人類一直都在探索并且了解我們所處的宇宙。愛因斯坦曾說,“宇宙的永恒之謎在于其可理解性,宇宙能被理解是個奇跡。”
人類的大腦中擁有大約860億個神經(jīng)元,這些神經(jīng)元之間通過一種名為“觸突”的結(jié)構(gòu)來互相聯(lián)系,并以此來處理和傳遞信號,數(shù)量之繁密,勝過整個銀河系的星辰。因此,大腦之謎與宇宙之謎被稱為“兩大科學(xué)難題”。
破解“宇宙之謎”是詩意且長期主義的,攻克“大腦之謎”是具體且迫切的
大腦作為最重要且最脆弱的器官,可以使人類成為“萬物之靈”,也會被各種腦疾病纏繞,如青少年的自閉癥,中年的抑郁癥,老年后的癡呆癥等。隨著中國推出了“腦計劃”,即認(rèn)識腦、保護(hù)腦、模擬腦。而腦科學(xué)研究的順利開展離不開底層核心工具——腦機接口,它可以實現(xiàn)長期穩(wěn)定讀寫大規(guī)模神經(jīng)元動態(tài)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。
成立于2021年底的腦虎科技是目前國內(nèi)侵入式腦機接口領(lǐng)域最具代表性的公司,同時也是腦機接口領(lǐng)域較大規(guī)模的早期融資獲得者。
腦虎科技CEO彭雷近期在接受采訪時表示,“腦機接口是典型的多學(xué)科交叉的領(lǐng)域,涵蓋了微電子、半導(dǎo)體、芯片、材料、算法、機器人、醫(yī)學(xué)、倫理、神經(jīng)科學(xué)等眾多的學(xué)科,而我們所做的核心難點,是如何最大限度的利用大腦,同時最少限度損傷它,要盡可能實現(xiàn)兩者之間的平衡。”擁有20余年創(chuàng)業(yè)經(jīng)驗的彭雷不禁感嘆,腦機接口的學(xué)科交叉領(lǐng)域之寬,著實超出了他之前所有的創(chuàng)業(yè)經(jīng)驗。
簡單來說,腦機接口就是把電極插入大腦,把信息解碼放到云端,整個鏈路全部打通,實現(xiàn)端到端的整體的解決方案。彭雷表示,腦虎科技正在探索的一種方式,是把線變硬,通過固化的蠶絲蛋白液包裹電極植入大腦,植入后的蠶絲蛋白會慢慢釋放,釋放之后是一個生物安全性非常高的材料,可以理解成以電極為劍、用蠶絲蛋白做劍鞘,插入之后劍鞘融化、留下劍本身。
在大腦的探索之路上引發(fā)的技術(shù)變革
由于解析神經(jīng)電活動是解析大腦功能的核心,能夠同時實現(xiàn)光刺激和腦電信號記錄的多功能神經(jīng)探針,是腦科學(xué)和腦疾病領(lǐng)域的一個重要研究方向。
從腦機接口的發(fā)展方向上來看,不僅要求類似摩爾定律一樣的高通量“通訊”,從一周、一月到一年甚至更長的“長期在體”,而且要求“低創(chuàng)傷”。彭雷提出,“在集成電路里有一條著名定律‘摩爾定律’,也就是晶體管的數(shù)量每 18個月會翻一番。其實在腦機接口領(lǐng)域也有‘摩爾定律’,或者叫‘亞摩爾定律’,就是用于同時捕捉腦神經(jīng)元的電極位點數(shù)量每 70個月才會翻一番,發(fā)展速度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于集成電路行業(yè)。”
據(jù)悉,中科院上海微系統(tǒng)所陶虎課題組利用微納加工技術(shù)和生物相容性材料,成功研制出一種由天然絲蛋白光纖和多通道超柔性微電極陣列組成的多功能探針Silk-Optrode。鑒于蠶絲的高透明度、良好的生物相容性和機械可控性,該光電探針可以精確地插入大腦,對自由行為的動物進(jìn)行同步光遺傳刺激和多通道記錄。
通過絲光纖的水化作用,Silk - Optrode探針能夠主動適應(yīng)植入后的環(huán)境,降低自身的機械剛度,以高準(zhǔn)確度植入大腦,同時保持與周圍組織的機械順應(yīng)性。該光電探針具有128個記錄通道,可以在進(jìn)行低光損耗的顱內(nèi)光刺激的同時,檢測到高良率、良好隔離的單個單元,超過了以往同類工作。術(shù)后兩個月的結(jié)果表明,Silk-Optrode探針在植入—神經(jīng)界面處產(chǎn)生較少的免疫反應(yīng)和組織損傷,具有良好的生物相容性。
隨著近期AGI大火,很多人會將腦機接口做對比,彭雷說,“這兩件事可以看成是一座橋的兩端。AGI用全人類的數(shù)據(jù)、語料庫、反復(fù)訓(xùn)練成一個超大語言模型,最終這個模型不會產(chǎn)生意識和認(rèn)知。而腦機接口的本質(zhì)是將人類如星辰大海般的大腦,進(jìn)行解析,嘗試將它變成電腦可以理解的算法跟數(shù)據(jù)。”
大腦和宇宙之間唯一的共通性就是“神秘”。溫伯格說:搞懂了大腦,才能讓我們明白自己究竟何以為人。
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