星期三 , 11月 30 2022
首页 / 人工智能 / AI / 大脑插管七年,“赛博人类”新纪录

大脑插管七年,“赛博人类”新纪录

世界首个真·赛博人诞生了。36岁男子Nathan Copeland已经佩戴脑机接口生活了七年零三个月,打破了佩戴BCI时间最久的世界纪录。他将自己称为“半机械人”。

通过脑机接口,Copeland可以控制外部设备,比如用平板电脑玩电子游戏“吃豆人”。

甚至还能控制移动机械手臂,比如吃个玉米饼。

让人震撼的是,他创作了世界上第一幅使用BCI捕神经信号绘制的猫,竟卖出3万元。

那么,Nathan Copeland和脑机接口之间有怎样的故事?

我的“赛博格冒险之旅”

2004年的一场车祸,导致Nathan Copeland胸部以下的身体部位全部瘫痪。

2014年,匹兹堡大学正在做一项针对脊髓严重损伤患者的研究,为了借助脑机接口(BCI)帮助这些人恢复已经丧失的能力。

论文链接:https://www.rnel.pitt.edu/research/neuroprosthetics/intracortical-brain-computer-interfaces

Copeland毫不犹豫便参加了。当他谈到参加这项研究的部分灵感,便是来自游戏和动画中喜爱的机器人和半机械人。

要知道,当时这项研究还只是测试阶段。不仅需要进行脑部手术,而且这个设备能够工作多久,无人知晓。

Copeland称:

刚开始的时候,研究者表示可能会持续使用5年。然而这5年是基于在猴子身上测试的数据,因为从来没有人类这样做过。

2015年,Copeland接受了芯片组植入。研究者在其大脑中共植入4个微型阵列,2个在运动皮层,2个在感觉皮层。

这被称做犹他阵列(Utah array),由硅制成。

一个标准的阵列是由100个微针(硅电极)组成的4.2mm正方形网格,每个微针约1mm长,其表面涂有导电金属。

神经元在彼此交流时会产生电场,而这些阵列可以让研究人员能够观察和记录数百个相邻神经元的活动。

为了创建真正的脑机接口,研究人员需要将这些神经信号转换成数字命令,从而让佩戴者能够驱动假肢或电脑。

这里,Copeland使用的脑机接口的系统叫“BrainGate” 。

它包括一个植入式阵列、一根电缆,用来连接Copeland头骨上镍币大小的底座和放大神经信号的外部设备,以及一台对这些信号进行解码的计算机。

紧接着2016年,研究学者开始试图让Copeland通过脑机接口系统控制移动鼠标。

这些实验包括玩Sonic the Hedgehog 2、Final Fantasy XIV等视频游戏,同时还有绘画。

早期测试中,Copeland仅能创作出一些由简单线条组成的几何图形。经过几个月的重复练习,他对光标的控制能力也越来越强。

2021年3月,他上传了一段名为“用脑机接口画猫”的视频到Youtube视频。然后,Copeland在NFT交易平台OpenSea上线了“BCI Cat-01-The Calico”,还卖了2.5以太坊(大约3万人民币)

此外,他还创作了其他作品,包括《在农场》、《星夜》等。

在农场|BCIcanDoBetter

星夜

Copeland称,自己是第一个在感觉皮层植入电极人,因此在控制机械臂的同时,还能接受到感觉。

如下这张图展示了感知电极的位置,能感受到一些温暖、亲拍、压力等感觉。

尽管已经使用7年多,Copeland的植入物依旧能够使用,而且没有造成任何严重的副作用或并发症,对脑机接口领域来说未来是有希望的。

这种设备从20世纪60年代就开始研发,但仍处于试验阶段。

但是,对于植入式阵列的长期耐久性仍然存在疑问。随着时间的推移,它们的性能会下降多少,以及是否可以升级都成为需要解决的问题。

“如果丧失的功能恢复了数年,然后又再次失去,那将是彻底令人发狂的。”

