将芯片插入头部，让马斯克发疯的脑机接口是什么？- 巅峰女婿

正文 | 深沉的声音，作者 | 赵宇、陆越

本文核心观点：

“真正的钢铁侠”埃隆·马斯克用科技拯救人类的梦想最近有了新的突破。

北京时间8月29日，SpaceX、特斯拉等公司创始人埃隆·马斯克为自家脑机接口公司Neuralink召开发布会，并在会上公布了最新一代脑机接口产品：可以植入大脑的硬币大小的芯片，以及自动植入芯片的手术设备。

据介绍，这款芯片可以感知温度和气压，读取脑电波、脉搏等生理信号，支持远程数据无线传输；最新一代的手术设备可以让未来一个小时内完成芯片的植入。该过程甚至与手术一样简单和安全。

Neuralink成立于2017年，是一家研发超脑带宽的脑机接口，实现与人工智能共存的初创公司。Neuralink 的突破也让人们开始关注过去只出现在科幻电影中的神秘脑科学。

脑科学的概念本身并不新鲜。2004年4月，美国《科学》杂志庆祝创刊125周年之际，邀请全球数百位科学家列出当今世界最重要的前沿科学问题，最后总结为125个，其中18个属于Brain科学。

全球科学界享有盛誉的《自然》杂志

脑科学领域最热门的问题包括意识的生物学基础、记忆的存储和检索、人类合作行为、成瘾的生物学基础以及精神分裂症和自闭症的成因，这些都是当时受到广泛关注的问题。和未解决的重大问题。

虽然问卷是 16 年前完成的，但直到现在，公认的关于大脑的科学问题都没有改变。

大脑是人体最重要的器官，也可能是宇宙中最复杂的物体——大约1000亿个神经元，每个神经元连接着10万个相似的神经元，每个神经元具有不同的放电模式，编码方式不同，信息处理方法也不同。

为了观察大脑结构，了解规律，科学家们苦苦思索了两百年。有科学家表示，目前人类只发现了5%的大脑结构，远远不能满足解决实际问题的需要。

因此，在介观（宏观和微观之间的状态）和微观层面进一步探索大脑，弄清楚大脑的连接图和结构图，并在此基础上创造出像人一样智能的机器，已成为当今脑研究最重要的发展方向，脑科学也成为政府、企业和学术界共同投资的热门新兴产业。

脑科学包括哪些领域？

要了解脑科学未来能带来哪些产业机会，首先要了解脑科学当前的学科领域和研究进展。

脑科学，也称为认知科学，是探索大脑如何工作——如何思考、如何记忆、如何学习等的科学。沉迷于。今天的脑科学研究大致可以分为以下三个领域：脑疾病预防研究、脑机接口研究和类脑智能研究。

在：

在这些不同的方向上，脑科学的研究能产生什么价值？

脑研究的应用价值

严重脑部疾病的防治

通过建立对大脑工作机制的科学认识，首先能给我们带来价值的是，未来我们或许能够找到治疗各种严重脑部疾病的方法。如何保持大脑健康发育和智力发育，是一个非常重要的社会问题。

在所有的脑部疾病中，儿童的自闭症或自闭症和智力低下，中年的抑郁和成瘾，以及老年的阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等退行性脑部疾病都属于严重的脑部疾病。严重脑疾病的诊断与干预将成为未来几十年脑科学领域非常重要的研究内容。

据世界卫生组织统计，脑相关疾病，包括各种神经和精神疾病，是所有疾病中社会负担最大的疾病，占28%，超过心血管疾病和癌症。

社会结构的变化也使得脑部疾病对未来社会发展的挑战不断上升。中国科学院院士、中国科学院神经科学研究所所长蒲慕明曾表示：“中国已进入老龄化社会，各种与衰老相关的脑部疾病的防治迫在眉睫。以阿尔茨海默病为例，如果没有好的治疗方法，在 85 岁以上的老年人中，平均有 1/3 的人有患上这种疾病的可能。”

蒲慕明还提到，如果我们通过脑科学研究找到治疗方案，可以将阿尔茨海默病的发病时间从85岁推迟到15年后的95岁，这将是对社会的巨大贡献。

此外，脑科学在军事领域的应用也是目前各国正在探索的方向之一。相较于漫威电影中的天马行空的想象，目前的军事研究更侧重于如何帮助军人提高健康防护水平，增强军人的认知能力。

