通向“人機融合”的下一步？超聲波“讀腦”技術初露頭角

來源：科技日報

◎本報記者 張佳欣

近年來，腦機接口技術取得了顯著進展。這類技術以埃隆·馬斯克旗下的Neuralink公司為代表，通過將微小電極植入大腦皮層，直接讀取神經元電信號，在幫助嚴重殘障人士恢復交流能力方面已展現出實際成效。一些患者甚至能借助植入設備，在接近實時的狀態下“說話”或“唱歌”。

但這種進展的代價同樣明顯：侵入性手術、高風險，以及設備一旦植入后難以調整等。

正是在這樣的背景下，美國一家新成立的初創公司Merge Labs進入公眾視野。與主流路線不同，這家公司試圖繞開“深度植入電極”這一核心路徑，轉而使用超聲波來實現對大腦活動的讀取與調控。

據英國《自然》雜志介紹，這家公司于今年1月成立，獲得了包括OpenAI在內的投資方共計2.52億美元的資金支持。公司希望探索一種新型腦機接口技術，不僅用于信息解碼，還可能用于治療抑郁癥、成癮等精神與神經類疾病，甚至可長期影響大腦的認知過程。外界普遍認為，這不僅是一筆對單一公司的投資，更是OpenAI對“后ChatGPT時代人機交互路徑”的一次前瞻性下注。

功能性超聲實現無損監測

傳統腦機接口通常依賴電極陣列，直接插入大腦皮層甚至更深部位，以捕捉神經元放電產生的電信號。Neuralink等公司采用的就是這種方式。然而，植入電極需要進行復雜的開顱手術，這不僅增加了手術風險，也讓患者的長期恢復面臨不確定性。此外，電極設備是固定的，其交互能力僅限于電極尖端所在的局部位置。

Merge Labs選擇的技術核心是功能性超聲。其原理類似于潛艇聲吶，通過向大腦發射高頻聲波并接收回聲，分析回波在頻率和振幅上的變化，來觀察血液流動情況，從而間接推斷神經元的活動狀態。

“當某一區域的神經元高度活躍時，對氧氣的需求會上升，局部血流隨之發生變化。正是這些變化，為功能性超聲提供了可視化的大腦活動‘地圖’。”英國普利茅斯大學神經科學家埃爾莎·福爾阿納介紹道。

與Neuralink的設備相比，這種方法侵入性更小。傳感器只需置于顱骨下方，或通過顱骨開設窗口進行操作，不必深入腦組織內部。

同時，與電極植入位置固定且只能與植入電極的部位連接不同，超聲波可監測大腦的很多區域并刺激多個部位。

“聲遺傳學”激活特定神經元

Merge Labs不僅僅停留在傳統的超聲波技術上，它還在探索一種新的前沿技術，即“聲遺傳學”。聲遺傳學通過基因工程使特定的神經元對超聲波更加敏感。這意味著，科學家能通過調節超聲波的頻率和強度，精準地激活或抑制大腦中的特定神經元。這種精確性使得聲遺傳學在神經調控方面具有巨大的潛力。

福爾阿納指出，聲遺傳學提供了一種更精確地調節大腦活動的方式。

與傳統電刺激設備相比，聲遺傳學能避免對周圍神經元的過度刺激，從而實現對單一神經元的精確控制。通過聲遺傳學和超聲波的結合，Merge Labs有可能在治療抑郁癥、癲癇等神經疾病時提供更加個性化和精確的治療方案。

聲遺傳學不僅能精確調節大腦的特定區域，還能夠為一些疾病提供新的治療方法。例如，在視覺恢復方面，聲遺傳學可助恢復失明患者的部分視力。而在癌癥治療方面，超聲波和聲遺傳學的結合有可能通過調節腫瘤周圍的神經活動來輔助癌癥治療。

AI技術介入引發爭議

Merge Labs能獲得如此規模的投資，與人工智能（AI）的參與密不可分。OpenAI表示，AI將在Merge Labs的腦機接口方法中“扮演核心角色”，通過構建大型基礎模型，幫助解析超聲波獲取的復雜腦信號，并從中推斷個體意圖。

然而，AI對大腦數據的處理也帶來了敏感的倫理和隱私質疑。瑞典查爾姆斯理工大學神經技術研究人員賈科莫·瓦萊指出，大腦數據具有極高的敏感性，AI巨頭的介入是單純為了恢復患者功能，還是為了訓練更強大的模型，目前仍是一個疑問。如何平衡技術進步與倫理道德，將是未來繞不開的課題。

在性能上，功能性超聲也存在天然限制。瓦萊認為，盡管該方法的空間分辨率可達約0.2毫米，但它依賴血流變化這一間接指標來反映神經元活動，因此不可避免地存在時間滯后，整體響應速度相對較慢。

倫敦帝國理工學院神經信息學家、腦機接口公司Cogitat聯合創始人迪米特里奧斯·阿達莫斯表示，如果系統需要足夠快速響應，以讓人感受到它與自身意圖之間的直接連接，例如用于實時解碼語音，那么基于血流信號的方法就面臨著“根本性的限制”。

目前，Merge Labs仍處于技術探索階段。盡管研發團隊已展示了通過超聲波設備解碼猴子運動意圖的實驗，并探測到了人類在彈吉他或玩游戲時的腦部活動，但要將這一技術真正應用于人類，仍需解決諸多挑戰。