2023！腦機(jī)接口年

2023 年對(duì)于腦機(jī)接口來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的一年。

早在2023年2月，我們宣布腦機(jī)接口為 2023 年年度技術(shù)。這種接口在大腦和外部設(shè)備之間建立了直接的通信聯(lián)系，可以記錄、解碼和刺激神經(jīng)活動(dòng)。從治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病到增強(qiáng)人類(lèi)能力，它們?cè)诟鞣N意義深遠(yuǎn)的應(yīng)用中都有潛在的用途。

這些能力在整個(gè) 2023 年都在持續(xù)發(fā)展。例如，2023年 8 月，《Nature》雜志發(fā)表了兩篇關(guān)于腦機(jī)接口的報(bào)告，該接口能以接近正常對(duì)話(huà)的速度（每分鐘約 150 個(gè)字）將神經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為句子。其中一種方法是使用皮層內(nèi)微電極陣列收集信號(hào)，在遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和語(yǔ)言模型的幫助下，以平均每分鐘 62 個(gè)單詞的速度解碼，在125,000 個(gè)單詞的詞匯量下，單詞錯(cuò)誤率為 23.8%。在另一種方法中，使用了皮層電圖電極陣列來(lái)收集信號(hào)，同樣在遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和語(yǔ)言模型的幫助下，可以以平均每分鐘78 個(gè)單詞的速率進(jìn)行解碼，對(duì)1024 個(gè)單詞的詞匯量進(jìn)行解碼時(shí)，單詞錯(cuò)誤率為 25.5%。

將傳感器與人工智能、腦機(jī)接口結(jié)合在一起，就像這里使用的那樣，已經(jīng)讓兩位患者重新發(fā)聲。Noah Berger/UCSF

斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的一名研究人員操作軟件，可以將帕特大腦中的傳感器記錄下來(lái)的活動(dòng)嘗試翻譯成屏幕上的文字Steve Fisch/Stanford Medicine

底層設(shè)備也在不斷發(fā)展。 例如，在《Nature Electronics》雜志上，普渡大學(xué)的 Baibhab Chatterjee、Shreyas Sen 及其同事報(bào)告了一種用于神經(jīng)植入的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。這種方法被稱(chēng)為雙相準(zhǔn)靜態(tài)大腦通信，植入物將信息傳輸?shù)揭粋€(gè)可穿戴式耳機(jī)形狀的集線(xiàn)器，這個(gè)集線(xiàn)器將電源和編程位發(fā)送到植入物;所有這些都是用完全的電信號(hào)來(lái)完成的，應(yīng)該避免轉(zhuǎn)導(dǎo)損失。

加州大學(xué)伯克利分校的里基·穆勒（Rikky Muller）及其同事在二月刊的評(píng)論文章中指出，未來(lái)的腦機(jī)接口可能完全是光學(xué)的。目前，在本期其他文章中，Malte Gather、Kenneth Shepard 及其同事報(bào)告了用于神經(jīng)刺激的光學(xué)探針的設(shè)備研發(fā)情況。哥倫比亞大學(xué)、科隆大學(xué)、圣安德魯斯大學(xué)、麻省理工學(xué)院和斯坦福大學(xué)的研究人員將有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）與硅互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）控制電路集成在一起。由此產(chǎn)生的植入式探針集成了1,024個(gè)具有兩種不同顏色的有機(jī)發(fā)光二極管，可用于選擇性激活小鼠體內(nèi)的單個(gè)神經(jīng)元。

在我們二月號(hào)的一篇評(píng)論文章中，加州大學(xué)伯克利分校的Rikky Muller和他的同事認(rèn)為，腦機(jī)接口的未來(lái)可能完全是光學(xué)的。目前，在本期其他地方的一篇文章中，Malte Gather、Kenneth Shepard及其同事報(bào)告了專(zhuān)注于制造神經(jīng)刺激光學(xué)探針的設(shè)備開(kāi)發(fā)。來(lái)自哥倫比亞大學(xué)、科隆大學(xué)、圣安德魯斯大學(xué)、麻省理工學(xué)院和斯坦福大學(xué)的研究人員已經(jīng)將有機(jī)發(fā)光二極管(oled)與硅互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)控制電路集成在一起。由此產(chǎn)生的可植入探針包含1,024種不同顏色的oled，可用于選擇性地激活小鼠的單個(gè)神經(jīng)元。

我們之所以選擇腦機(jī)接口作為2023年年度技術(shù)，還因?yàn)槲覀冋J(rèn)為現(xiàn)在是考慮該技術(shù)潛在后果和發(fā)展方向的關(guān)鍵時(shí)刻。2023年 7 月份，聯(lián)合國(guó)教育、科學(xué)及文化組織（UNESCO）發(fā)布了一份關(guān)于神經(jīng)技術(shù)的報(bào)告，而腦機(jī)接口正是這一領(lǐng)域的核心。該組織還呼吁對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行全球監(jiān)管，并建議為其制定一個(gè)普遍的倫理框架，類(lèi)似于過(guò)去對(duì)人類(lèi)基因組（1997 年）、人類(lèi)基因數(shù)據(jù)（2003年）和人工智能（2021 年）所做的工作。對(duì)于腦機(jī)接口的未來(lái)而言，這些發(fā)展可能與技術(shù)進(jìn)步本身同樣重要。