全球第一條「意念寫成」的推文出現,靠意念玩手機還有多遠?

作者 | 發布日期 2021 年 12 月 28 日 15:09 | 分類 生物科技 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


「Hello World!」這是很多初學者首次接觸程式語言時會撰寫的內容。它對 62 歲的漸凍症患者 Phillip O’Keefe 來說,也是打開新世界的鑰匙。

漸凍症是一種漸進且致命的神經退行性疾病,最後大腦將完全喪失控制隨意運動的能力。

▲ 簡短的推文,巨大的進步。

藉助 Synchron 公司的腦機介面,O’Keefe 僅用意念「寫下了」這行字,並對外發出了簡單卻又意義非凡的交流信號。

對於螢幕另一端,他表現得像用手指敲擊的人。

和騎自行車一樣自然而然

Synchron 成立於 2017 年,是一家神經科技領域的矽谷初創公司,專注於腦機介面研究(Brain Computer Interface,BCI)。

「Hello world」的推文發布在 12 月 23 日,當時 O’Keefe 接管了 Synchron 首席執行長 Thomas Oxley 的 Twitter 帳號 30 分鐘。

除了問好,O’Keefe 還發布了另一條推文,表明他無需使用鍵盤或者語音功能,僅用「思考」即可發布訊息。

Synchron 指出,這是第一次有人透過 BCI 直接在社交媒體上發言,這個具有象徵意義的時刻,打開了患者與世界保持聯繫的大門。

2020 年,他們進行過類似研究,兩名患者完成了打字和發送文本,只是未向大眾展現這個過程。

(Source:Synchron)

造就奇蹟的是 Synchron 的腦機介面設備 Stentrode──透過頸靜脈植入大腦的小型支架式電極陣列,允許患者「透過思考移動四肢,無線控制外部設備」。

Stentrode 大約需要兩個小時的微創手術,公司稱這一過程在「廣泛使用的血管造影套件」中完成,類似於在心臟中放置支架。

試驗的主角 O’Keefe,在 2015 年被診斷出漸凍症;2020 年 4 月,他開始植入 Synchron 的腦機介面。大腦活動由大腦血管中的感測器收集,並透過胸部設備傳輸到電腦。

(Source:Synchron)

植入設備後,敲擊左腳踝即可喚出「滑鼠點擊」;眼動追蹤則用於移動游標。

那時候,O’Keefe 已經喪失很多能力,至少還能控制自己的手移動滑鼠並緩慢打字。

但 O’Keefe 早有預料,他的病症最終會發展到無法打字、使用滑鼠或說話的程度,對腦機介面的使用也會隨著時間推移而增加。

對於完全無法移動的患者,設備需要直接與大腦互動,而不只是眼動追蹤或者在輪椅上放置按鈕。

所以他積極地參與最近的試驗,「否則我會對現狀怒不可遏」。

好在結果皆大歡喜。近日,O’Keefe 在一份聲明中說,最新技術為他帶來了「很大的獨立性」:

這個系統令人驚訝,就像學習騎自行車一樣需要練習,但是一旦你開始滾動,它就會變得很自然。現在,我只想著點擊電腦上的哪個位置,然後我可以發郵件、購物或者使用社交媒體。

Synchron 首席執行長 Thomas Oxley 表示,他們眼前的目標是作用於運動皮層,最終希望「實現全腦數據傳輸」。

大腦或許是個數據系統

今年 7 月,Synchron 獲得了美國食品藥品監督管理局(FDA)的監管批准,它也是目前唯一一家被批准進行「永久植入 BCI 臨床試驗」的公司。

與此同時,開發和測試神經植入物的競賽正在升溫。

今年 5 月,史丹佛大學研究團隊結合了人工智慧軟體與腦機介面設備,將「心理筆跡」轉化為螢幕上的單詞和句子──肢體癱瘓的患者想像著寫某個字母,植入大腦的感測器接收信號,人工智慧演算法將它們轉錄到電腦螢幕上。

▲ 患者想像字母。(Source:史丹佛大學

在研究中,一位被稱為 T5 的參與者以每分鐘 90 個字母(或 18 個單詞)的速度生成文本。被要求打出例句時,字母錯誤率低於 1%;在自由發揮的時候,字母錯誤率稍高於 2%。

早在 2007 年,T5 因脊髓損傷幾乎失去了頸部以下的所有運動功能。他讓研究團隊了解到,在身體沉寂後的十幾年,大腦仍保留著精準執行的能力。

今年 7 月,2015 年成立的神經科技公司 Paradromics 籌集了 2,000 萬美元,這筆資金將用於磨練其硬體 Connexus,它負責將大腦的生物電信號轉換為電腦可以理解的數位信號。

