为什么马斯克的新“脑机接口”是一大突破？

昨天看完马斯克的发布会，回想起一堆赛博朋克电影，做了一个通宵的梦。

北京时间昨天下午，马斯克再次交出了一份基于他的理想的答卷，而这一次的项目被一个充满科幻色彩的脑机接口所取代。

答案很大程度上要归功于马斯克旗下的一家公司 Neuralink，其使命相当简洁——“开发超高带宽的脑机接口以连接人类和计算机。）”。

发布会现场已经有不少具体报道，在此不再赘述。本文旨在对Neuralink的新成果进行更深入的分析，并告诉你为什么这是脑机接口的突破。

我们先把重点

不抛售，让我们看看它可以成为重大突破的几个关键原因：

接下来，让我们一一分析。

界面性能的飞跃

脑机接口的最终目标是将基于细胞的大脑与基于晶体管的计算机连接起来，因此两者之间需要一个关键的接口。该角色由“微电极阵列 (MEA)” 发挥作用，它感知神经细胞之间的电信号并充当神经元和电子电路之间的神经接口。Neuralink 此次也在这个关键环节进行了创新。

传统上，“微电极阵列”分为体外和体内（根据电极位置划分；体外主要用于组织研究，不是活体），而体内微电极阵列主要包括“微丝”、“硅阵列”、“柔性”数组”。“三。

Neuralink最终选择的方案其实是“硅阵列”+“柔性阵列”的组合：外观和电极排列类似于“硅阵列”中的“密歇根阵列”，沿直线分布在一个一定的距离。; 材料采用柔性阵列的聚酰亚胺和铂，制作方法直接采用芯片制造中的光刻技术。

最终结果是 Neuralink 的“微电极阵列”本身的直径约为 30-40 微米，可实现 64 个电极的单个阵列。因为一根头发的直径一般在 80 微米左右，你最终得到的 Neuralink 微电极阵列就像“发丝”。

这就是为什么在现场演示中，你会看到这些电极植入后的效果就像“生发”一样。

但是你千万不要小看“头发”，因为它不起眼。虽然它比传统的微电极阵列小很多，但由于电极呈线性排列且数量众多，因此可以构建一个密集的三维电极网络。这完全可以超越传统的二维微电极网络，必将帮助科学家收集到更多有用的神经电信号。

最后，微电极阵列的整体尺寸缩小和集成化无疑会给脑机接口的部署带来好处。最重要的是减少对大脑的伤害，使电极装置的寿命尽可能长。这对于未来极有可能植入人脑的设备来说，显然是非常关键的。

机器人图片不酷

“缝纫机”也是 Neuralink 发布会的一大亮点。一个个植入微电极的动作确实像缝衣服

那么上面的微电极“发丝”是如何进入大脑的呢？这就不得不提到微电极的另一个“微观结构”：顶部的拉环。负责刺入大脑的针尖会先穿过环，然后将整根“头发”通过环拉入大脑。达到规定深度后，针头会被拉回来，“头发”会留在大脑中。之中。一根“头发”只需要穿刺一次，伤口自然是微乎其微的。

整个“服装机器人”本质上更接近于配备了很多图像采集设备的高精度机床。最重要的是，几个步骤将一口气完成。这包括在植入前用激光切割硬脑膜，提供植入切口。

机器人的高精度对于微电极的植入也很重要。首先，微电极本身非常细长，用力过大可能会断裂。其次，如果未来人们对大脑的认识进一步加深，脑机接口的部署位置将逐渐明晰。高精度的贴装能力其实可以在一定程度上保证脑机接口的效果。

根据发布会上公布的信息，这款机器人可以在10秒内完成一根“头发”的植入。这个速度也很关键，因为开颅、头部植入等手术本身就很大。手术越快，风险越低。

半导体技术是脑机接口的命脉？

虽然是微米（um），但制造如此复杂的微电极阵列的技术含量还是很高的。

此次Neuralink发表的论文中，公布了详细的“微电极阵列”制作步骤。虽然它与芯片有很大不同，但它确实是通过光刻技术在晶圆上制造的。这就是为什么 Neuralink 的“微电极阵列”可以做得如此之小。

不过，从最终“微电极阵列”30-40um的直径来看，这显然不是当前半导体技术的极限。如果相应材料的性能足够，或者出现新材料，“微电极阵列”是完全可以的。将变得更小，这些“微电极阵列”的注入密度也有望进一步提高。

左侧黄色方块区域均为数模转换模块。

半导体在脑机接口中还有另一个重要作用：芯片需要将大脑中的模拟信号转换成计算机可以处理的二进制信号。

上千个信号源的数模转换芯片并不常见，这也是Neuralink最终选择了自研配套芯片的原因。发布会上公布的ASIC芯片显然是经过特殊设计的，用于将大脑信号转换为数字信号的处理单元占据了大部分芯片面积。

根据Neuralink公布的信息，这样的芯片单独处理1024个大脑微电极的信息就足够了，而这样的芯片只需要6.6uW，一节AA电池（1.5V，2000mah）就可以可使用 4 个月。

从最终结果来看，半导体技术在微电极阵列和脑信号处理器这两个关键点上的作用相当重要。更新的工艺和制造技术不仅可以帮助将微电极阵列做得更小，而且大脑信号处理器也可以变得更强大和更节能。

持续进化是重中之重

持续进化其实可以看成是“追赶”。

传统脑机接口无法开发的一个关键原因是，与人脑相比，传统半导体技术的尺寸单位仍有较大差距。比如它诞生于1991年，“犹他阵”至今仍在使用。尽管在边长为 2 毫米的方形底座上放置了 100 多个电极，但这个密度确实与人脑中的 860 亿个神经细胞相比。这是“小巫婆就是大巫婆”。

如果你必须拿着一把原始的石斧，这就像建造一台超级计算机。

此次Neuralink公布的微电极阵列，虽然两个电极之间的距离仍超过100um，但最终接近脑细胞的实际大小（神经细胞在10-15um左右）。也就是说，至少在“细胞-机器”的神经传递过程中什么是脑机接口，双方终于有了在同等大小尺度下“交流信息”的希望（单向交流为主）。

这种进步很可能会扩大人类对大脑的认识，不仅会促进脑机接口的进一步发展什么是脑机接口，还会推动脑疾病、人工智能等一系列技术的发展。

但这还没有结束，因为最神秘的不是神经细胞，而是神经细胞如何传递信息。根据科学研究，单个神经细胞可以有多达 10,000 个突触连接到其他神经细胞。要全面了解如此大量的突触是如何工作的，显然 Neuralink 脑机接口显然无法完成这项任务。完成这项终极任务，可能还希望至少再增加 2-4 个数量级。

然而，工具永远是工具。860亿个脑细胞、860万亿个突触对应的复杂神经网络，人类要耗费多少人力物力去摸索？被发现后应该如何监管和使用？这些都是需要及时解决的问题，现在害怕还为时过早，那就让“硅谷钢铁侠”再乱来吧。