大脑插管7年,破世界纪录

上世纪80年代,作为犹他大学生物工程学的教授Richard Normann首次构想出犹他阵列,试图去找到一种恢复视力的方法。

自那以后,它已经发展成为研究脑机接口的行业标准。

2004年,Matt Nagle成为第一个被植入犹他阵列的瘫痪者。根据他参与的研究方案,仅持续一年后被移除了。

手术完成后,Nagle能够移动电脑光标,控制电视,查看邮件,并使用假肢能够完成打开和关闭动作。

现在,全世界有30多名研究参与者佩戴植入式脑机接口。

Ian Burkhart之前一直保持着脑机接口植入时间最长的记录,直到2021年他的研究结束时将其移除。

到目前为止,犹他阵列的研究已经在猴子身上持续了10年之久。但是由于佩戴这一设备的人少之又少,其寿命仍然是未知数。

匹兹堡大学的生物医学工程师、科普兰研究小组成员Robert Gaunt表示:

就Copeland的情况而言,他的阵列仍在工作,但不如植入后的第一年好。毕竟这些电子工程系统本就对于自身来说是侵入物,身体就会试图摆脱它。

研究表明,刺状探针刺入大脑后,植入的阵列可以在电极周围的神经组织中激发免疫反应,带来的炎症会导致信号质量下降。

另外,大脑植入物周围会形成疤痕组织,这也会影响它们从附近神经元接收信号的能力。

脑机接口能够从神经元解释的信息越少,它执行预期功能的效率就越低。

为此,科学家试图让植入物持续更长时间的方法之一是,用不同种类的材料进行实验。

犹他阵列是绝缘的对二甲苯(parylene),一种保护性聚合物涂层,相对稳定的同时提供低渗透性的水分,经常用于医疗器械行业。

但随着时间的推移,它会腐蚀和开裂,而其他材料可能会被证明更加耐用。

一家制造犹他阵列的Blackrock Neurotech公司正在测试一种涂有聚二甲苯和碳化硅的复合材料。

另一种方法是缩小植入物尺寸。比如,研究者正在测试神经颗粒,这是一种沙粒大小的微小碎片,假设可以洒在皮质表面。

目前,一些研究参与者已经取出并更换了犹他阵列,但是多次手术并不理想,因为每次手术都有感染或植入部位出血的风险。

一般来说,外科医生多数情况下不会把新植入物放在与旧植入物完全相同的位置,尤其是在那个区域有疤痕的情况下。

但是必须确保植入物放置在正确的位置,如果误放,可能会导致认知和沟通障碍。如果使用可升级的外部脑机接口部件会更好,这样患者就不必进行多次手术。

但是,大多数脑机接口系统的外部部分实际上是大脑植入的最大风险之一。

因为位于头骨上方的基座容易引起感染,然而它的存在对于将植入的阵列连接到外部计算机是必要的。

现在,Copeland和其他研究参与者必须通过他们的头部基座接入系统才能使用他们的 BCI。

或许对于Nathan Copeland来说,这只是一个小小的烦恼。作为交换,他可以使用脑机接口做一些事情。

由于脑机接口的寿命未知,Copeland知道自己的植入物有一天可能会停止工作,但他表示自己会顺其自然。

他称,“5年或10年后,如果有什么显著改善的地方,我会直接再做一次手术。”

脑机接口50年:军方大力推进、马院士吹牛一地鸡毛

往大脑中植入芯片,这个如今被称为“脑机接口”的技术,从诞生走到今天,遵循了科学发展史上的一个熟悉的模式:

从诞生之后很长一段时间内进展缓慢,长期沉寂,然后突然迅猛发展。

史上第一次尝试将电极阵列插入哺乳动物的大脑,是在20世纪60年代末的斯坦福大学。

当时使用的电极的制作方式与人们现在制作电脑芯片的方式相同,通过化学方法蚀刻掉一点硅,当时的探头使用的是金,接受植入的则是猫猫。

研究人员的目的是利用这些植入物来检测单个神经细胞的活动

实际上,从20世纪60年代末提出可植入大脑芯片的想法以来,直到本世纪初,“脑机接口”技术一直是作为实验室中的研究工具使用,用来探索大脑各个部分的功能,实验对象也一直是动物,比如猴子 、小鼠、猫等。

直到本世纪初,脑机接口技术才开始在人类身上进行实验,主要动机则是出于军方的需要,最初的实验和创新研究也是军方资助和推进的。

伊拉克战争期间和战后,为了更好地解决伤残军人退伍后的生活问题,美国国防部高级研究计划局(DARPA)启动了“蓝天计划”,主要是开发更先进的智能化假肢,以及控制这些假肢的新方法。