中国军事科学院研究员吴海涛曾撰文称，即使以目前的技术水平，“以创伤后应激障碍综合征为代表的创伤性脑损伤和军源性脑损伤仍将大量存在”。因此，将脑科学应用于军事领域，开发新的脑保护和认知增强技术手段，将有机会为军事行动提供更多的人道主义支持。

人机交互

除了脑部疾病，类似Neuralink的人机思维交互方向，或许也能为我们在医疗健康方面带来很多贡献。

如果未来用于人机思想交互的大脑接口技术能够成熟并得到推广，人类可以通过大脑之间的直接交流来交换思想，用思想控制机器不是问题。那么，脑机接口有望帮助癫痫、肌萎缩侧索硬化等疾病患者恢复感觉和运动功能，在治疗神经系统疾病方面也大有可为。

从技术上看，脑机接口本质上是一种全新的信息交流交互接口，目前主要分为侵入式和非侵入式两大类。这两种方法各有优缺点。侵入式方法更准确，可以编码更复杂的命令，如三维运动，但手术创伤是不可避免的；无创电极的头皮贴片虽然方便，不需要开颅植入，但能检测到的脑电信号的范围和准确度是有限的。

Neuralink 这次的突破是在侵入性领域：使用激光“打孔机”和“缝纫机”，将一根只有人类头发粗细 1/4 的线植入大脑，类似微创手术。最大限度地减少侵入性溶液对大脑的损害，使侵入性溶液更容易被人们接受。

Neuralink 打孔器有点像缝纫机

实现类脑智能

脑科学另一个重要的应用方向是类脑智能，这也是我们比较熟悉的人工智能的一个分支方向：人工智能目前有两条技术发展路径，一个是模型学习驱动的数据智能，另一个是模型学习驱动的数据智能。是人工智能。由认知仿生学驱动的类脑智能。

现阶段，人工智能发展的主流技术路线是数据智能，但数据智能存在局限性。例如，数据智能需要海量数据和高质量标注，高度依赖模型构建，消耗大量计算资源，只能解决特定场景下的问题。等待。

造成这些局限的原因在于，目前计算机常用的图灵机模型依赖于人类对物理世界的认知程度，从根本上限制了机器能够描述和解决问题的程度。计算机程序是预先编程的，不能随着环境和需求的变化而自行进化。

类脑智能有效突破了图灵机的局限和不足，是人工智能发展的必经之路。它受到大脑结构与机制、认知行为机制的启发，以计算建模为手段，通过软硬件协同实现机器智能。.

例如，类脑智能可以处理小数据和小标签问题；具有较强的自学习和关联分析能力；可通过模仿人脑实现低功耗；具有较强的逻辑分析和推理能力，具有认知推理能力；时间序列相关性好，更符合现实世界。类脑智能甚至可能解决通用场景问题，最终实现强人工智能和通用智能的想法。

有研究人员预测，在未来的 20 到 30 年内，可能会出现具有通用人工智能的类脑人工智能，可以通过新的图灵测试。类脑智能的成熟可以帮助科学家创造出人工大脑，其存储密度将赶上甚至超过生物大脑，并且消耗更少的能量，直接催生更多的智能机器人、自动驾驶汽车、医疗诊断等人工智能交互系统。

国内外研究：政府和学术界牵头

面对在研究上仍面临巨大挑战但未来应用前景和价值无限的脑科学领域，美国、欧盟、日本、澳大利亚等国家纷纷建立脑科学研究计划。

每个人的发展方向大体相同，但各自的强项不同。美国专注于开发新的大脑研究技术；欧盟专注于模拟大脑功能的超级计算机技术；日本重点以狨猴为模型，研究各种脑功能和脑部疾病的机制；我国提出“一体两翼”结构方案的中国大脑。

美国创新神经技术大脑研究计划

2013年，时任美国总统奥巴马宣布发起“通过推进创新神经技术进行大脑研究（BRAIN）倡议”，通过绘制大脑动态图像的方法，研究大脑功能和行为之间的复杂联系，以及了解大脑对大量信息的反应。记录、处理、应用、存储和检索该技术的过程有助于研究人员找到治疗、治愈甚至预防阿尔茨海默氏症、创伤性脑损伤和其他脑部疾病的新方法.

