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马斯克的新“脑机接口”为何是一次大突破?
  • 发布时间:2019-09-03
  • www.princesdrawingschool.org
  • 老虎嗅探APP作者:李庚

    昨天看完麝香的发布后,我想起了一堆电脑朋克电影并做了一个夜晚的梦想。

    昨天下午在北京时间,马斯克再次根据自己的理想提出了回应,这次项目被全功能的脑机接口所取代。

    这个答案主要归功于马斯克拥有的Neuralink公司,其目的非常简单。“开发超高带宽脑机接口以连接人和计算机”“。

    会议现场有很多具体报道,我在此不再赘述。本文旨在对Neuralink的新结果进行更深入的分析,并告诉您为什么这是脑机接口的重大突破。

    首先关注

    如果你不卖掉它,让我们首先看看为什么它可以成为一个重大突破的几个关键原因:

    首先,神经网络已经成功地将脑 - 计算机界面中的电极数量增加了30倍,并且空间维度的变化具有实际意义;

    其次,Neuralink不仅针对科学实验场景,其解决方案具有大规模的潜力;

    第三,也是最重要的是,Neuralink目前的解决方案是“不断发展”。

    接下来,让我们一步一步地进行分析。

    界面性能的飞跃

    大脑 - 计算机接口的最终目标是将基于大脑的单元大脑连接到基于晶体管的计算机,因此两者之间需要一个关键接口。在这个角色是“微电极阵列(MEAs)”,这些微电极可以感知神经细胞之间的电信号,充当连接神经元和电子电路的神经接口。 Neuralink还在这一关键环节中进行了创新。

    传统上,“微电极阵列”在体外和体内(根据电极位置划分;在体外,主要用于组织研究,而不是生活),而体内微电极阵列主要具有“微丝”,“硅阵列”和“柔性”阵列”。 “三。

    直线分布在一定距离;材料由聚酰亚胺和铂的柔性阵列制成,制造方法直接采用光刻技术进行芯片制造。

    最终结果是,Neuralink的“微电极阵列”直径约为30-40微米,可以将64个电极放置在一个阵列中。因为头发的直径通常约为80微米,所以你最后看到的神经链接微电极阵列就像一根“发束”。

    这就是为什么在现场演示中,你会发现植入后这些电极的效果就像“种植头发”。

    但你永远不要小看“发丝”,因为它不显眼。尽管它比传统的微电极阵列小得多,但由于电极是线性排列的并且数量很大,所以可以构建密集的立体电极网络。这可以完全超越传统的二维微电极网络,肯定会帮助科学家收集更多有用的神经电信号。

    最后,微电极阵列的整体尺寸减小和集成无疑将为脑 - 计算机接口的部署带来益处。最重要的是尽可能减少对大脑的损害并使电极装置的寿命延长。这显然对于将来可能植入人脑的设备非常关键。

    机器人地图不太酷

    “缝纫机”也是Neuralink会议的一大亮点。用一根针和一根针插入一个微电极的动作确实就像缝制衣服一样。

    那么如何将微电极“发丝”发送到大脑?这更不用说微电极的另一个“微结构”:顶部标签。负责刺穿大脑的针尖将首先进入环,然后通过环与整个“发束”进入大脑。达到指定深度后,针头将被抽回,然后“发束”将留在大脑中。其中。 “发束”仅需要一次穿刺,并且伤口自然是最小的。

    整个“缝纫机器人”基本上更接近配备有许多图像捕获设备的高精度机床。最重要的是,它将一次完成几个步骤。这涉及在植入之前用激光切割硬脑膜以提供植入的切口。

    机器人的高精度对于微电极的植入也是非常重要的。一旦微电极本身非常细长,则可能由于过大的力而破坏力。基本上通过机器植入不会发生这个问题。其次,如果人们对大脑的理解进一步加深,脑机界面的部署位置将逐步明确。高精度放置能力实际上可以在一定程度上确保脑机接口的效果。

    根据新闻发布会上公布的信息,机器人可以在10秒内完成“毛发丝”植入动作。这种速度也非常关键,因为开颅手术和头部植入术本身比较大。风险越大,手术越快意味着风险越低。

    半导体技术是大脑 - 计算机接口的生命之门?

    虽然它是微米(μm),但是创建这种复杂的微电极阵列技术仍然非常高。

    在Neuralink出版的这篇论文中,有一个详细的“微电极阵列”制造步骤。虽然它与芯片非常不同,但它实际上是通过光刻法在晶片上制造的。这就是为什么神经网络的“微电极阵列”可以做到这么小。

    然而,就30-40um的最终“微电极阵列”的直径而言,显然不是当前半导体技术的限制。如果相应材料的性能足够,或者出现新材料,则“微电极阵列”是完全可能的。它将变得更小,并且预期这些“微电极阵列”的注入密度将进一步增加。

    左侧的黄色方形区域是数字 - 模拟转换模块

    在脑 - 计算机接口中,半导体还有另一个重要作用:芯片需要将大脑中的模拟信号转换为计算机可以处理的二进制信号。

    具有数千个源的数模转换器并不常见,这就是Neuralink选择自开发芯片的原因。在会议上宣布的ASIC芯片显然是为了将大脑信号处理成数字信号处理单元而设计的,占据了芯片领域的绝大部分。

    根据Neuralink发布的信息,仅这样的芯片足以处理1024个脑微电极上的信息,这样的芯片只有6.6uW,而第5个电池(1.5V,2000mah)可以使用4个月。

    从最终结果来看,半导体技术的作用在微电极阵列和脑信号处理器的两个关键点上非常重要。较新的工艺和制造技术不仅可以帮助微电极阵列做得更小,而且脑信号处理器也可以变得更强大,更节能。

    持续进化,最重要的是

    持续进化也可以被视为“追赶”。

    传统的脑机接口未开发的关键原因之一是传统半导体技术的尺寸单位与人脑相比仍存在较大差距。例如,自1991年以来,“犹他阵列”一直被使用到现在。虽然在2毫米边长的方形底座上放置了100多个电极,但这个密度确实高于人脑中的860亿个神经细胞。这是一个“小巫师”。

    这就像必须握住原始人的石斧,但你必须建立一个超级计算机。

    这次由Neualink宣布微电极阵列,虽然两个电极之间的距离仍然超过100um,但它最终更接近实际的脑细胞大小(神经细胞大约10-15um)。换句话说,至少在这种神经传递过程的“细胞机”中,双方最终都希望在相同的尺寸测量下进行“信息交换”(单向通信是主要的)。

    这种高发展概率将扩大人类对大脑的理解,这不仅有利于大脑 - 计算机界面的进一步发展,而且还促进了脑疾病和人工智能等一系列技术的发展。

    但这并不是结束,因为最神秘的不是神经细胞,而是如何在神经细胞之间传递信息。根据科学研究,单个神经细胞可以有多少与其他神经细胞相连的突触。为了完全理解大量突触是如何工作的,很明显,这个神经链接脑 - 计算机接口显然无法完成这项任务。至少还有2-4个数量级,或许有望完成这一最终任务。

    但这些工具总是工具,860亿脑细胞,对应860万亿个突触的复杂神经网络,会消耗人力和人力资源来检测吗?在证明之后我们应该如何标准化和利用它?这些都是需要及时解决的问题。现在恐惧还为时过早。让我们让“钢铁侠钢铁侠”再次蹲下。

    老虎嗅探APP作者:李庚

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