在DARPA的资助下,研究人员开始寻找高效的电极,开发出笨重的硬接线BCI,从猴子控制机器人手臂,最终让人在大量练习后控制计算机。

但把电极植入大脑还是极其困难的。

首先,电极材质往往很硬,而大脑是个粘稠的环境。植入硬物可能会伤害大脑,就像把叉子插到一团面包上,会破坏面包的完整。

而且,大脑这个“面包”是活的,会用胶质细胞把“入侵”的电极粘起来。因此,怎样才能开发一种持久的、可植入的脑机接口,将人的思想与计算机联系起来,进程缓慢。

在DARPA负责无创脑机接口早期项目的神经科学家Amy Kruse表示:“我们搞的有点早。就研发时机和科学原理而言是没问题的,但在应用方面却不尽人意。”

脑机接口让人想到类似《黑客帝国》中的未来场景,心灵控制的巨型机器人、脑后插管来浏览网络空间,但是,经过数十年的研发后,目前还没有任何植入物能够真正走出实验室。

没人真正成功,说明人人都有机会。

如果脑机接口成功建立了大脑和现实世界、甚至于虚拟世界的联系,其影响可能丝毫不亚于当初PC和智能手机的出现给世界带来的巨大震动。

植入式大脑芯片的竞赛是一场漫长而慎重的马拉松。而现在,这场长跑正在进入最激烈阶段。

DARPA也许进场太早,但赛道已开,自有后来者加入,从苹果到微软,科技巨头们谁也不会放过这块未来的肥肉。

不过,如果你在过去几年里听过“脑机接口”的话,那大概率是马斯克的Neuralink。

三年前,马斯克夸下海口,说Neuralink有朝一日可能帮助人们以每分钟40个单词的速度控制计算机进行交流,还能控制虚拟化身,甚至可以通过让我们“与AI融合”来防止AI计算机接管世界。

后来呢?没动静了。此前有报道指出,在三年前那次引发广泛关注的发布活动之前,Neuralink就已经陷入了旷日持久的内部冲突。

在马斯克的督促下,Neuralink制定的项目时间表过于仓促,而科学研究的进展不是马斯克在推特上吹吹牛就能加速的。二者之间发生冲突不可避免。

四名Neuralink前员工表示,这家表面风光无限的明星公司的内部文化一片混乱,比如突然提出强烈要求,项目执行和推进流程匆忙、杂乱,上项目快,撤项目更快。在Neuralink的最初的八位创始科学家中,已经基本走的差不多了。

2021年5月,Neuralink联合创始人、自成立起一直担任公司负责人的Max Hodak在社交媒体上宣布,已经从Neuralink离职。

据两名前员工称,公司研究人员长期以来一直在私下讨论需要全面收缩,专注于更简单、更有针对性的技术应用,以取得更快的进展。

搞脑机接口,离不开动物实验环节,而就是在动物实验上,Neuralink也遇上了麻烦:虐待猴子。

2022年2月,美国医师医药责任协会指控Neuralink和加州大学戴维斯分校在2018年至2020年间对23只猴子进行侵入性和致命的大脑实验,违反了《联邦动物福利法》。

对此,Neuralink在官网和Twitter回应称,Neuralink团队尊重动物。在缺乏语境的条件下,医疗记录和研究数据所反映的信息可能有误导性。

这条回应也成为Neuralink推特的最后一条内容,自今年2月以来,其官推账号再无新内容发布。

虽然马院士这波暂时没成,但毫无疑问的是,在脑机接口的这场长跑里,终点线依然遥远,无论是帮助病患更方便地生活,还是帮助人类实现认识世界的新方式,今后加入这场赛跑的玩家,只会越来越多。

参考资料

https://www.wired.com/story/this-man-set-the-record-for-wearing-a-brain-computer-interface/

https://www.businessinsider.com/brain-computer-chip-link-interface-neurotech-human-trial-2022-8

关于 声波

声波
发现不同的声音

检查

机器意识:AI距离“觉醒”还有多远?

什么是意识?如何产生意识? 这 …

发表评论

邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注