日本神经科学研究计划

2014年，日本科学家启动了神经科学研究计划（BrainMappingbyIntegratedNeurotechnologiesforDiseaseStudies，Brain/MINDS）。Brain/MINDS 计划采用不同的方法。它希望通过在灵长类狨猴身上整合各种神经技术，弥补利用啮齿动物研究人类神经生理机制的缺陷，建立狨猴大脑发育和疾病发生的动物模型。

欧洲“人脑计划”

欧洲“人脑计划”更加重视数据的收集和使用

同样在 2013 年，欧盟启动了“人脑计划”（HBP），预计将有 10 年的历史，有 15 个欧洲国家参与。与美国不同，欧洲的“人脑计划”侧重于通过超级计算机技术模拟大脑功能，实现人工智能。他们不想在大脑认知方面开发研究成果，而是希望通过实验收集的分子、细胞、解剖学等数据来复制大脑的详细信号，然后将其应用于计算机技术。

由于资金有限，欧洲的“人脑科学计划”决定在启动后的一年内不再资助认知研究。尽管这一决定遭到欧洲脑科学领域多达 150 名科学家的反对，但脑认知领域与欧洲 HBP 计划的分离已成为既定事实。

“一身两翼”结构的中国脑计划

2015年，中国正式建立了“一体两翼”结构的中国大脑工程。面向世界智能科技前沿和“健康中国2030”的战略需求，本规划将在理解大脑、保护大脑、模拟大脑三个方向开展研究，逐步形成分析与技术平台用于大脑认知功能。与认知障碍相关的严重脑病的诊治与类脑计算和脑机智能技术是“一体两翼”研究布局的两翼。

中国脑计划“一体两翼”结构研究布局

《一身两翼》的主要结构是阐明大脑认知功能的神经基础，包括大脑的连接图和结构图，并在此基础上搭建各种平台，帮助分析上述图的功能。

该计划的一个侧翼是诊断和治疗脑部疾病，形成各种新的医疗产业。另一翼是类脑人工智能、类脑计算、脑机接口等与人工智能相关的新技术，对未来的人工智能产业产生重大影响。与国际相比，中国大脑计划酝酿多年，才最终敲定，但目前被公认为最好的方向。

产业落地进展

类脑芯片之争

相比脑病、人机交互等领域，在人工智能普及的带动下，类脑智能产业落地更快。

看到类脑智能的巨大优势，近十年来，除了政府和学术界，全球各大互联网、商用机器公司和新兴创业公司都开始研发类脑芯片。

2014年，IBM研究院率先研发出第二代突触芯片“IBM TrueNorth”。一个 TrueNorth 处理器由 54 亿个连接的晶体管组成，形成一个由 100 万个数字神经元组成的阵列，这些神经元通过 2.56 亿个电突触相互通信。

内置 IBM TrueNorth 芯片的集成电路板

IBM 曾表示，如果 48 块 TrueNorth 芯片组成一个拥有 4800 万个神经元的网络，其智能水平将与普通老鼠相近。但在芯片亮相之后，并没有什么大动作，也没有应用到其人工智能系统沃森上。

2018 年，英特尔展示了 Loihi，这是一款自学习的脉冲神经元芯片，需要数年时间才能开发出来。该芯片包含128个计算核心，每个核心集成1024个人工神经元，共13.10000个神经元，通过1.3亿个突触相互连接。

2019年4月，类脑芯片公司aiCTX发布了动态视觉AI处理器DynapCNN。芯片面积仅为12平方毫米。单芯片集成超过100万个尖峰神经元和400万个可编程参数，扩展性更强。适用于实现大规模尖峰卷积神经网络，超越了之前的IBM和Intel类脑芯片。

但三个月后，英特尔再次推出了最新的 PohoikiBeach 芯片。该芯片集成了 1320 亿个晶体管，拥有超过 800 万个“神经元”和 80 亿个“突触”，智能水平相当于一些小型啮齿动物的大脑，这意味着国米正在朝着“模拟”的目标迈进。大脑”迈出了一大步。

2019年8月，清华大学研发出另一款类脑芯片“天机”马斯克脑机接口最新进展，登上《自然》杂志封面。根据 Qubit 的说法，它是一款“同时支持神经科学模型和计算机科学模型，以及神经科学发现的众多神经电路网络和异构网络的混合建模”的芯片。与IBM TrueNorth相比，“天机”功能更全面，更灵活可扩展，也是全球首款异构融合类脑芯片。

