美軍方砸重金研發植入式「腦晶元」

100萬個神經元將與計算機直接對話

本報記者 房琳琳

Paradromics為DARPA設計的「NIOB」晶元組合草案

圖片來源：IEEE《光譜》雜誌官網

7月11日，美國國防部公布了一項投資6500萬美元的「腦晶元」計劃，希望研究人員開發一種腦機介面，讓人腦與計算機直接相連，為戰士提供「超級感受」。英國《每日郵報》、美國電氣與電子工程師協會（IEEE）《光譜》雜誌等多家外媒關注了此事。

美國國防部高級研究計劃局（DARPA）官員稱，該項目的目標，就是讓這種可植入系統在大腦和計算機之間提供精準的雙向通信，二者將直接對話。

那麼，該計劃的最大技術亮點是什麼？相比目前的大腦植入物的優勢何在？未來的成果可以用於哪些現實場景？

並行鏈接100萬個神經元

現在最好的腦植入物，比如癱瘓病人用來控制機器人手臂的實驗系統等，只能記錄幾百個神經元。

而DARPA的計劃是通過先進的神經介面來並行接觸超過100萬個神經元，讓高級神經元器件提供較高保真度、解析度和精確度的感官界面。

「這將有助於加深DARPA對大腦的生物學屬性、複雜性和功能的理解。」項目負責人菲利普·阿爾沃爾達說。

他介紹，該計劃的第一階段重點是在腦機介面的硬體、軟體及神經科學方面取得重大突破，並開始在動物和培養細胞上進行測試；第二階段，要求持續深化基礎研究，與此同時整合取得的進展，開發可用於在人體上進行安全測試的新設備。

現在，美國布朗大學、哥倫比亞大學、視覺與聽覺基金會、約翰·皮爾斯實驗室、加州大學伯克利分校和Paradromics公司等機構，將獲得DARPA數百萬至上千萬美元的資助，其中四個團隊將重點放在視覺感受上，兩個團隊將關注聽覺和語言系統的增強。

每個神經元清楚地單獨通信

目前，批准用於人類神經界面的晶元只能容納100個信道，每個信道中聚合了來自數萬個神經元的信號，結果是嘈雜且不準確。

相比之下，DARPA要開發的硬體，要在不超過一立方厘米的區域內實現通信鏈路，可以在大腦的指定區域與100萬個神經元中的任何一個清楚地單獨通信。

為了做到人腦與晶元充分相容、信號暢通無阻，獲得資助的矽谷公司Paradromics，計劃於2018年公布其設計的名為「NIOB」的無線晶元組，其中，將包含4個晶元和20萬個微型元件，以保證信息的實施有效傳輸。

100萬個神經元雖然僅佔大腦總共86億個神經元的一小部分，但處理起信號來也並非易事。

「雙向通訊的含義，一方面要能記錄大腦傳輸出來的腦電波；另一方面，還能將計算機生成的信號傳輸到大腦神經元。」阿爾沃爾達說。

給殘障人士裝上「神經假肢」

阿爾沃爾達啟發道：「想像一下，當人腦與現代電子產品之間的渠道打開，會有什麼可能？」

腦機雙向交流意味著，對霍金這樣的大家，他們活躍而寶貴的思想，可以直接傳輸到電腦中；反過來，還可以將電腦的信息錄入人腦，以幫助失去聽覺和視覺等感官的普通人。

「是的，如果我們成功向大腦直接傳遞豐富的感覺信號，該計劃將為新的神經病學治療奠定基礎。」它的潛在應用，是可以通過向大腦傳輸高解析度的數字聽覺或視覺信號，彌補殘障人士的視力或聽覺缺陷。

作為計劃的一部分，研究人員將與美國食品和藥物管理局（FDA）合作，開始探索長期、安全的潛在應用評估。

（科技日報北京7月11日電）

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