昨天看完馬斯克的發(fā)布，回憶起了一堆賽博朋克電影，做了一晚上的夢。

北京時間昨天下午，馬斯克再次交出了一份基于自己理想的答卷，而這次的項目換成了科幻感滿滿的腦機接口。

這份答卷主要歸功于馬斯克所擁有的Neuralink公司，這家公司的宗旨十分簡潔——“開發(fā)連接人類和計算機的超高帶寬腦機接口（Developing ultra high bandwidth brain-machine interfaces to connect humans and computers）”。

關(guān)于發(fā)布會現(xiàn)場的一些具體報道，網(wǎng)絡(luò)上已經(jīng)有不少了，在此不再贅述。本文旨在對Neuralink的新成果進行更深入的分析，以及告訴你為何這是一次腦機接口的大突破。

先來劃重點

不賣關(guān)子，我們先來看它能成為大突破的幾個關(guān)鍵理由：

• 第一，Neuralink目前已經(jīng)成功將腦機接口的電極數(shù)目增加了30倍，空間維度的變化也有實際意義；

• 第二，Neuralink并沒有只瞄準科學(xué)實驗場景，其解決方案具有大規(guī)?；瘽摿?；

• 第三，也是最關(guān)鍵的一點，Neuralink目前的這套解決方案是“可演進”的。

接下來，我們再來逐一深入分析。

接口性能上的飛躍

腦機接口的最終目的是要將以細胞為基礎(chǔ)單位的大腦，和以晶體管為基礎(chǔ)單位的電腦連接起來，所以兩者之間必然需要一個關(guān)鍵的接口。扮演這個角色的就是“微電極陣列（MEAs）”，這些微電極能夠感應(yīng)神經(jīng)細胞之間的神經(jīng)電信號，充當(dāng)連接神經(jīng)元和電子電路的神經(jīng)接口。Neuralink本次在這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)上也有創(chuàng)新。

傳統(tǒng)來說，“微電極陣列”分體內(nèi)體外（根據(jù)電極位置劃分；體外主要針對組織研究，而不是活體），而體內(nèi)微電極陣列則主要有“微導(dǎo)線”、“硅陣列”、“柔性陣列”三種。

而Neuralink最終選擇的方案其實是“硅陣列”+“柔性陣列”的組合：外觀與電極排列方式上和“硅陣列”中的“密歇根陣列”相似，都是沿著一條直線，間隔一定距離分布；材料采用柔性陣列的聚酰亞胺和鉑，制作方法更是直接采用了芯片制造中的光刻技術(shù)。

最終的結(jié)果是，Neuralink的“微電極陣列”在自身直徑大約30-40微米，實現(xiàn)單根陣列布置64個電極。因為頭發(fā)直徑一般是80微米左右，你最終看到的Neuralink微電極陣列就像一根根“頭發(fā)絲”。

這也是為什么在現(xiàn)場的演示中，你會看到這些電極植入之后的效果就像“種頭發(fā)”一樣。

但你千萬不要因為“頭發(fā)絲”不起眼就看不起它，雖然它比起傳統(tǒng)的微電極陣列小許多，但是因為電極線性排布、且數(shù)量很多，反倒能夠構(gòu)建起一個密集的立體電極網(wǎng)絡(luò)。這一點完全可以超越傳統(tǒng)的二維微電極網(wǎng)絡(luò)，也必將幫助科學(xué)家采集到更多有用的神經(jīng)電信號。

最后是微電極陣列整體尺寸的縮小和集成度提升，無疑會直接給腦機接口的部署帶來好處，最關(guān)鍵的是減少對于腦部的傷害，讓電極裝置的壽命盡可能長。這一點對于未來極有可能真的植入人腦的裝置來說，顯然是非常關(guān)鍵的。

機器人圖的不是酷炫

“縫衣機器人（sewing machine）”也是Neuralink發(fā)布會的一大亮點，一針一針植入微電極的動作的確很像在縫衣服

那么上面的微電極“頭發(fā)絲”是怎么被送入大腦的呢？這就不能不提微電極的另外一個“微結(jié)構(gòu)”：頂端的拉環(huán)。負責(zé)刺入大腦的針尖先會穿進這個環(huán)，然后通過這個環(huán)拽著整根“頭發(fā)絲”一起進入大腦，到達指定深度之后，針就會往回抽，然后把“頭發(fā)絲”留在大腦之中。一根“頭發(fā)絲”只需要一次穿刺，傷口自然就最小。

而整臺“縫衣機器人”本質(zhì)上更接近于一臺配備了很多影像捕捉設(shè)備的高精度機床。在它之上，會一氣呵成完成數(shù)個步驟。包括在植入之前要用激光切出硬腦膜，提供植入切口。