由天空驱动的自行车可以灵活地避开道路上的障碍物

在全球范围内，类脑芯片的争夺战才刚刚打响，每家公司都有自己的赢家和输家，而且还远远没有结束。

人工智能新进展

除了类脑芯片，国内外很多公司在脑科学的其他领域也取得了进展。

谷歌旗下的 Google Brain 正试图让人工“神经网络”像婴儿一样通过反复试验来熟悉世界，并为机器带来类似人类的灵活性。从 2011 年开始，Google Brain 就开始使用神经网络的方法来尝试解决一些传统方法几十年来都没有突破的问题，而且很多都取得了小的突破。

例如，谷歌的语音识别到现在为止一直表现不佳，但当谷歌大脑使用神经网络的新方法来识别语音时，Android 手机上的语音识别几乎可以达到人类水平。由于这项研究，谷歌翻译的准确性也显着提高，现已成为谷歌最值得信赖和最受欢迎的产品之一。

与谷歌对类脑智能的研究相比，Facebook 选择探索脑机接口技术：60 位 Facebook 工程师合作开发了一种脑机接口，可以让人们不用植入物就能用大脑打字。植入物。

Facebook开发的非侵入式大脑阅读设备原型

除了心灵打字，Facebook 还在研究一种让聋人不用耳朵就能“听到”声音的方法。该技术旨在让皮肤模仿耳朵中的耳蜗，将声音转换为大脑中的特定频率，从而产生听觉。

目前，Facebook 也在与旧金山大学、伯克利大学、约翰霍普金斯医学院、约翰霍普金斯大学应用物理实验室等学校和机构建立合作。研究人员专门研究机器学习对语音和语言进行解码，希望能够构建具有先进空间分辨率的光学神经成像系统和下一代神经假肢。

不可忽视的竞争对手

脑科学研究领域非常广泛，还有很多值得研究的问题。看到脑科学研究的巨大潜力，一些初创团队和研究机构纷纷加入，发挥各自优势，取得了一些成果。除了文章开头提到的Neuralink，还有陈天桥罗倩倩研究院（TCCI）、BrainGate、BrainCo、ElMindA等国内外机构和企业。

最近热点的主角Neuralink是由“钢铁侠”埃隆马斯克创立的，主要研发高带宽脑机接口（脑插管）系统。该系统利用神经外科机器人将一种名为“NeuralLace”的专有技术芯片和信息条植入人脑，然后通过USB-C接口直接读取大脑信号，或通过芯片无线读取大脑信号。传输到人体外部的接收器，例如手机的蓝牙。

Neuralink 使用的神经系带大约 4 到 6 微米宽，是人类头发直径的四分之一，对大脑造成损伤的可能性较小，因此可以更深地植入大脑。此外，分布在96根神经系带上的3072个电极也为大量数据的传输创造了可能，这也使得它更能促进人们对大脑的认识和脑部疾病的治疗。Neuralink 还开发了一种神经外科手术机器人，每分钟自动嵌入 6 个神经系带，实现脑机接口连接。

Neuralink最新版脑机接口手术机器人V2

但 Neuralink 也面临许多挑战。

第一个也是最重要的问题是如何最大限度地减少手术过程中对大脑的损伤，因为采用了侵入式接口解决方案。其次，随着植入时间的延长，穿刺电极被炎症细胞包裹，理论上会导致信号丢失。此外，电极植入部位的精确选择、有效的信号分析等，也需要对大脑的功能结构和活动有更深入的了解。

目前，Neuralink 已经开始在小鼠和猪身上进行测试，并已与加州大学戴维斯分校合作使用猴子试验，预计未来将在人类身上进行测试。

除了Neuralink，脑机接口方面的学术研究项目和初创企业也不少。

BrainGate（“脑门”）系统由美国布朗大学开发。该系统使用无线技术使人脑能够远程控制其他设备。BrainGate 通过将具有多达 128 个电极通道的刚性针头植入人脑来实现其预期功能。

四肢瘫痪患者可以通过 BrainGate 系统直接控制机械臂

BrainGate 临床试验运行良好，成功让一名中风瘫痪的妇女在没有护理人员帮助的情况下用机械臂喝了第一口咖啡；一名瘫痪的男子能够以每分钟 8 个单词的速度使用该系统。更神奇的是，BrainGate 甚至可以让测试对象已经瘫痪的四肢再次活动起来。

