腦機(jī)啟偵 | 星形膠質(zhì)記憶印跡——重新思考記憶的細(xì)胞基礎(chǔ)

馬斯克發(fā)帖稱，新一代神經(jīng)鏈接腦機(jī)接口增強(qiáng)版的性能將提升至三倍，將于今年晚些時(shí)候面市。待監(jiān)管部門批準(zhǔn)后，Neuralink準(zhǔn)備推出首款盲視增強(qiáng)技術(shù)，使那些完全失明的人能夠以低分辨率視覺方式進(jìn)行感知。

目前全球已有21名參與者加入Neuralink的試驗(yàn)項(xiàng)目。

通過意念直接控制計(jì)算機(jī)、手機(jī)和機(jī)械肢體。該技術(shù)直接記錄手部和手臂肌肉相關(guān)腦區(qū)的神經(jīng)活動(dòng)，將這些信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字指令，從而繞過受損的神經(jīng)通路。

開發(fā)此類技術(shù)需要多維探索——從解析神經(jīng)信號(hào)編碼的信息，到研究大腦復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)與生理機(jī)制，再到優(yōu)化意念控制的用戶體驗(yàn)。工作由“神經(jīng)航海家”計(jì)劃驅(qū)動(dòng)：這些臨床試驗(yàn)的早期參與者勇于開拓，推動(dòng)著腦機(jī)接口技術(shù)的進(jìn)步。

隨著全球21名“神經(jīng)航海家”加入試驗(yàn)隊(duì)伍，Neuralink正取得令人振奮的進(jìn)展。本文將重點(diǎn)呈現(xiàn)Neuralink從試驗(yàn)參與者身上獲得的洞見、共同達(dá)成的里程碑，以及他們的參與如何推動(dòng)BCI技術(shù)向前發(fā)展。

“那是我的手！”

“心靈感應(yīng)”旨在讓癱瘓患者能像使用自身雙手般自然地與世界互動(dòng)。

最初，參與者通過嘗試移動(dòng)手臂來控制電腦光標(biāo)。但短短幾分鐘后，他們往往忘記了手臂的存在，發(fā)現(xiàn)光標(biāo)能自動(dòng)移動(dòng)到目標(biāo)位置。部分參與者——如首位接受Neuralink植入的諾蘭——甚至反饋光標(biāo)抵達(dá)目標(biāo)位置的速度，比他們意識(shí)到的意圖還要快。

“某些瞬間我突然意識(shí)到——這遠(yuǎn)比想象中更震撼……[Neuralink]不僅能精準(zhǔn)追蹤動(dòng)作，甚至能比思維更快地預(yù)判你的下一步意圖。”

——諾蘭

最終參與者不再刻意移動(dòng)手部或光標(biāo)——他們只需自然行動(dòng)，仿佛腦機(jī)接口已成為身體的延伸。當(dāng)參與者突破屏幕光標(biāo)控制，操控實(shí)體機(jī)械臂時(shí)，這種體驗(yàn)尤為震撼。四年來無法活動(dòng)四肢的尼克，竟能通過意念操控機(jī)械臂完成從進(jìn)食到搔癢等基礎(chǔ)動(dòng)作。但令尼克最難忘的并非重獲獨(dú)立，而是找回了以為永遠(yuǎn)失去的感覺——手臂活動(dòng)的觸覺。

“當(dāng)時(shí)的思維并非向前、向上、向下或向后移動(dòng)。我的思維狀態(tài)是：我正端著杯子比劃手勢(shì)，就像在婚禮上站起來致辭時(shí)那樣。這感覺太不可思議了……”

——尼克

除了參與者的主觀體驗(yàn)，我們還通過測(cè)量信息傳輸速率來量化意圖轉(zhuǎn)化為動(dòng)作的速度與精準(zhǔn)度。用戶選擇目標(biāo)序列的速度越快、準(zhǔn)確度越高，其信息傳輸速率就越高，控制能力也越強(qiáng)。

健全者使用電腦鼠標(biāo)時(shí)，平均傳輸速率約為每秒8-10比特（可在此處計(jì)算個(gè)人得分）。多名Neuralink參與者已達(dá)到甚至超越該范圍。例如尼克在使用腦機(jī)接口的首周內(nèi)，就實(shí)現(xiàn)了超過10比特/秒的傳輸速率。

終極考驗(yàn)

盡管Webgrid等性能指標(biāo)能量化恢復(fù)能力，但重獲獨(dú)立的終極考驗(yàn)在于它如何改變?nèi)藗兊纳睢Ｓ行┣闆r下，這種考驗(yàn)是字面意義上的。

十年前，諾蘭在大學(xué)畢業(yè)前夕遭遇了導(dǎo)致癱瘓的脊髓損傷。被迫中斷學(xué)業(yè)返鄉(xiāng)后，這位獨(dú)立進(jìn)取的大學(xué)生淪為日常依賴他人的殘障者，人生目標(biāo)感日漸消逝。

