伊隆·马斯克(Elon Musk)的脑机接口-现实检查
最近备受期待的Elon Musk宣布开发名为Neuralink的脑机接口(BCI)设备的消息引起了媒体的轰动.马斯克(Musk)是一位成功的商人，将先进技术变为商业现实，正向BCI投资，这一事实意义重大且具有新闻价值.该领域的研究始于1970年代，而通过植入电极刺激大脑的历史可追溯至1920年代，但是直到最近，BCI技术仍是主流之外的一种专门研究.
欢迎马斯克(Musk)的钱财和行业来推动这一研究领域的发展.但是将成就和抱负区分开来很重要；将该设备与其他BCI方法进行比较，最重要的是，了解“融合思维和机器"问题的严重程度.
天文赔率
根据Musk的说法，Neuralink的最大进步是“带宽增加了一个数量级"，它们细长而柔软的电极(像一束发丝)可以提供在128电极犹他州阵列中广泛使用的阵列，研究和人类BCI设备.但是有限的带宽并不是BCI领域面临的最大障碍.此外，解释神经元放电并精确操纵甚至很小的神经元网络的计算和分析问题也令人震惊.
马斯克声称，Neuralink可以通过使用96个植入的，在其上具有多个接触点的线程将多达3002个电极插入大脑，从而大大增加现有BCI设备的带宽.此外，该系统将能够在大脑内外读取和写入信息，从而在人脑和计算机之间建立“共生"关系.
这是通过使用类似缝纫机的设备将线状电极缝入大脑来实现的，如机器的灯火通明的视频将线刺入荧光绿色的Jell-O所示.这种多通道电极为该领域做出了重大贡献，小型化的多通道芯片的开发也取得了进展，该芯片可以植入体内以操作电极.但是，工程方面的障碍没有生物学方面的障碍那么艰巨.
用计算机在电路中适当地植入思想或驱动神经元并不像看起来那样简单.如果将通过电刺激驱动神经元的情况简化为两种状态，即“发射"或“不发射"(这是神经元工作方式的主要简化)，则仅窃听300个神经元将产生两个状态，从而提高300的功效该网络中的状态.那是...
... 2,037,035,976,334,486,086,268,445,688,409,378,161,051,468,393,665,936,250,636,140,449,354,381,299,763,336,706,183,397,376可能的状态.
该数目不仅大于美国的国债，还大于已知宇宙中所有原子的数目(2 X 10 80 )！现在想象使用了3,076个微电极.在那个仍然相对较小的网络中，状态的数量是……好……超出了这个范围:5.8 X 10 924 可能的状态.
但是，该计算大大简化了神经网络中的实际情况.神经脉冲激发的频率和模式在传递和计算信息中很重要.计算电路中只有80个神经元可以有序发射的多少种不同方式，会产生许多可能的发射次序，这些发射次序超过了宇宙中只有80个神经元的原子数.该概率计算为80阶乘，等于8.3 X 10 81 可能性.
马斯克(Musk)宣布的另一项Neuralink先进技术是使用自动机器精确插入电极.但是，您如何知道要刺激哪些神经元才能植入思想或“下载"其他信息?您如何在大脑数百亿个神经元中找到合适的神经元?而且，每个人的大脑都有些不同，因此我大脑中的特定神经元不一定会与您相同位置的神经元做相同的事情.
此外，将电极插入神经元后，您将传递哪种电刺激方式以“下载"信息到神经元中?相反，您将如何理解使用植入物从大脑“读取"信息所拾取的所有神经元颤动?
事实是，神经科学家对神经脉冲激发的模式和速率如何在大脑中编码信息一无所知，从而无法解密通过神经网络压缩的信息.大多数BCI设备通过感知正在进行的神经活动的某些变化来工作，而操作员可能会影响这些变化以触发计算机的操作.
数据与梦想
马斯克的团队值得祝贺，但我们要明确:“此公告是宣传活动，而不是该研究的科学出版物的结果.或是正如Musk所描述的那样，招募工作是为了吸引人才到新公司.该公告基于在bioRxiv 中发布的两份白皮书，这些白皮书是由科学家撰写并在线发布的报告，而不是经过同行评审的研究.
到目前为止，取得的成果是令人鼓舞的，而且肯定会取得进展，但它们远没有实现利用计算机的人工智能实现人脑共生的雄心勃勃的野心.该研究处于非常初步的阶段.
由于马斯克的远见卓识已被媒体广泛报道，因此我们来看看这些论文报道了哪些成就.在第一篇论文中报道的研究是在四个大鼠上进行的.将十二至二十四根电极植入每只动物中.在每只大鼠的大脑中，成功检测到神经元放电的电极数量在四只动物中分别为2、3、7和16个电极.这是一个相当高的失败率，并且测试动物的数量很少，但这只是这项新技术的首次尝试.