但 BrainGate 系统对于长期功能来说是一个大问题：大脑在颅骨内移动，但阵列的针头却不动，因此可能对患者造成伤害。

BrainCo由博士韩碧诚创立。来自哈佛大学脑科学中心。他与埃隆·马斯克一起被美国媒体评为脑机接口领域的五位创新者之一。与Neuralink、BrainGate等更激进的侵入式解决方案相比，BrainCo研究的是非侵入式解决方案，目前已经拥有Focus、Meditation、BrainRobotics等多款产品。

Fusi头带Focus已在美国教室试用

前两个产品旨在提高用户的注意力。该产品的基本逻辑是通过无创耳机采集佩戴者的脑电波信号，并将这些脑电波信号转化为注意力指数，可以实时追踪。用户的关注。智能假手希望在前一种的基础上，通过识别佩戴者手臂上的肌肉和神经信号来识别佩戴者的运动意图，然后将运动意图转化为相应的运动指令，从而完成佩戴者的动作。想要完成——这样，残疾人可以更好地完成日常生活中的基本动作。

今年8月27日，美国BrainCo总裁Max Newlon在哈佛大学展示了BrainOS人脑智能操作系统和两款预研产品。人脑智能操作系统采用非侵入式和非侵入式混合脑机接口技术。设备，系统可以采集和处理人脑电信号（EEG）、肌电图（EMG）；两款预研产品，一是利用脑电波成像技术还原人眼所见或脑中想象的画面，二是利用肌电控制系统采集前臂手部运动肌的肌电信号组来处理和确定用户的手部运动意图。

目前，BrainCo 已完成 A 轮融资，估值 4 亿美元。投资方包括中国电子、光大控股、德讯资本、鼎晖投资等机构。

除了 Elon Musk，还有一位知名企业家也非常关心脑科学的发展，那就是盛大陈天桥。

2016年底，陈天桥夫妇投资创办了陈天桥罗倩倩研究院（TCCI）。该研究所专注于治疗患者，尤其是瘫痪患者，探索使用脑机接口，让瘫痪患者可以用意念精确控制机械臂马斯克脑机接口最新进展，甚至可以模拟触觉。.

陈天桥罗倩倩夫妇承诺向研究院注资10亿美元

目前，TCCI依托加州理工学院开展脑治疗研究，还在中国上海设立了临床翻译中心。

他们所做的研究主要涉及以下三个方面：

TCCI还在2018年年报中介绍了研究所科学家的一些实际进展。例如，他们试图通过脑部扫描来预测人类智力；从脑科学的角度，解释“为什么人们在点午餐时很难做出选择？” 帮助盲人恢复视力。

类似于 TCCI 和加州理工学院的合作，大脑研究也能得到更好的支持。

陈天桥的盛大集团也投资了一些脑科学领域的初创公司，比如ElMindA。

ElMindA于2006年在以色列荷兹利亚成立，已获得包括陈天桥的盛大集团在内的多家公司和银行的数千万美元投资。他们使用机器学习来识别特定大脑功能中的神经网络活动模式，并将神经数据转换为大脑活动的视觉图像，医生可以使用这些图像进行观察和判断。该产品可以直接放在病人的床边，一些医生已经在使用它来监测受伤大脑的恢复情况。

大脑研究方兴未艾

为适应计算机科学发展和人类社会实际应用的需要，近十年来脑科学研究开始快速发展，政府、学术界和工业界都对脑科学表现出浓厚的兴趣。

脑机接口、类脑芯片、强人工智能等概念的研究进展接踵而至。人工智能全面超越人类智能的时代？

但实际上，目前的大脑研究只是长征的第一步。对于可能是宇宙中最复杂的物体的大脑来说，人类的认知还是相当有限的。有学者指出，即使在下个世纪，脑科学仍将是一门前沿科学。

至于脑科学的大规模应用，恐怕不会这么快。

从学科研究到产品落地本身是一个相当漫长的过程，时间往往以十年计算。即使产品成熟，可以商用，高昂的价格也是真正需要的人不得不面对的问题。更重要的是，许多脑科学实验和严重脑部疾病的治疗往往涉及伦理问题。如何划清科研与社会伦理的界限，尽量减少纠纷，也着实令人头疼。

但至少毫无疑问，脑科学将是未来生命科学发展中非常重要的一个领域。随着越来越多的人关注这个领域，我们可以期待更多的人才和资金进入这个领域。在好的政策支持下，我们可以推动脑科学领域的发展，给我们带来更多令人兴奋的技术。具有突破性和实用性的产品。

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