Journalofneurointerventionalsurgery )上的这篇论文中，来自澳大利亚和美国的研究者发现了肌萎缩性脊髓侧索硬化症( amyotrophic lateral sclerosis，als

“自膨胀支架( self-expanding stent )技术在心脏和神经应用行业起着良好的作用，有望治疗其他疾病。 我们借助这项技术，把电极放在支架的上部。 ”。 thomas oxley说。 他是介入神经学家，也是sychron企业的首席执行官。 这家企业致力于把这项技术商业化。 “这个器件可以完全植入体内，受试者可以在手术后几天内回家。 ”。

被实验者一回家，机器训练就开始了。 电极支架可以收集来自大脑的信号，但机器学习算法需要理解这些信号代表什么。 结果，即使在理想的状态下，信号也不能完美地反映思想。 但是，运转了几周后，2个被实验者都可以在眼动器的帮助下移动光标，也可以通过移植的设备，用脑内的想法点击光标。 这似乎不太令人吃惊，但通过阅读受试者的“点击”信号，可以确保进行复印新闻的发送、网上购物和其他日常的网上活动。

美国食品药品管理局( fda )不批准oxley将“电极支架”广泛商业化，sychron企业正在寻找资金开展越来越多的测试。 但是，上述初期的结果表明这是非常有效的头脑机器接口技术。 尽管电极托架只接收了大脑信号的一部分，但“点击”或“不点击”光标。 但是，对于一些应用，这可能足够了。 “大家总是谈论数据和频道，真正重要的问题是你的技术能否改变患者的生活。 ”。 oxley说:“只需收集患者的少量输出数据(信号)，患者就能以想法控制windows 10。”

迅速发展的机器人技术

最近，关于头脑机器接口和神经假手( neuralprosthetics )的技术正在出现在情报报道中。 今年9月，埃隆·马斯克neuralink企业展示了具有000多个柔性电极的无线头脑机接口，可以通过专业的外科机器人直接插入大脑(现在该企业对猪显示出短期的采用效果)。 插入电极很困难。 脑外科手术并不非常困难，但不管外科医生是否是机器人，都有一定的风险。 即使是neuralink展示的薄型柔性电极，也显示出充分的入侵性，大脑对此进行防御，用胶质细胞包裹电极。 阻碍传递电脉冲的能力。 作为一般多通道神经电极的犹他电极( utah array )等嵌入电极可以从单一的神经元中得到明确的信号，但要理解这些信号表示的意义还需要迅速的发展。 另外，大脑像甜甜圈果酱三明治一样摇晃，位置固定的电极很可能会对大脑造成损伤。 如果能处理埋入电极的安全问题，其意义将超越大脑的研究，走向更广泛的应用。 例如，成功的脑机接口技术可以帮助患有als症的多个患者。

除了上述技术以外，安装在脑波( eeg )等头皮上的电极也可以接收脑波，但不能得到埋入电极那样的正确的空之间的详细情况。 神经科学家们只是非常粗略地知道哪个部分的大脑区域在做什么，为了明确理解放电神经元想表达什么，有必要加强它们的理解。

新技术皮质脑电图( ecog )在露出的大脑表面直接复盖电极。 这些电极通过接收信号来解决，结合这一技术，ecog可以把运动皮质控制嘴唇、下巴和舌头的神经元活动翻译成复制和声音。 此外，还有破译大脑“密码”的技术尝试。 脸谱( facebook )企业是2019年消费近10亿美元收购的ctrl实验室，试图从受试者臂部的神经元获得运动信号的kernel*将功能性近红外光谱成像技术( fnirs )采用给受试者 如果后续效果依然良好，oxley团队开发的电极支架有望填补植入电极和eeg之间的空白色。 开发小组希望电极支架接近前者而不是后者。

*kernel是一家专注于头脑机器接口和神经科学技术的科技企业，来自美国加利福尼亚州，由bryan johnson于年创立[1]。

需要完全的电极支架技术

但是，这项技术还处于初期阶段。 “(电极支架的)核心技术和理念非常罕见，但鉴于它们获取信号的位置，我认为该技术最终获取的信号的保真度( fidelity )与其他头脑机器接口技术相比不太高。 ”。 vikash gilja先生说。 在加利福尼亚大学圣地亚哥分校( uc san diego )领先神经工程研究所( Translation Alneuralengineeringlab )。 "至少从这篇论文可以看出，能够获得电极支架的新闻比不上高精度的ecog能够从大脑表面获得的新闻. "

这一结果被认为是因为，尽管电脉冲是从皮质传递来的，支架电极还是通过血管细胞接受大脑的信号。 这减少了可以接收的信号。 “例如，如果将在ecog等皮质表面收集信号的技术与犹他电极等埋入电极进行比较，则判断ecog技术记录信号的方法不会成为胜者。 ”。 gilja说。

作者注: gilja曾在包括neuralink在内的多个头脑机器接口公司工作。 将来，synchron与这些企业享有很高的评价。

对神经科学来说，这样的信号还不准确，但以这种低维护价格在患者头骨上开孔的头脑机器接口技术对一些瘫痪患者来说可能足够了。 加拿大西安大学( western university )的andrew pruszynski说:“收集多少消息，两者之间有折衷。” 这也明显是入侵，但远远少于在大脑中插入电极。 ’”

这项技术还需要更深入的研究。 oxley的团队扩大了研究范围，想对越来越多的人类被实验者进行测试。 他们还探讨了该技术可能带来的副作用，例如使用电极支架引起中风的概率(但是，由于电极嵌入血管壁，因此这样的概率极小。 oxley说，在大脑区域相邻的血管中，有可能找到适合支架的更好的位置。 足以容纳电极支架的距离小于2毫米的血管在考虑范围内。 算法还需要改进以更准确地解读大脑发送信号应该表现的真正意义。 根据前期的测试，这个系统可以收集越来越多的新闻细节，例如招聘人员试图收缩特定的肌肉。 如果能达到这个目标，这项技术也许可以让患者操作其他假肢和设备。 现在我们着眼于运动系统，这对瘫痪者有帮助。 ”。 oxley说:“当我们开始涉猎大脑的其他领域时，我们会发现技术如何唤醒大脑的解决可能性。 ”。

确实，当科学家真正理解如何进入别人的大脑时，我们不容易预测会发生什么。

论文新闻:

oxley tj、yoo pe、rind gs、 et al.motorneuroprosthesisimplantedwithneurointerventionalsurgeryimprovescapacityforactivitiesofdailylivingtasksinseverepalation journalofneurointerventionalsurgerypublishedonlinefirst:28 October.doi:10.1136/neurintsurg -。

原文链接:

wired/story/a-new-way-to-plug-a-human-brain-into-a-computer-via-veins /

参考链接:

[1] En.WikiPedia/WikiPedia/Kernel _ ( Neuro technology _ company )。