美軍方砸重金研發(fā)植入式“腦芯片”

近日，美國(guó)國(guó)防部公布了一項(xiàng)投資6500萬(wàn)美元的“腦芯片”計(jì)劃，希望研究人員開(kāi)發(fā)一種腦機(jī)接口，讓人腦與計(jì)算機(jī)直接相連，為戰(zhàn)士提供“超級(jí)感受”。英國(guó)《每日郵報(bào)》、美國(guó)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)《光譜》雜志等多家外媒關(guān)注了此事。

美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)官員稱，該項(xiàng)目的目標(biāo)，就是讓這種可植入系統(tǒng)在大腦和計(jì)算機(jī)之間提供精準(zhǔn)的雙向通信，二者將直接對(duì)話。

那么，該計(jì)劃的最大技術(shù)亮點(diǎn)是什么?相比目前的大腦植入物的優(yōu)勢(shì)何在?未來(lái)的成果可以用于哪些現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景?

并行鏈接100萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元

現(xiàn)在最好的腦植入物，比如癱瘓病人用來(lái)控制機(jī)器人手臂的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等，只能記錄幾百個(gè)神經(jīng)元。

而DARPA的計(jì)劃是通過(guò)先進(jìn)的神經(jīng)接口來(lái)并行接觸超過(guò)100萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，讓高級(jí)神經(jīng)元器件提供較高保真度、分辨率和精確度的感官界面。

“這將有助于加深DARPA對(duì)大腦的生物學(xué)屬性、復(fù)雜性和功能的理解。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人菲利普·阿爾沃爾達(dá)說(shuō)。

他介紹，該計(jì)劃的第一階段重點(diǎn)是在腦機(jī)接口的硬件、軟件及神經(jīng)科學(xué)方面取得重大突破，并開(kāi)始在動(dòng)物和培養(yǎng)細(xì)胞上進(jìn)行測(cè)試;第二階段，要求持續(xù)深化基礎(chǔ)研究，與此同時(shí)整合取得的進(jìn)展，開(kāi)發(fā)可用于在人體上進(jìn)行安全測(cè)試的新設(shè)備。

現(xiàn)在，美國(guó)布朗大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)、視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)基金會(huì)、約翰·皮爾斯實(shí)驗(yàn)室、加州大學(xué)伯克利分校和Paradromics公司等機(jī)構(gòu)，將獲得DARPA數(shù)百萬(wàn)至上千萬(wàn)美元的資助，其中四個(gè)團(tuán)隊(duì)將重點(diǎn)放在視覺(jué)感受上，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)將關(guān)注聽(tīng)覺(jué)和語(yǔ)言系統(tǒng)的增強(qiáng)。

與每個(gè)神經(jīng)元清楚地單獨(dú)通信

目前，批準(zhǔn)用于人類神經(jīng)界面的芯片只能容納100個(gè)信道，每個(gè)信道中聚合了來(lái)自數(shù)萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元的信號(hào)，結(jié)果是嘈雜且不準(zhǔn)確。

相比之下，DARPA要開(kāi)發(fā)的硬件，要在不超過(guò)一立方厘米的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)通信鏈路，可以在大腦的指定區(qū)域與100萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元中的任何一個(gè)清楚地單獨(dú)通信。

為了做到人腦與芯片充分相容、信號(hào)暢通無(wú)阻，獲得資助的硅谷公司Paradromics，計(jì)劃于2018年公布其設(shè)計(jì)的名為“NIOB”的無(wú)線芯片組，其中，將包含4個(gè)芯片和20萬(wàn)個(gè)微型元件，以保證信息的實(shí)施有效傳輸。

100萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元雖然僅占大腦總共86億個(gè)神經(jīng)元的一小部分，但處理起信號(hào)來(lái)也并非易事。

“雙向通訊的含義，一方面要能記錄大腦傳輸出來(lái)的腦電波;另一方面，還能將計(jì)算機(jī)生成的信號(hào)傳輸?shù)酱竽X神經(jīng)元。”阿爾沃爾達(dá)說(shuō)。

給殘障人士裝上“神經(jīng)假肢”

阿爾沃爾達(dá)啟發(fā)道：“想像一下，當(dāng)人腦與現(xiàn)代電子產(chǎn)品之間的渠道打開(kāi)，會(huì)有什么可能?”

腦機(jī)雙向交流意味著，對(duì)霍金這樣的大家，他們活躍而寶貴的思想，可以直接傳輸?shù)诫娔X中;反過(guò)來(lái)，還可以將電腦的信息錄入人腦，以幫助失去聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)等感官的普通人。

“是的，如果我們成功向大腦直接傳遞豐富的感覺(jué)信號(hào)，該計(jì)劃將為新的神經(jīng)病學(xué)治療奠定基礎(chǔ)。”它的潛在應(yīng)用，是可以通過(guò)向大腦傳輸高分辨率的數(shù)字聽(tīng)覺(jué)或視覺(jué)信號(hào)，彌補(bǔ)殘障人士的視力或聽(tīng)覺(jué)缺陷。

作為計(jì)劃的一部分，研究人員將與美國(guó)食品和藥物管理局(FDA)合作，開(kāi)始探索長(zhǎng)期、安全的潛在應(yīng)用評(píng)估。