当地时间9月17日，马斯克旗下的脑机接口公司Neuralink宣布，Blindsight获得了美国食品药品管理局（FDA）颁发的“突破性设备称号”。
如果某种医疗器械对于严重疾病的诊断或治疗至关重要，FDA 可能会授予该医疗器械此类称号，以加快该医疗器械的开发和审查。
早在今年1月，马斯克就在社交平台X上公布了Blindsight项目，旨在通过脑机接口技术帮助视障人士恢复视力，今年3月，该植入物已在盲猴身上投入使用。
一些视障患者因为眼球或者视神经受损，失去了正常视力，但是他们的视觉皮层是完好的。如果将脑机接口设备植入大脑视觉皮层，借助电刺激，视觉信息就能绕过受损的眼睛或者视神经，直接传输到大脑，这些患者就有了“看见”的希望。
马斯克在 3 月份表示：“分辨率一开始会很低，就像早期的任天堂显卡一样，但最终可能会超过人类的正常视力。”不过，一些研究人员认为，像 Blindsight 这样的皮质植入物不太可能超过人类的正常视力。
失明是脑机接口将外界信息传递到大脑的应用之一，目前脑机接口还能将触觉等信息传递到大脑，而在输出大脑信息、用意念操控设备方面，脑机接口已经可以移动光标、轮椅或假肢，还能说话。
连接人脑的脑机接口末端可分为非侵入式、侵入式、半侵入式三类。其中，Blindsight等项目所采用的侵入式接口需要打开颅骨，将皮层内的微电极植入人脑，是三类中信号质量最好的。以下是该类脑机接口的一些近期突破。
瘫痪10年男子用机械臂喝水，假手还能感知触觉
通过脑机接口（BCI）控制机械臂，帮助瘫痪者完成日常动作，是研究人员试图实现的首批功能之一。
2012年的一项开创性研究将脑机接口与机械臂连接起来，让一名因中风四肢瘫痪14年的患者恢复了部分手部功能，让他第一次能够用“手”喝水。
后续研究不断提升脑机接口控制的精度，增加了机械臂的可动部位和运动方向，但做出的动作依然不如人类那么快速和准确。部分原因是健康人拿东西时依赖触觉，如果双手失去感觉，只依赖视觉判断，那么拿起杯子等简单动作就会变得缓慢而笨拙。
通过脑机接口控制机械臂时也存在同样的问题。因此，研究人员为机械臂使用者提供了触觉反馈，并于2021年在《科学》杂志上发表了结果。
研究对象是一名28岁的男性，因颈部脊髓损伤导致四肢瘫痪10年。研究人员在控制手臂和手的大脑运动皮层植入了两个共88个电极的微电极阵列，测量和分析他想要做出什么动作。大脑神经元发出的信息被解码并传输到机械臂，控制机械臂做出抓握等动作。
另外两个包含32个电极的微电极阵列被植入大脑引起手掌和手指感觉的感觉皮层。机械手中的传感器接收到压力信号后，通过脑机接口将信号传输到参与者的大脑，使手触摸物体。
双向脑机接口示意图。A：被试通过皮层内BCI实时控制机械臂，控制包括5个维度（深蓝色箭头）；B：大脑左半球植入4个微电极阵列，运动皮层阵列（浅蓝色）记录被试控制假肢的神经活动，感觉皮层阵列（红色）传递刺激信号，唤起手部感觉。两个方向的信号同时传输；C：机械臂电极的扭矩测量，彩色方块代表感知手部刺激的电极和位置；D和E：感觉和运动信号处理；F和G：两个测试任务的顶视图。| Kenzie Green
参与者在有触觉反馈和没有触觉反馈的情况下进行了 108 次 9 项抓取物体测试。没有触觉反馈时，总分为 17 分，只有一项测试的满分为 3 分；有触觉反馈时，总分为 21 分，满分为 15 分。增加触觉反馈可将成功完成测试的时间缩短 51.2%，从中位数 20.9 秒缩短至 10.2 秒。速度的提高主要来自尝试抓取物体所花费时间的减少，因为没有触觉反馈时，参与者需要花费更多时间调整双手的位置，以确保稳固地抓取物体。
目前，控制机械臂的脑机接口可以帮助四肢瘫痪者完成一些日常动作，并通过提供一定的触觉反馈来提高动作速度。未来的研究将继续探索如何让意念控制设备更加精准，以及设备如何更有效地向大脑提供反馈，最终让人控制外部设备的能力尽可能接近人体的控制。
四肢瘫痪者通过脑机接口控制机械臂抓取物体。左图为开启触觉反馈，物体移动速度较快；右图为关闭触觉反馈，仅靠视觉，需要较长时间才能稳稳抓取物体。 | 参考文献 [11]
另一种帮助瘫痪者的脑机接口并不是指挥机械臂，而是通过功能性电刺激来指挥患者自己的肢体。2014年，一位53岁的脊髓损伤男子加入了BrainGate2临床试验，在大脑运动皮层手臂区域植入了两个微电极阵列，在右臂植入了36个电极。微电极阵列记录下神经活动后，将活动解码成命令，通过肌肉中的电极刺激手臂肌肉收缩，控制手臂支撑。