簡單來說,頭頂的四個模組將數據傳輸給植入頭骨的第五個模組,後者又將數據傳輸到胸部皮膚下的第六個模組,最後數據無線傳輸到夾在輪椅上的便攜電腦。

透過這種方式,大腦的活動轉化為可操作的命令,例如移動電腦游標,一項前身技術已在綿羊身上成功測試,人體實驗將在明年開始申請。

(Source:Paradromics

Paradromics 稱,他們的優勢之一在於電極數量多,每個模組上的電極數量達 400 個,這意味著更理想的數據品質和數量。Paradromics 首席執行長 Matt Angle 認為,大腦就是一個數據系統:

一旦你開始意識到描述大腦的最佳方式是透過數據,你會重新定義許多經典的、難以治療的疾病。例如,解決失明的生物學方法可能是嘗試使視網膜再生,而我們的方法是使用電腦,將視覺數據傳送到大腦的右側部分。

馬斯克在 2016 年創立的神經技術公司 Neuralink,則推出了一種植入頭骨的 AI 驅動晶片

(Source:影片截圖)

這款晶片約一枚硬幣大小,連接到超薄的柔性導線。每根導線大約 5 微米厚,比頭髮還要細 20 倍,總共包含 1,024 個電極,並在大腦內呈扇形分布。

電極透過感應或刺激神經元讀取大腦活動,在理論上甚至能夠寫入大腦活動。

與晶片相配的是一款精密機器人,它負責將晶片和超細導線植入大腦,人類雙手往往難以做到如此穩定。安裝過程只需幾個小時,最終留下一個小疤痕。

▲ 精密機器人。(Source:影片截圖)

今年 4 月,他們曾在猴子身上使用過這款晶片。在展示影片中,猴子得到了一個與影像遊戲相連的操縱桿,當它成功移動游標就可以吃到香蕉冰沙。

當猴子使用操縱桿時,晶片記錄其大腦活動,並將數據發送回電腦,分析當猴子移動手時它的大腦做了什麼;然後讓操縱桿失效,雖然猴子習慣性地用操縱桿控制遊戲,但實際上這一過程完全由被解碼的神經活動實現。

理論上,同樣的技術可用於控制義肢──另一種「失效的操縱桿」。馬斯克當時在Twitter上表示,「它將使癱瘓的人比使用拇指的人更快地使用智慧手機」。

與大腦互動的更好方式

被《時代》賦予「小丑、天才、實業家」等稱號的馬斯克,也曾對腦機介面技術的潛力發表過瘋狂言論:

它可以在人腦和電腦之間創造「共生」;允許人們「保存和重播記憶」;治療癱瘓、失明、記憶力減退和其他神經系統疾病;啟用「超人視覺」,或者讓人們能夠透過心靈感應召喚他們的特斯拉。

但腦機介面技術還處於早期階段,距離馬斯克的願景路途遙迢。它的長期安全性需要在更多患者中評估,也存在許多需要克服的挑戰。

首先,任何腦機介面設備都有風險,時間一長,進入組織的電極可能會引起發炎。開發人員正在研究能夠長時間植入人腦而不會自我惡化或引起感染的材料。

研究人員也在尋找其他方法來獲取大腦活動,例如在頭骨或耳朵中放置無創感測器,但這也增加了腦細胞和感測器之間的距離,進而影響記錄的解析度,患者能做的事情也就更為有限。

其次,為了實現更多活動,讀取數據的晶片需要更快的速度和更高的解析度,解釋數據的演算法需要更為準確,電線也需要更深地插入大腦。

神經生物學副教授 Jason Shepherd 博士曾指出,一些神經退行性疾病很難透過當前的腦機介面解決,因為「複雜的行為、學習和記憶不只由大腦的一個區域調節」。

再者,隨著腦機介面日漸成熟,必然會出現一些安全、隱私和道德問題。畢竟,在人腦植入晶片來獲取原始大腦數據,在理論上並非不可能。

目前,神經技術方面的最新工作是記錄盡可能多的腦細胞或腦區,以便科學家更精確地讀取支持言語、行走和抓握等活動的信號,然後將這些神經記錄轉化為指令,這些指令再輸入機器人設備或返回神經系統,以產生運動、視覺甚至觸覺。

▲ 另一位植入 Stentrode 設備的患者。(Source:Synchron)

一個可見的趨勢是,越來越多的風險投資家關注腦機介面領域。分析公司 PitchBook 數據顯示,截至 7 月,腦機介面初創公司今年以來已經籌集了 1.328 億美元,這比該行業去年全年籌集的資金多出三分之一。

據 Business Insider 報導,很多神經科學公司都處於開發階段和應用階段之間,談發展階段為時過早,還有大量工作要做。

至少,被各種原因剝奪運動能力的人們,可以從中看到曙光,享受科技帶來的聯繫、希望和自由,再次輕鬆地打下一句「Hello World」。

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:Unsplash

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