埃隆·马斯克（Elon Musk）的脑机接口团队揭秘

转自  李冬阳 BrainQuake大脑激荡

（Elon Musk）

钢铁侠埃隆·马斯克（Elon Musk）进军了脑机接口领域——成立新公司Neuralink！一石激起千层浪，这个在普通民众眼里还带着科幻色彩的领域，瞬间刷爆朋友圈，占领各大科技网站头条。这得益于Musk彪悍的人生经历，年轻时创建了全球最大支付系统Paypal，出售给eBuy后决心做电动车，创建了Tesla，将电动车从华而不实的代表变为了销售量爆炸的性能怪兽；同时为了移民火星的梦想，进入火箭发射领域，创办SpaceX，成为继美国、俄罗斯和中国之后第四个掌握火箭发射回收技术的组织。其投资的SolarCity已成为美国最大民用太阳能板提供商。而当美国政府的“旧金山-洛杉矶”高铁在争议了十年后不了了之时，他设计的用来连接两地、速度超过飞机的全新交通方式Hyperloop已经开始了轨道测试。因此Neuralink能够如此吸引大家眼球也就不足为奇，毕竟这哥们将梦想转化为现实的能力实在太过恐怖。今天就带大家了解一下Neuralink的研发团队，窥探一下钢铁侠下一个改变世界的计划。


从目前的报道来看，研究团队主要由系统神经科学家Philip Sabes、Timothy J. Gardner和材料化学专家Vanessa Tolosa组成。


Vanessa Tolosa

（Vanessa Tolosa）

Vanessa Tolosa在加州大学洛杉矶分校取得了化学工程的博士学位。2009年博士毕业后在Lawrence Livermore国家实验室（LLNL）担任材料工程部的工程师，同时被聘为DOE资助的人造视网膜项目和其他植入式生物医学设备的博士后。化学工程的基础和人工视网膜的工作让她成为了柔性电极方面的专家，她在LLNL致力于开发长期植入式神经接口和生物化学微传感器，能够同时实现脑电信号的采集和反向的电刺激。而植入型电极面临的最大问题是一旦植入人脑与大脑亲密接触后，由于大脑的排异反应，会产生大量胶质细胞包裹电极，从而降低电极的记录和刺激效果，使电极逐渐失效。如果柔性硅基聚合物电极能够完美解决生物兼容性的问题，那么可供长期使用的脑机接口也就指日可待。


Timothy J. Gardner

（Timothy J. Gardner）

Timothy J. Gardner于2003年获得洛克菲勒大学物理与生物学博士学位，期间研究了元音的空气动力学和时频分析的数学方法；毕业后来到MIT做博士后，师从Michale Fee。Michale Fee作为鸣鸟（songbird）发声领域的绝对大神，设计了一种能够灵活采集并无线传输神经细胞放电信号的设备，这个秘密武器使得研究人员能够极其方便地得到鸣鸟的脑内神经信号，从而研究其鸣叫和学习的神经机制。而目前应用在人类身上的植入式神经信号放大和采集系统一般都是有线传输，且设备极其庞大笨重，大大限制了植入脑机接口的应用场景。因此一个轻巧的无线神经信号放大传输设备，是将脑机接口系统从临床和实验室带到实际应用中的必经之路。


Philip Sabes

（Philip Sabes）

Philip Sabes在MIT获得脑和认知科学博士学位之前，曾是马歇尔学者。目前担任加利福尼亚大学旧金山分校生理学教授，同时也是UCSF Swartz理论神经生物学中心主任。Sabes致力于了解大脑如何控制运动，特别是感觉信息和学习在其中的作用，比如感觉信息是如何进行编码，又是如何进一步转化为运动的参考规划。同时他的实验室也在基于这些理论研究来开发脑机接口，以帮助患有如脊髓损伤等严重感觉和运动损伤的患者。通过植入的电极获取患者的脑电信号，解码分析其中的运动意图，进而转化为对外部设备如机械臂的控制；而机械臂上的传感器的信号则可以反馈给大脑，从而更精细的调控运动，形成完整的运动控制闭环。


延伸阅读：脑机接口系统
 
脑机接口系统可以抽象为四个部分：


1、信号的采集
 
信号获取是整个脑机接口系统的基石，从获取方式上可分为非侵入式和侵入式两大类。非侵入式通过体外电极紧贴颅骨采集信号，不会给大脑带来损伤，但是记录信号质量较低，噪声大。而侵入式则是将电极植入人脑中，又可根据电极是否进入大脑灰质分为表面电极和深部电极。代价则是创伤和伦理问题。脑电信号的质量决定了整个系统的性能。其核心在于电极的工艺，对于植入式电极来说，除了上面提到的生物兼容性，电极的工艺，尺寸，记录精度，触点数量，都会直接影响到脑电信号的记录。电极在保证记录精度的情况下尺寸越来越小，生物兼容性更好，侵入所带来的创伤也将越来越小，同时也能更加稳定的长期记录。
 
2、信号的放大与传输
 
这是容易被忽视的一步，但却是整个脑机接口系统的中流砥柱。要知道，脑电信号极其微弱，要想对其进行高精度分析，就必须要专门的脑电放大器对其进行放大，从其动辄上百万的售价你就可以充分感受到它的技术难度。而若想将其真实应用到日常生活中，就需要将目前的有线传输方法改造成无线模式，那么随之而来的发热，充电，噪声，传输带宽又成了新的亟待解决的问题。
 
3、信号的解码


解码，或者说神经信号的分析是脑机接口系统的核心。神经科学工作者区别于常人的地方，便是面对那一条条曲曲折折看似杂乱的脑电波，能从中分析出你藏在大脑中秘密：可能是你此时的所见所闻所想，也可能是你隐匿在Poker face下的喜怒哀乐惧。这既需要深刻理解相应脑区的工作原理，又需要大量应用信号处理和模式识别的相关算法。目前想象运动的解码相对来说已较为成熟，可以精细地解析出人脑的运动意图。而一旦完成解码，接下来就是和各个领域的合作，将解析出的意图转化为外部控制指令，小到屏幕上的光标，大到具有高自由度的机械臂，均在掌控中。
 
4、反馈刺激


这是形成脑机接口闭环的最后一步，也是与上一步解码反向的过程：将外部传感器接受到的信息，编码转化为大脑可理解的电信号，通过电极刺激对应的脑区，让人“感觉”到传感器上的信息。试想当我们用脑电操控机械手臂去拿起一杯水时，如果没有反馈系统，那么我们就是控制着一条毫无知觉的手臂，无法知道触感，温度，压力，那么这样一条手臂是无用而危险的——你会因为无法准确感受到反馈的压力而无法判断是否握紧杯子从而将其摔碎，也可能你只是想用小拳拳捶下小伙伴的胸口，他却不得不因为肋骨骨折而住进医院。


了解这些，再回过头看看Musk找来的这些研究人员。我们就能对其战略意图管中窥豹了——这三名研究人员恰好是负责一个完整脑电系统的四个部分，Vanessa负责电极设计，Timothy实现轻巧易用的无线脑电传输方案，Philip完成脑电的解码和外部感觉信号的编码——这意味着Musk想要搭建起一个完整的具有实用性的脑机接口闭环系统平台，在这一平台上实现任何他感兴趣的尝试。目前来看，虽然Musk提出的长期愿景是人脑增强和人机结合，定下的小目标应该定位于运动控制或是电刺激治疗疾病。