挑战马斯克Neuralink！斯坦福全新脑机接口，直连大脑和硅基芯片

编辑：白峰、鹏飞

斯坦福大学质料科学与工程专业的研究生 Abdulmalik Obaid 说，“以前没有人把这些 2D 硅电子器件与大脑的三维结构相匹配，我们必须扬弃我们已经知道的传统芯片制造方法，设计新的工艺，将硅电子技术带入三维空间，我们必须以一种容易大规模应用的方式来实现这一目的。”

Abdulmalik Obaid (左)、Nick Melosh与他们的微线阵列

革新设计方法，可大规模记载神经元运动影像

3 月 20 日《科学希望》杂志上揭晓了该论文，论文中的脑机接口装置包罗一束微电线，每根电线的宽度不到人类最细头发的一半。这些细细的导线可以轻轻地插入大脑，并在外部直接毗连到一个硅芯片上，记载每根导线通报的大脑电信号，就像拍摄神经电运动的影戏一样。现在版本的设备包罗数百微导线，但未来版本可能包罗数千微导线。

（a）与微线束集成的 CMOS 芯片原理图。该线束包罗一个用于与 CMOS 像素接触的近端(芯片)(b)和一个用于记载组织运动的远端(脑)(c)，近端具有部门袒露的金属线以接触芯片，而远端线被分散以限制插入时的损伤。(d)一束有 800 条微导线的线束，相互距离 100 微米，设备宽度小于 0.6 厘米，适用于小动物研究。

电信号是视察大脑运动的最有效的途径，斯坦福大学质料科学与工程教授、论文的合著者 Nick Melosh 说， “有了这个微线阵列，我们可以看到在单个神经元水平上发生了什么。”

微线阵列的特写镜头

这个装置的顶部装有一个硅芯片，底部的电线轻轻地插入大脑，可以资助研究人员拍摄神经元的运动。

研究人员面临的一个主要挑战是如何构建这个阵列。它必须结实耐用，纵然它的主要组成部门是数以百计的细线。解决措施是将每根电线用一种生物宁静的聚合物包起来，然后将它们捆在一个金属圈内。

现有的脑机接口设备限于 100 条导线，提供 100 个通道的信号，每一条都必须手工经心地放置在阵列中。

研究人员通常要花好几年才气完成阵列的设计和制作，而斯坦福这次的设计完全差别于任何现有的高密度记载设备，阵列的形状、巨细和密度在制造历程中可以利便地改变。“险些可以用任何 3D 阵列同时记载差别深度的差别大脑区域”，神经外科和神经病学助理教授、论文合著者 Jun Ding 说。“如果广泛应用，这项技术将大大提高我们对康健和疾病状态下大脑功效的明白。”

在对小鼠视网膜举行了开端测试后，研究人员也在举行恒久跟踪，以检查该阵列的耐久性和大规模版本的性能。如果该技术验证可行，将有助于提高机械假肢的性能、资助恢复语言和视力等。

脑机接口到底是什么

脑机接口=“脑”+“机”+“接口” ，即在人或动物脑（或者脑细胞的造就物）与外部设备间建立的用于信息交流的通路。

影戏《阿凡达》中主人公使用一个机械直接将自己的心智移植到了另一个非人类身体上，能随心所欲操控这具非人类的身体，具备所有的感知能力与操控力，展现了脑机接口的主要功效。

脑机接口的几个基础模块：

收罗：

侵入式：此类脑机接口通常直接植入到大脑的灰质，因而所获取的神经信号的质量比力高。但其缺点是容易引发免疫反映和愈伤组织（疤），进而导致信号质量的衰退甚至消失。斯坦福的研究属于此类。

部门侵入式：接口一般植入到颅腔内，可是位于灰质外。其空间分辨率不如侵入式脑机接口，可是优于非侵入式。其另一优点是引发免疫反映和愈伤组织的几率较小。主要是基于皮层脑电图（ECoG）举行信息分析。

非侵入式：就是不进入大脑，就像帽子一样利便佩带于人体，可是由于颅骨对信号的衰减作用和对神经元发出的电磁波的疏散和模糊效应，记载到信号的分辨率并不高。这种信号波仍可被检测到，但很难确定发出信号的脑区或者相关的单个神经元的放电。

解码：数学上一般会用 PCA 主身分分析和独立身分分析 ICA 等处置惩罚滋扰信号，EGG 脑电图，皮层脑电图（ECoG）等模型来分析。

再编码：如何编码取决于你希望做的事情。好比控制机械臂拿起咖啡杯给自己喝咖啡，就需要编码成机械臂的运动信号。