脑机接口与功能性电刺激系统开启前，患者只能做出轻微的肘部抽搐动作，双手完全无法活动。开启后，患者可以自主活动肩部、肘部及手部关节，如抓起咖啡杯送入口中（植入后463天）、自行进食（植入后717天）。
恢复失去的手部功能，无论是通过机械臂还是自己的手臂，都可以为瘫痪患者提供完成日常生活活动的可能性，帮助他们提高独立性和生活质量。
通过脑机接口与功能性电刺激系统，患者伸出手臂接住咖啡杯并送到嘴边，然后松开咖啡杯。|参考文献[10]
Neuralink，让瘫痪患者用自己的思想玩电脑游戏
在科技领域，埃隆·马斯克的脑机接口公司 Neuralink 一直备受关注。Neuralink 的植入设备侵入性极强，会将非常小的电极直接植入脑组织，以尽可能接近目标神经元，捕捉更精准的电信号。
目前，已有两名参与者植入了Neuralink的脑机接口设备。
第一位参与者是诺兰·阿博 (Noland Arbaugh)，他于 2024 年 1 月接受了植入手术。诺兰在 2016 年的一次游泳事故中受伤，导致他四肢瘫痪，从此改变了他的生活。
诺兰接受了 Neuralink 的 N1 植入，也被称为“Link”。该设备有 1024 个电极，分布在 64 根导线上。为了顺利将这些柔软的导线插入受试者的大脑，Neuralink 还开发了手术机器人。
N1植入物、N1充电器、Neuralink应用程序与R1手术机器人交互图丨Neuralink
在林克的帮助下，诺兰能够用意念控制鼠标光标、浏览互联网、观看直播、与朋友一起玩在线电脑游戏等，而且这一切他都可以在躺着的时候做到。手术前，诺兰使用电脑时必须借助“口棒”，需要护士帮忙安装。诺兰只能站着用嘴巴操作，这不仅妨碍了他正常说话，时间长了还会引起肌肉疲劳、压疮等不适。
在第一次研究中，诺兰就打破了人脑机接口光标控制的世界纪录，达到了 4.6 BPS，后来又达到了 8.0 BPS。BPS 即每秒位数，是衡量光标控制速度和准确度的标准。BPS 越高，光标控制效果越好。
然而，诺兰使用 Link 一个月后，植入物功能明显下降，85% 的电极丝回缩或移位。虽然通过调整算法恢复了部分功能，但这说明该技术仍需要进一步研究和改进。
Neuralink的第二位参与者是亚历克斯，他在脊髓受伤前是一名汽车技师，主要负责修理各类车辆和大型机械。
2024 年 7 月，亚历克斯通过手术将 Link 植入到自己的头部。考虑到诺兰的情况，Neuralink 采取了一些措施来降低电极线后续回缩的可能性，包括减少手术过程中的大脑运动、缩小植入物与大脑表面之间的间隙等。
根据8月份公布的最新进展，从Link接入电脑的那一刻起，不到5分钟，Alex就能用意念控制光标移动；短短几个小时内，他在Webgrid任务（一款用来测试电脑控制准确度的游戏）中展现的速度和准确度超过了此前使用其他辅助技术达到的最好水平。第一天，他就打破了此前使用非Neuralink设备脑机接口控制光标的世界纪录。
此外，亚历克斯还解锁了两项新技能，扩展了他的能力。
首先，在Link的帮助下，热爱制作的他首次尝试了计算机辅助设计（CAD）软件Fusion 360，为自己的Link充电器设计了一个定制支架，并通过3D打印技术将其变成现实。
在林克的帮助下，亚历克斯用他的意念来控制计算机图形。
其次，在玩《反恐精英 2》（CS2）等射击游戏时，他可以同时移动和瞄准。脊髓受伤后，他依靠一种名为 Quadstik 的设备玩射击游戏。这是一种“口控”操作装置，配备了吸气压力传感器和用于点击的唇位传感器，但这种装置的问题在于它只有一个操纵杆，无法让玩家同时移动和瞄准。例如，从移动切换到瞄准时，需要先松开操纵杆，然后再吹吸另一根管子，这非常影响体验。有了 Link，Alex 可以将 Link 与 Quadstick 结合使用，同时移动和瞄准，解锁更流畅、更直观的游戏体验。
Neuralink 表示，他们将继续与亚历克斯合作，探索和扩展他的技能，以实现更多可能性。
说话困难的 ALS 患者恢复了声音
脑机接口除了通过大脑皮层活动控制鼠标外，还能将大脑中的句子转化成语音，代替无法发音的患者说话。
凯西·哈雷尔在 40 岁时出现肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 症状，在接下来的五年里，他四肢瘫痪，并出现严重的构音障碍，说话声音低沉、不清晰。这种疾病也影响了著名物理学家斯蒂芬·霍金，也被称为卢格里格氏症。