第二篇论文发表于宣传活动的当天，记录了一只老鼠从插入大脑的44条线中的40条中的40条上的1,020点记录的电活动，该点提供了1,280个与脑组织的电极接触点.这些接触中约有一半记录了电活动. (并不是所有的电极都应该落在足够靠近神经元的地方以吸收其电脉冲.)对19只大鼠进行了植入，但仅提供了一个示例记录.该研究没有指出进行此记录时电极的放置时间.
在两份白皮书中，都没有尝试将神经元放电用于BCI.尚未有尝试植入任何想法或感觉的尝试.实际上，没有报道尝试通过Neuralink电极刺激神经元的尝试.
论文的标题声称该方法是“微创的"，马斯克描述的野心是，在缝纫机中插入带螺纹的电极将使进入大脑的电活动像Lasik眼外科手术一样容易.但是目前，将这些电极缝合到老鼠的大脑中需要打开头骨以露出大脑.任何涉及脑部手术的方法都是侵入性的，并且具有风险.
BCI的主要问题是用电极刺穿脑组织会造成损伤和疤痕，并且电极最终会在活组织内部降解并变得无用.这些微观细长电极的薄膜聚合物组合物(约为人发厚度的1/10)旨在提供比现有电极更长的记录时间，并减少组织损伤.
但是，基于所提供的数据，尚不清楚这些非常薄的聚合物电极将如何随时间而站起来，因为所报道的实验是在少数动物中进行的短期测试.记录是从一只植入了稀疏电极的大鼠中进行了60天的记录，而在另外三只研究的大鼠中，这些植入物过早脱落了.
对大脑组织的显微镜分析表明，所有类型的大脑植入物都会发生细胞死亡和瘢痕形成的迹象.在将电极植入一只动物后两周和在另一只动物植入后十周进行此项检查.相比之下，据报道，同样会引起疤痕的犹他州阵列植入灵长类动物大脑时的寿命为六至九年.
其他创新的BCI方法
BCI的新进展定期在同行评审的科学期刊上发表，但它们可能不会引起公众的注意. BCI领域其他工作人员的成就已帮助人们应对麻痹，截肢和锁定综合征等疾病.这些BCI方法中的几种不需要在颅骨上钻孔或将电极粘到大脑中.除了改善通过头皮记录脑电活动的EEG记录外，还开发了光学和磁性方法.
托马斯·奥克斯利(Thomas Oxley)及其同事所使用的“钢模"设备是BCI非侵入性方法的一个巧妙示例.在这种方法中，将电极通过血液穿入大脑，就像心脏外科医师和神经科医生插入血管分流器一样，他们将套管滑入静脉或动脉以打开血凝块.
该技术几乎没有风险，使用这种检测神经活动的方法的研究已经发表在同行评审的期刊上.使用展伸电极的长期研究已经扩展到大型动物(绵羊)，这是比老鼠大脑更好的人脑模型.
该技术正在人类临床试验中，考虑到对人类实验的高度合理限制，这是一项可观的成就.在批准批准对人类安全性和有效性的测试程序之前，可能需要多年的临床前研究.马斯克表示，他希望在2020年开始与Neuralink进行临床试验，这是一个具有挑战性的目标.
BCI的其他一些激动人心的方法是通过手臂中的神经与大脑连接，以控制假肢设备并从机械手向被截肢者传递触摸感，或者通过检测手臂微小的肌肉抽搐产生的电就像CTRL-labs的设备一样.
可以通过颅骨(TMS)传递脉冲磁场，通过头皮上的电极将DC或AC电流施加到大脑中以及通过将超声波束照射到神经组织中来无创地刺激神经元.目前，这些方法都不具有植入电极刺激单个神经元所必需的微观精度，但是它们确实会影响神经回路功能，并且不需要手术.
“出售嘶嘶声，而不是牛排"是行之有效的营销方法. BCI具有极大的潜力，可以使大脑功能障碍的人受益，并可以用作一种实验方法来了解大脑的运作方式，但是将BCI宣传为消费产品，它将为大脑提供第三个“数字超智能层"，这是不必要的夸大其词.考虑到手术的疼痛，风险和费用，您是否希望将电极缝在大脑中，而只需要花掉20美元的电脑键盘?大多数人不愿缝针缝合来闭合伤口.如果您的键盘出现故障，第二天可以在您的门廊上放一个新的键盘.
走向未来
BCI技术令人兴奋，它具有巨大的潜力，尤其是在控制假肢设备方面. Neuralink团队为该研究领域提供了工业动力.我的目的不是批评，而是清楚地陈述事实.莱特兄弟(Wright Brother)的首次飞行只有59秒，白皮书中报告的初步成就只是一个开始.
此外，在获得必要的专利之前，通常不公开商业企业的研发.马斯克的公司可能取得了比这些白皮书所揭示的更多的成就.但是，可用数据应该像梦一样受到关注.
除了关于硅和薄膜聚合物的所有技术演讲，兴奋，浮华和技术外，我希望考虑到这一探索所涉及的现实，加深对人脑通过其数十个网络实现的成就的赞赏和敬畏.数十亿个活细胞-与大量化学物质和生物电信号进行通讯，以使肉体思考.