借助Telepathy技術(shù)，自我提升成為他新的動(dòng)力源泉。當(dāng)能完全自主操控電腦后，諾蘭開始早起研習(xí)數(shù)學(xué)、閱讀書籍，甚至學(xué)習(xí)新語言。離開大學(xué)十年后，諾蘭重返校園攻讀神經(jīng)科學(xué)學(xué)位。

“重返校園的喜悅難以言表。不僅是順利通過課程，更是在優(yōu)異成績(jī)中完成學(xué)業(yè)。這學(xué)期堪稱我大學(xué)生活中成績(jī)最輝煌的學(xué)期。[心靈感應(yīng)技術(shù)]讓我重獲以為永遠(yuǎn)失去的人生片段，終于開始感覺自己又回到了從前的樣子。”

——諾蘭

隨著諾蘭開辟道路，越來越多的參與者開始運(yùn)用心靈感應(yīng)技術(shù)投入學(xué)習(xí)。塞巴斯蒂安是我們最新加入的神經(jīng)航海家之一，這位23歲的醫(yī)學(xué)生兩年前在寒假期間遭遇脊髓損傷。在使用Neuralink前，塞巴斯蒂安只能依靠語音指令操作電腦，重返校園之路異常艱難。

借助Telepathy技術(shù)，塞巴斯蒂安攻讀醫(yī)學(xué)學(xué)位的效率大幅提升。從標(biāo)注研究論文、完成互動(dòng)作業(yè)，到課堂上隱蔽地處理多任務(wù)，他每天使用Neuralink的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)17小時(shí)。

神經(jīng)航海家們正利用恢復(fù)的鼠標(biāo)控制能力進(jìn)行創(chuàng)作。奧黛麗作為首位女性神經(jīng)航海家，二十年前遭遇了脊髓損傷。近二十年來，她始終無法直接操控電腦，日常事務(wù)全賴伴侶代勞。

盡管計(jì)算機(jī)操作經(jīng)驗(yàn)有限，奧黛麗卻精通了“心靈感應(yīng)”系統(tǒng)，并由此發(fā)現(xiàn)了藝術(shù)創(chuàng)作的新熱愛。她運(yùn)用該系統(tǒng)創(chuàng)作精妙作品，通過抽象藝術(shù)視覺化地講述自身故事。在網(wǎng)絡(luò)獲得認(rèn)可后，她計(jì)劃開設(shè)實(shí)體畫廊，進(jìn)一步展示作品并激勵(lì)他人。

最初只是作為一種創(chuàng)意出口，如今卻演變?yōu)橐环N主權(quán)宣言。通過在自己的時(shí)間里創(chuàng)作原創(chuàng)藝術(shù)，奧黛麗得以創(chuàng)造出真正屬于自己的東西。

“我的思維變得自由了些。不再總被困在框框里，或被塞進(jìn)房間里。這感覺真的很解脫。”

——奧黛麗

從教育到創(chuàng)意表達(dá)，Neuralink參與者正探索重獲永失體驗(yàn)的途徑。但對(duì)某些人而言，這更意味著重拾最基礎(chǔ)的能力：說話。

重返房間的可能

肌萎縮性側(cè)索硬化癥（ALS）是一種毀滅性疾病。患者會(huì)逐漸喪失對(duì)全身幾乎所有肌肉的控制，最終導(dǎo)致全身癱瘓。當(dāng)呼吸與言語功能喪失后，高達(dá)95%的ALS患者會(huì)拒絕維持生命的呼吸機(jī)治療——部分原因正是無法與親人交流。

為幫助ALS患者重獲有意義的社交能力，我們正通過創(chuàng)新方法將神經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為文本，構(gòu)建更高效的溝通系統(tǒng)。通過與杰克等多位“神經(jīng)航海家”合作，我們發(fā)現(xiàn)盡管Neuralink設(shè)備僅植入大腦單側(cè)，仍能接收來自雙手的強(qiáng)信號(hào)。

基于這一發(fā)現(xiàn)，我們正探索構(gòu)建十指思維鍵盤。通過將十指映射至類似實(shí)體鍵盤的字母區(qū)域，參與者已實(shí)現(xiàn)每分鐘40字的打字速度。

杰克雖然能夠說話，但新掌握的打字能力極大提升了他的計(jì)算機(jī)使用體驗(yàn)。我們將這些研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，旨在幫助晚期ALS患者實(shí)現(xiàn)更快速、更輕松的交流。

“ALS的打擊如同千鈞重錘。但對(duì)我們這代人而言，獲得這樣的機(jī)會(huì)堪比成為首批登月者。我必須為自己而戰(zhàn)，更要為兒子把握這個(gè)機(jī)會(huì)。如今他總說我是頭腦植入芯片的超級(jí)英雄。”

——杰克

展望未來，通過新啟動(dòng)的“VOICE”臨床試驗(yàn)，計(jì)劃將溝通速度提升至每分鐘140詞的會(huì)話水平。該研究通過讀取參與言語生成的大腦區(qū)域信號(hào)，致力于為ALS或中風(fēng)等神經(jīng)疾病導(dǎo)致嚴(yán)重語言障礙的患者恢復(fù)實(shí)時(shí)言語能力。