大多数人无法理解哈雷尔说的话。最了解他的人平均每分钟能听懂 6.8 个单词。他用头控鼠标每分钟能输入 6.3 个单词。失去与他人交流的能力，尤其是与女儿交流，让他非常痛苦。
2023年7月，哈雷尔在临床试验BrainGate2中接受了脑机接口手术。医生打开他5x5厘米的头骨，将4个1.5毫米的微电极阵列植入大脑皮层。每个微电极阵列大小为3.2x3.2毫米，排列有64个电极。植入位置是大脑左侧中央前回，这是医生在手术前通过核磁共振确定的用来控制他发音的身体部位。手术持续了5个小时，哈雷尔在手术后第三天就出院了。
a：4个微电极阵列植入位置示意图（以黑色方块表示）；b：脑机接口工作原理图。256个电极从中央前回探测大脑皮层神经活动，没有麦克风采集声音。当Harrell尝试说话时，机器学习技术每隔80毫秒将神经活动解码成一个基本的英文音节，通过一系列语言模型将音节组合成单词显示在屏幕上，单词组合成句子，句子结束时，文转语音软件读出句子，试图恢复他患病前的声音。丨参考文献[5]
术后首次使用脑机接口时，哈雷尔先通过重复包含50个单词的指定句子进行30分钟的校准。然后，他试着用这些单词造出随机句子。脑机接口读取大脑向肌肉发出的命令，将其转换成屏幕显示的单词并读出，单词识别准确率达到99.6%。第二次使用时，词汇量扩大到12.5万词，经过1.4小时的训练，准确率达到90.2%。
经过进一步校准，脑机接口在术后 8.4 个月内，单词识别准确率仍维持在 97.5%，语速为每分钟 31.6 个词，约为正常说话速度的一半。这远比哈雷尔通过说话或使用头控鼠标进行交流的效率高，准确率也高于普通人使用手机语音识别单词（准确率约为 95%）。他每天通过脑机接口与家人聊天、参加工作会议、发邮件、上网。他的家人和朋友都认为系统发出的声音和他自己的声音很相似。
a：哈雷尔使用脑机接口的照片；b：第二次使用脑机接口时对女儿说的话；c：累计使用脑机接口时间；d：解码准确率。参考文献[5]
在之前的研究中，脑机接口需要经过约半个月、近20个小时的校准，才能达到74.5%到76.2%的词语识别准确率，并且需要频繁重新校准。
该研究将微电极数量增加了一倍，并改进了语言模型，让哈雷尔快速准确地恢复了交流能力，展示了脑机接口将大脑活动准确解码为语言的潜力。
进一步的研究还将继续尝试提高脑机接口识别文字的准确率，并扩大适用疾病范围，比如包括更多常见的中风，帮助人们回归生活和社会。
哈雷尔第二次使用脑机接口的片段，他正在和女儿说话。第一次的数据被排除在研究之外，因为当他看到自己想说的话出现在屏幕上时，他高兴得哭了。研究团队暂停了评估，让他和家人庆祝这一刻。 | 参考文献 [5]
从发现脑电图到如今能够实现基本的神经信号解码和设备控制，脑机接口已经从科幻走向现实。前景光明的脑机接口技术不仅可以为残障人士提供更多的自主权，未来还可能帮助健康人实现“想象中的场景”。当然，在实现愿景的道路上，挑战也同样存在。比如在技术层面，脑机接口的精确度和稳定性需要进一步提高，以降低潜在风险。隐私保护、数据安全等伦理和法律问题也需要考虑。
但无论怎样，脑机接口都是当前最“令人兴奋”的技术之一，它或将重塑我们对大脑和意识的认识，人类与数字世界的互动方式也可能因此而彻底改变。
参考
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5.Card NS，Wairagkar M，Iacobacci C，侯：609-618。
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9.Ione Fine 等人，虚拟患者模拟人类视觉皮层刺激的神经和感知效应，从脉冲序列到感知，科学报告 (2024)。DOI：10.1038/s41598-024-65337-1
3 89 (10081):1821-1830。
11. Flesher SN、Downey JE、Weiss JM、Hughes CL、Herrera AJ、Tyler-Kabara EC、Boninger ML、Collinger JL、Gaunt RA。唤起触觉的脑机接口可改善机械臂控制。科学。2021；372(6544)：831-836。
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