正文| 学术标题，作者，王新凯
近年来，一项神秘的技术逐渐引起了公众的关注。这是一个脑机接口。
科学家此前已经利用脑机接口技术帮助猴子用自己的思维玩电子游戏，残疾人也可以用自己的思维打字。但无论如何，这些应用距离“人机融合”的科幻场景还很遥远。
但不用担心。科技发展的速度总是超乎你的想象。
本周，由布朗大学领导的一个合作团队宣布了一个名为神经粒子的微型植入式传感器网络。正如咖啡离不开咖啡伴侣，豆浆离不开油条一样，研究团队在“神经颗粒”外部建造了无线“信号塔”，向头皮发送信号。
研究团队认为，这种对内和对外做出反应的脑机接口系统不仅可以读取和翻译神经信号，还可以反向刺激大脑的神经活动，从而创建双向控制的脑机接口。可以实现。
8月12日，该论文以“使用微植入物无线网络进行神经记录和刺激”为题发表在《自然电子学》杂志上。
为了破译大脑，就必须控制大脑，但说实话，关于脑机接口的利弊目前还没有明确的争论。
移植还是不移植？这恐怕是莎士比亚都要担心的问题。
在深入研究这项黑科技之前，我们先来了解一下脑机接口的现状。
一般来说，脑机接口是指计算机或其他设备捕获来自中枢神经系统的大脑信号，对其进行分析，并将其转换为操作指令的系统。通过植入式或头戴式设备，外部设备可以收集大脑活动产生的电场、磁场或血红蛋白氧合等参数。
目前，脑机接口分为两种：戴在头上的脑电图帽（EEG）和读取大脑皮层信号的脑电图帽（ECoG）三种是主流。 ）芯片和植入大脑皮层内的电极（皮质内BCI，iBCI）。
图| 三种形式的脑机接口示意图
最新的无线“神经元颗粒”将皮质信号采集（ECoG）与脑外无线传感器相结合，形成内部和外部响应的信号传输系统。
到目前为止，一两个读取大脑皮层信号(ECoG) 的传感器最多只能收集几百个神经元的活动信号，而人脑中有860 亿个神经元，几个传感器可以收集的信息实在太多了。一个细胞中有数百个神经元。贫穷的。
随后，研究人员将48个盐粒大小的“神经颗粒”植入小鼠大脑皮层，成功研究了“长着小鼠头的小鼠大脑”。据计算，未来将有可能在小鼠大脑中植入770个甚至数千个“神经粒子”，让人类首次从“科学”意义上了解活体大脑的奥秘。说他能够理解。
当然，罗马不是一天建成的。
该技术历时近四年时间，由来自布朗大学、贝勒大学、加州大学圣地亚哥分校和高通公司的专家整合了电磁学、射频、电路设计与制造以及神经科学领域的尖端技术。
布朗工程学院教授阿托·努尔米科(Arto Nurmikko) 表示：“脑机接口领域面临的最大挑战之一是找到研究尽可能多的大脑区域的方法。”然而，大多数电极都植入大脑中。大脑。大脑皮层就像一个针床，这些针床被分解成微芯片，放置在大脑皮层中。
图| 神经颗粒示意图（来源：论文）
为了实现他们的目标，团队首先需要在保留功能的同时最小化硅芯片的尺寸。经过无数次模拟和几代迭代，团队最终研制出了体积小于0.1立方毫米的“神经粒子”。
接下来，团队需要开发外部无线接收系统。这是一个拇指指纹大小的贴片，贴在头骨外侧的头皮上。它的功能就像一个小型手机塔，使用网络协议来协调来自“神经颗粒”的信号。
与计算机类似，每个“神经粒子”都有自己的PUF地址，或者说有自己的ID卡。这使得科学家能够追踪大脑的哪些区域正在发出特定的信号。不仅如此，无线贴片还可以为你大脑中的“神经粒子”提供无线充电服务，类似于你购买电动汽车时获得一堆移动充电。
也许这项研究最具争议的方面是“神经颗粒”的双向控制功能。事实上，记录大脑功能、理解大脑神经活动只是脑机接口界的研究方向之一。实现可控的大脑刺激来治疗多种精神和神经疾病，帮助瘫痪、中风和脊髓损伤患者恢复正常的生活功能，一直是脑机接口领域的重要研发课题。的
图| 小鼠手术示意图（来源：论文）
在这项研究中，研究人员针对个体植入的“神经颗粒”进行了100 Hz 和高达25 A 电流的皮质内电脉冲刺激。小鼠大脑中48 个“神经颗粒”中的一些捕获了刺激后局部场电位(LEP) 的变化。
在另一项实验中，研究人员应用了400 Hz 的快速电脉冲刺激，间隔100 毫秒。在氯胺酮麻醉下，研究人员观察到典型的神经元簇放电。论文指出，当前电流刺激的最大水平取决于芯片的功率水平，未来研究人员还计划调整整个“神经颗粒”网络的刺激幅度。
双向脑机接口神经颗粒系统的商业应用因其便携性和无线功能，代表了双向脑机接口领域的一个重要里程碑。
双向脑机接口一直是游戏、教育、军事安全等领域研发的热点。 2023 年，美国国防高级研究计划局(DARPA) 推出了下一代非手术神经技术(N3)。 DARPA 表示，配备这种双向脑机接口的士兵将能够利用思维控制无人机、拆弹机器人等，成功完成复杂军事任务中的多项任务。
对于这个领域的很多科学家来说，他们的终极梦想是通过脑机接口实现脑对脑的直接交流，也就是心灵交流和读心术领域。大脑和计算机之间的双向接口最终将导致“脑对脑接口”（BBI）的发展，其中来自个人大脑的神经活动由计算机连接和协调。当然，仍然有重大的技术和道德障碍需要克服。
（来源：伟大的学习）
如果你认为“脑脑界面”是人类想象力的极限，那你就低估了科学家的想象力。
计算神经科学家Nico Kriegeskorte 在2023 年一篇关于“神经协处理器”的博客文章中提到，“将焦点从接口（读取和写入大脑活动的地方）转移到增强设备信息处理能力的方法上。”
在这个概念中，脑计算设备与大脑协同工作，补充大脑的神经活动，帮助大脑处理信息。神经协处理器还可以从大脑的一个区域读取神经信号，并将信号写入大脑的另一区域。这可能为更“疯狂”的想法铺平道路：大脑增强。
未来有很多可能性。你准备好在你的大脑中植入数十个“神经粒子”了吗？
参考：
https://www.brown.edu/news/2023-08-12/neurograns https://alexandregonfalonieri.medium.com/bidirection-bci-what-it-is-and-why-it-matters-e295767b95a7https://www.nature.com/articles/s41928-021 -00631-8https://www.darpa.mil/program/next- Generation-nonsurgical-neurotechnologyhttps://nikokriegeskorte.org/2023/01/26/from-bidirection-brain-computer-interfaces-toward-neural-co-processors/
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