英意瑞三国科学家建立“神经电子互联网”，马斯克的“第三层大脑”实现了？

大脑与互联网建设毗连、实现数据实时交互，已经不再只是一种理想了。

实际上，大脑的功效依赖于神经元回路，神经元之间相接触的部位就是突触，在联合信息通报与影象存储、处置惩罚方面起着关键作用。而电子学在模拟神经元和突触以及脑机接口方面取得了重要希望。

克日，英国、意大利和瑞士的研究人员配合建立了一个混淆神经网络，使用互联网将信号从生物神经元传输到人工神经元。当地时间 2020 年 2 月 25 日，科学杂志《自然·科学陈诉》刊登了该研究团队名为 Memristive synapses connect brain and silicon spiking neurons（影象突触毗连大脑和硅尖峰神经元）的论文。

通过互联网毗连生物神经元和人工神经元

雷锋网相识到，该论文主要先容了模拟真实突触的通报和可塑性的大脑和硅尖峰神经元之间的影象联系。

值得一提的是，这项研究由三国研究者配合完成：

英国南安普敦大学开发了纳米级忆阻器，模拟突触；

意大利帕多瓦大学造就了生物（老鼠）神经元；

瑞士苏黎世大学与苏黎世联邦理工学院互助，在硅微芯片上建立了人工神经元，通过使用忆阻器建立的混淆神经网络，使得人工神经元和生物神经元能够双向实时通信。

详细来讲就是，研究人员使用与金属薄膜氧化钛微电极配对的忆阻器，将硅神经元毗连到老鼠海马体的神经元上（如下图所示），从而证明晰一个三神经元脑-硅网络，其中忆阻突触履历了由神经元放电速率驱动的恒久增强或抑制。

凭据上述形貌，我们不难看出这项研究中的一个关键元素即是纳米级忆阻器。

通常情况下，尖峰处置惩罚由基于数字冯·诺依曼（Von Neumann）的硬件运行统盘算法来治理。可是，依赖于近生物的尖峰信号及处置惩罚计谋，神经形态电子器件和结构可以说是相对更好的盘算选择。

以此为基础，研究人员发现了纳米级忆阻器模拟突触的可塑性，而用来模拟脑突触的尖锋电位通报和可塑性历程的，正是钛毗连。

如下图所示，这个系统其实是一条单向电路——钛忆阻器 MR1 存储突触权重作为阻性状态，超薄电容微电极 CME 将刺激通报给生物神经元，并通过影象权重举行调治。BN 尖峰由膜片钳微电极记载，然后由忆阻器 MR2 处置惩罚，而且经由电流注入，最终传输到第二硅神经元 ANpost。

而另外一个重要元素则是人工神经元。据悉，人工神经元被排列在硅微芯片上。类似于生物神经元，人工神经元能够发送、吸收可读取和丈量的信号。

雷锋网相识到，这是全球首次以这样的方式实现了人工神经元和生物神经元的跨国毗连。研究人员同时也指出，希望这项研究成为神经电子互联网的开端。

对于这一突破，南安普顿大学纳米技术教授兼电子前沿中心主任 Themis Prodromakis 表现：

我们对新希望感应很是兴奋。一方面，它为自然进化历程中从未遇到过的新场景奠基了基础，在该场景中生物和人工神经元相互毗连并在全球网络中举行交流；另一方面，它为神经修复技术带来了新的前景，为研究用 AI 芯片取代大脑功效异常的部门铺路。

马斯克：构建第三层大脑

实际上，上述「神经电子互联网」也是特斯拉公司 CEO、SpaceX 公司 CEO 兼 CTO、太阳城公司董事会主席埃隆·马斯克（Elon Musk）的一个脑洞。

众所周知，人类大脑分为两层：

边缘系统：用于控制情绪、恒久的影象和行为等；

大脑皮质：处置惩罚庞大思想、推理和恒久计划。

对此，马斯克认为，实际上我们的大脑另有第三层——人类已经离不开的盘算机、手机等数字化设备。因此他提出了“脑机接口”的观点，让人脑与电脑相连，完善人类大脑的第三层，对另外两层举行增补。

作为一个实干家，2017 年马斯克便建设了脑机接口公司 Neuralink。

Neuralink 建立之初，旨在资助患有严重脑损伤的人（如中风、癌症、先天性疾病患者等）。在大脑中植入设备后，患者即可自行控制手机或盘算机。

2019 年 7 月 16 日 Neuralink 的公布会上，马斯克透露已经有一只到场试验的猴子能够用大脑来控制电脑了，同时还先容了已推出的主要技术（详见雷锋网此前报道）：

宽度仅为 4-6 μm、能够传输大量数据的 Thread；

神经外科机械人，每分钟能向大脑插入包罗 192 个电极的 6 个 Thread；

定制芯片，能更好地读取、清理、放大来自大脑的信号；

N1 传感器，可嵌入人体并以无线方式传输数据，读取比当前基于有线系统更少的神经元——人脑中将植入四个传感器（三个位于运动区域，另一个位于体感传感器区域），它们无线毗连到安装在人耳后的外部设备，受 iPhone 应用法式控制。

实际上，Neuralink 已经开始在小白鼠上举行试验，如果平台稳定的话，将通过机械人手术对 Thread 举行植入。固然，这一历程需要美国食品药品监视治理局的审核。

不外，研究脑机接口的并非只有 Neuralink 公司，Facebook 的 Building 8 部门、麻省理工学院等大学、研究机构现在都在做着这方面的努力。

在雷锋网编辑看来，思量到包罗无线传输在内的工程阻碍、人类对大脑的认识水平、民众对这类技术宁静性的担忧等等，实现脑机毗连绝非易事。

正如马斯克本人所说：

科技不会自己进步，科技进步需要支付，需要远大的目的和大量的辛勤事情，需要有伟大的梦想来引发人们去缔造。

参考资料：