在突破溝通速度的同時(shí)，“神經(jīng)航海家”們還創(chuàng)造性地重獲參與社交空間的方式。首位參與試驗(yàn)的ALS患者布拉德指出，癱瘓帶來的最大挫敗感在于無法環(huán)顧四周。例如參加兒子地區(qū)機(jī)器人競(jìng)賽時(shí)，他因頸部僵直無法觀看比賽。找到一款可360度旋轉(zhuǎn)的輕量級(jí)攝像頭后，布拉德將其安裝在輪椅上，如今能用意念操控光標(biāo)自由移動(dòng)鏡頭，隨心所欲地觀察周圍環(huán)境。

“我希望世界能看到，肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）不僅是悲劇性的終點(diǎn)，更是彰顯人類韌性的深刻成長(zhǎng)與創(chuàng)新契機(jī)。”

——布拉德

下一步行動(dòng)

隨著神經(jīng)航海家們不斷拓展腦機(jī)接口技術(shù)的前沿，下一步是讓這些能力惠及所有需要的人。每枚腦植入體都需適應(yīng)個(gè)體神經(jīng)架構(gòu)——其差異受腦部運(yùn)動(dòng)波動(dòng)、疾病狀態(tài)、顱骨厚度及腦血管分布等細(xì)微因素影響。

手術(shù)中實(shí)時(shí)考量腦部差異性

不斷擴(kuò)展的臨床試驗(yàn)核心目標(biāo)，正是深入理解這些差異，從而優(yōu)化硬件設(shè)備與整體手術(shù)流程。每位參與者都為我們積累寶貴認(rèn)知，為后續(xù)研究鋪平道路。

例如，當(dāng)諾蘭德成為首位接受Neuralink植入者時(shí)，我們獲得了關(guān)于植入線收縮的關(guān)鍵洞察，這凸顯了維持穩(wěn)定信號(hào)質(zhì)量所需的手術(shù)及術(shù)后改進(jìn)。基于這些經(jīng)驗(yàn)，我們觀察到參與者信號(hào)質(zhì)量普遍提升的趨勢(shì)。值得注意的是，實(shí)施這些優(yōu)化措施后，后續(xù)20名參與者中有18名實(shí)現(xiàn)了更高的信號(hào)質(zhì)量。然而即便信號(hào)質(zhì)量提升，腦機(jī)接口性能仍存在差異，這似乎與解剖學(xué)變異（如顱內(nèi)間距）及患者狀況（如ALS病程階段）均相關(guān)。

為使流暢的手部操控能力惠及所有人——無論解剖結(jié)構(gòu)或神經(jīng)病理狀況——我們必須持續(xù)優(yōu)化植入體與手術(shù)流程。未來數(shù)月內(nèi)，我們將通過兩項(xiàng)改進(jìn)優(yōu)化植入體：(1) 將電極數(shù)量從1000個(gè)增至3000個(gè)以提升接收神經(jīng)信號(hào)量；(2) 探索機(jī)械特性以增強(qiáng)螺紋固定性，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的長(zhǎng)期穩(wěn)定傳輸。在手術(shù)流程方面，我們正研究直接穿透腦膜植入螺紋的技術(shù)，以降低手術(shù)創(chuàng)傷性。

通過與監(jiān)管機(jī)構(gòu)及合作醫(yī)院緊密協(xié)作，Neuralink致力于在確保安全的前提下迭代硬件，為參與者提供更優(yōu)設(shè)備，并延續(xù)當(dāng)前零嚴(yán)重設(shè)備相關(guān)不良事件的記錄。這種對(duì)安全的執(zhí)著，為“神經(jīng)航海家”團(tuán)隊(duì)規(guī)模的加速擴(kuò)張奠定了基礎(chǔ)——從2024年的3名參與者，到2025年每月招募多名參與者。

展望未來，道路清晰可見：要打造大規(guī)模恢復(fù)獨(dú)立性的腦機(jī)接口，需要敢于引領(lǐng)的開拓者。

來源 | 腦機(jī)接口-BCI公眾號(hào)

浙大科技園啟真腦機(jī)智能產(chǎn)業(yè)化基地是在浙大控股集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)下，由浙江大學(xué)科技園發(fā)展有限公司與杭州未來科技城管委會(huì)共建，圍繞腦機(jī)智能產(chǎn)業(yè)主體，輻射腦機(jī)+生命健康、腦機(jī)+智能制造、腦機(jī)+新一代信息技術(shù)、腦機(jī)+新材料等領(lǐng)域的專業(yè)化特色產(chǎn)業(yè)基地，由杭州啟真未來科技發(fā)展有限公司負(fù)責(zé)全面運(yùn)營(yíng)。

基地依托浙江大學(xué)在腦機(jī)智能方面的學(xué)科優(yōu)勢(shì)，以腦機(jī)智能作為核心科技支撐，貫徹浙江大學(xué)國(guó)家大學(xué)科技園“有組織科技成果轉(zhuǎn)化、有靶向科技企業(yè)孵化、有體系未來產(chǎn)業(yè)培育”的服務(wù)體系，致力于打造腦機(jī)智能領(lǐng)域具備成果顯示度、區(qū)域影響力的產(chǎn)業(yè)化高地。