機器人的高精度對于微電極的植入也非常重要，一來微電極本身是非常纖細，受力過大可能會斷掉，通過機器植入基本不會發(fā)生這種問題。二來未來如果人們對于大腦的了解進一步加深，那么腦機接口的部署位置也將會逐步明確下來，高精度的放置能力其實能夠在一定程度上確保腦機接口的作用效果。

根據(jù)發(fā)布會上公布的信息，這個機器人10秒鐘就能夠完成一根“頭發(fā)絲”的植入動作，這個速度也相當(dāng)關(guān)鍵，因為開顱、頭部植入這樣的手術(shù)本身就自帶比較大的風(fēng)險，手術(shù)速度越快其實意味著風(fēng)險越低。

半導(dǎo)體技術(shù)是腦機接口的命門？

雖然是微米（um），但想要制造出這么復(fù)雜的微電極陣列技術(shù)含量還是很高的

在本次Neuralink公布的論文中，有公布詳細的“微電極陣列”制造步驟，雖然跟芯片存在很大差別，但是它的確是在晶圓上用光刻技術(shù)制造出來的。這也是為什么Neuralink的“微電極陣列”可以做的這么小。

但以最終“微電極陣列”30-40um的直徑來看，顯然還不是當(dāng)下半導(dǎo)體技術(shù)的極限，假如相應(yīng)的材料的性能足以滿足、又或者是出現(xiàn)全新的材料，“微電極陣列”完全有可能會變得更小，而這些“微電極陣列”的植入密度也有希望進一步提升。

左邊一塊一塊的黃色方塊區(qū)域，都是數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊

在腦機接口中，半導(dǎo)體還有另外一個重要角色：芯片需要把大腦中的模擬信號進行轉(zhuǎn)換，變成計算機可以處理的二進制信號。

數(shù)千個信號源的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片并不常見，這也是為什么Neuralink最后選擇了自研配套芯片。發(fā)布會上公布的ASIC芯片顯然就是專門設(shè)計的，用來將大腦信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的處理單元，占據(jù)了絕大部分芯片面積。

根據(jù)Neuralink公布的信息，單是這樣一顆芯片就足以處理1024個腦部微電極的信息，而這樣的芯片卻只要6.6uW，一節(jié)5號電池（1.5V、2000mah）就能用上4個月。

從最后的結(jié)果來看，在微電極陣列和腦信號處理器這兩個關(guān)鍵點，半導(dǎo)體技術(shù)的角色都相當(dāng)重要。更新的制程和制造技術(shù)不僅能夠幫助微電極陣列做的更小，腦信號處理器也能夠變得更強、更省電。

持續(xù)演進，重中之重

持續(xù)演進，其實也可以看作為“追趕”。

傳統(tǒng)腦機接口之所以發(fā)展不起來，一個關(guān)鍵的原因就在于相比人類大腦，傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)的尺寸單位還存在比較大差距。就例如1991年就已經(jīng)誕生，沿用至今的“猶他陣列”，2毫米邊長的正方形底座上雖然放上了100多個電極，但這個密度相比人腦中的860億個神經(jīng)細胞，真的是“小巫見大大大巫”了。

這就好比你非要拿著原始人的石斧，卻非要去造一臺超級計算機一樣。

而這次Neuralink公布的微電極陣列雖然兩個電極距離相差還是超過100um，但總算是開始比較接近實際的腦細胞大小了（神經(jīng)細胞大概10-15um）。換言之，至少在“細胞-機器”的這個神經(jīng)傳遞過程中，兩邊終于有希望在同一個尺寸度量下進行“信息交流”了（單向交流為主）。

這種進展大概率會拓展人類對于大腦的了解，這不僅將會利于腦機接口進一步發(fā)展，同時還將推動腦部疾病、人工智能等一系列技術(shù)的發(fā)展。

可這還不是終點，因為最神秘的還不是神經(jīng)細胞，而是神經(jīng)細胞之間如何傳遞信息。根據(jù)科學(xué)研究，單個神經(jīng)細胞可以有多達10000個突觸連接到別的神經(jīng)細胞。想要充分理解數(shù)目如此龐大的突觸如何工作，顯然這次的Neuralink腦機接口顯然還不能完成這個任務(wù)。至少再提升2-4個數(shù)量級，或許才有希望完成這個終極任務(wù)。

不過工具總歸是工具，860億個腦細胞、860萬億個突觸所對應(yīng)的復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將會消耗人類多少人力物力才能探明？在探明之后又應(yīng)該如何規(guī)范、進行利用？這些都是需要在時間中解決難題，現(xiàn)在來恐懼還太早了點，不妨讓“硅谷鋼鐵俠”再搗騰下吧。