昨天看了马斯克的发布会，想起了一堆赛博朋克电影，做了一个晚上的梦。北京时间昨天下午，马斯克再次交出了一份基于自己理想的答卷，而这一次的项目换成了充满科幻感的脑机接口。这份答卷主要归功于马斯克旗下的Neuralink公司。这家公司的宗旨很简单——“开发超高带宽脑机接口，连接人机）”。关于发布会现场的具体报道网上已经有很多，这里不再赘述。本文旨在对Neuralink的新成果进行更深入的分析，告诉你为什么这是脑机接口的突破。先划重点，再来看看它能成为重大突破的几个关键原因：首先，Neuralink成功将脑机接口的电极数量增加了30倍，空间维度的变化也是具有实际意义；第二，Neuralink不仅仅针对科学实验场景，其解决方案具有大规模潜力；第三，也是最关键的一点，Neuralink目前的一套解决方案是“可进化的”。下面我们就来一一深入分析。接口性能的飞跃脑机接口的最终目标是连接以细胞为基础的大脑和以晶体管为基础的计算机，因此两者之间必须有一个关键的接口。扮演这个角色的是“微电极阵列（MEAs）”，它感知神经细胞之间的电神经信号，并充当连接神经元和电子电路的神经接口。Neuralink这次也在这个关键环节进行了创新。传统上，“微电极阵列”分为体内和体外（按电极位置划分；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”、和“灵活阵列”。“三种。Neuralink最终选择的其实是“硅阵列”+“柔性阵列”的组合：外观和电极排列与“硅阵列”中的“密歇根阵列”类似，在某一点沿直线分布距离材料为柔性阵列的聚酰亚胺和铂金，制造方法直接采用芯片制造中的光刻技术。最终的结果是，Neuralink的“微电极阵列”直径约为30-40微米，实现了64个电极的单个阵列。因为头发的直径一般在80微米左右，所以你最后看到的Neuralink微电极阵列就像“发丝”一样。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是“长出了头发”。但千万不要因为不起眼就看不起“头发”。虽然它比传统的微电极阵列小得多，但由于电极呈线性排列且数量众多，因此可以构建密集的三维电极网络。这一点完全可以超越传统的二维微电极网络，也将帮助科学家收集到更多有用的神经电信号。最后，微电极阵列整体尺寸的缩小和集成度的提高，无疑将直接为脑机接口的部署带来利好。最重要的是减少对大脑的伤害，让电极装置的寿命尽可能长。这对于未来很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。一个接一个植入微电极的动作，确实像缝衣服一样。上面的微电极“毛发”是怎么传送到大脑的？这不能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透这个环，再通过这个环将整根“毛发”拉入大脑。到达指定深度后，针头会被拉回来，然后“头发”就会留在脑部之中。一根“发丝”只需要刺一次，伤口自然是最小的。整个“缝纫机器人”本质上更接近一台配备了很多图像采集设备的高精度机床。最重要的是，几个步骤将一次完成。这涉及在植入前用激光切除硬脑膜以提供用于植入的切口。机器人的高精度对于微电极的植入也非常重要。首先，微电极本身很薄，如果受力过大可能会断裂。通过机器植入基本不会出现这个问题。第二，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也会逐渐明确。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。根据发布会上发布的信息，这款机器人可以在10秒内完成一根“发丝”的植入。操作越快，实际上意味着风险越低。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还是很有技术含量的。在Neuralink此次发表的论文中，有详细的“微电极阵列”制作步骤。虽然它与芯片有很大区别，但它确实是使用光刻技术在晶圆上制造的。这就是为什么Neuralink的“微电极阵列”可以做得这么小。但从最终“微电极阵列”30-40um的直径来看，显然不是目前半导体技术的极限。如果相应材料的性能足够，或者出现新的材料，“微电极阵列”是完全有可能的。会变得更小，这些“微电极阵列”的植入密度也有望进一步提高。左边的黄色方块都是数模转换模块。在脑机接口中，半导体还有一个重要的作用：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。拥有数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。发布会上公布的这颗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，仅这样的芯片就足以处理1024个大脑微电极的信息，而这样的芯片只需要6.6uW，一节AA电池（1.5V，2000mah）可以使用4个月。从最终的结果来看，半导体技术在微电极阵列和大脑信号处理器这两个关键点发挥了非常重要的作用。更新的制造工艺和制造技术不仅可以帮助微电极阵列做得更小，还可以帮助大脑信号处理器变得更强大、更省电。不断进化，最重要的是不断进化。其实也算是“赶超”了。传统脑机接口无法开发的关键原因之一是，传统半导体技术的尺寸单位与人脑相比还存在较大差距。比如诞生于1991年并沿用至今的“犹他阵列”，虽然在一个边长2毫米的方形底座上放置了100多个电极，但这个密度相对于86人脑中的十亿个神经细胞。这是“小巫见大巫”。这就像建造一台超级计算机时，你必须拿着原始人的石斧。虽然Neuralink公布的微电极阵列的两个电极之间的距离仍然超过100um，但终于越来越接近脑细胞的实际大小（神经细胞大约10-15um）。也就是说，至少在“细胞-机器”的神经传递过程中，双方终于有了在同尺寸测量下“信息交换”的希望（主要是单向通信）。这种进展很可能会扩大人类对大脑的认识，这不仅有利于脑机接口的进一步发展，也??将推动脑疾病、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，而是神经细胞之间如何传递信息。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。如果想要全面了解如此大量的突触是如何工作的，显然这次的Neuralink脑机接口无法完成这项任务。至少还有2-4个数量级可望完成这项终极任务。但是工具就是工具。发现对应860亿个脑细胞和860万亿个突触的复杂神经网络需要多少人力物力？被证明后应该如何监管和使用？这些都是需要及时解决的难题，现在还怕什么，让“硅谷钢铁侠”再惹是生非还为时过早。
