马斯克的＂读脑＂设备首次植入人体 科学家期待什么？担忧什么？

马斯克的＂读脑＂设备首次植入人体 科学家期待什么？担忧什么？ 脑机接口（BCI）是连接大脑与外部设备的一种桥梁。这项技术能够捕捉并解码大脑活动，使那些因为严重瘫痪而失去行动能力的人能够仅凭意念控制电脑、机械臂、轮椅等设备。除了Neuralink，还有其他科研团队也在竞相研发类似的技术，有的甚至已经进入人体试验阶段。神经科技研究人员对Neuralink的这次人体试验抱有既谨慎又兴奋的态度。荷兰乌得勒支大学医学中心的神经科学家、国际脑机接口协会主席马利斯卡·范斯汀塞尔（Mariska Vansteensel）表示：“我期待看到他们能证明技术的安全性。从目前来看，这种技术在测量大脑信号方面表现优秀，至少短期内如此。但长期效果如何，仍是关键问题。”然而，公众对这次试验的了解相当有限。除了马斯克的帖子，外界无法证实试验是否真的已经开始。而且，关于试验的详细信息，主要来源于一份招募受试者的研究手册。对此，英国牛津大学的神经工程师蒂姆·丹尼森（Tim Denison）表示：“我们需要知道更多细节，比如植入手术在哪里进行，试验将评估的具体结果是什么等。”更令人费解的是，这次试验并未在ClinicalTrials.gov网站上注册。这个网站由美国国立卫生研究院管理，是公开的科研信息库，要求研究人员在招募参与者之前就公布试验详情和方案。许多医学杂志也将此作为发表研究成果的先决条件，以保护参与临床试验的受试者权益。然而，总部位于加州弗里蒙特的Neuralink并未回应为何未在该网站上注册此次试验的置评请求。《自然》杂志也对Neuralink的植入物与其他脑机接口技术进行了比较分析。文章指出，这次试验不仅关乎技术的进步，还可能引发伦理和隐私方面的担忧。Neuralink的芯片与其他BCI有何不同？与犹他州盐湖城的Blackrock Neurotech公司一样，Neuralink将目标锁定在单个神经元的活动上，通过穿透大脑的电极进行记录。相比之下，其他公司更倾向于在大脑表面放置电极，通过记录神经元群的平均信号来解读大脑活动。然而，最新的研究显示，通过平均信号或许可以解码更为复杂的认知过程，例如内心语言。纽约的Synchron公司已经成功展示了低带宽的大脑表面BCI如何实现基本的智能手机控制。Neuralink的创新之处在于，它是一款完全植入式的无线系统，这在脑机接口领域尚属首次。此前的植入式系统需要通过头骨上的端口与计算机进行物理连接，这不仅增加了感染风险，还限制了实际应用。据Neuralink的研究手册介绍，其芯片包含64条柔性聚合物线，提供1024个记录大脑活动的位点。这一数字远超BlackrockNeurotech的脑机接口设备，后者是目前唯一长期植入人体的单神经元记录系统。因此，Neuralink设备有望大幅提升脑机通信的带宽。此外，Neuralink特别强调了其纱线的灵活性，并表示正在研发一种机器人，用于将纱线植入大脑。英国牛津大学的神经工程师蒂姆·丹尼森对此表示赞赏：“各种方法都令人振奋。”但他也强调，现在的问题是，从安全性、信号质量、耐用性和用户体验等角度来看，哪种方法表现最佳。他说：“为了患者的利益，我们需要进行持久的技术探索。”科学家们将从Neuralink人体试验中学到什么？尽管Neuralink并未公布过多关于试验目标的具体信息，但专家们推测，试验的主要焦点将集中在设备的安全性上。丹尼森指出，在这个阶段，科学家们将密切关注植入设备的直接影响，例如是否出现中风、出血、血管损伤等问题，同时也不忽视感染的可能性。长期随访将是评估的关键，以确保植入设备不会引发任何潜在的安全问题。Neuralink的研究手册中提到，志愿者将被追踪研究五年。这段时间不仅用于评估设备的功能性，还要求志愿者每周至少使用设备两次来控制电脑并反馈体验。荷兰乌得勒支大学医学中心的神经科学家、国际脑机接口协会主席马利斯卡·范斯汀塞尔关注的是神经信号质量的稳定性问题。她表示，了解植入后神经元信号的质量是否随时间下降至关重要。毕竟，更换电极在现有技术中并不容易，因此长期信号质量的保持对于设备的有效性非常关键。丹尼森则对Neuralink的无线系统性能充满好奇。在一个非实验室环境中，这种无线系统的性能表现如何？科学家们对Neuralink BCI有哪些担忧？Neuralink的人体试验已经开始，这意味着志愿者的安全和福祉成为了最受关注的问题。这一试验已经获得了美国食品和药物管理局（FDA）的批准，尽管该机构曾拒绝过Neuralink的申请。然而，一些研究人员对这次试验未在ClinicalTrials.gov网站上注册表示疑虑，这也引发了公众对于试验透明度和伦理问题的关注。丹尼森对此表示了担忧，他称：“我的假设是，FDA和Neuralink在一定程度上遵循了规定。但关键在于，我们没有看到具体的协议，所以我们无法了解试验的具体内容和标准。”对于那些希望BCI技术能改善他们生活的患者来说，信息的公开和透明度尤为重要。伊恩·伯克哈特（Ian Burkhart）是俄亥俄州哥伦布市BCI先锋联盟的联合创始人，他在一次潜水事故中受伤瘫痪，并在他的大脑中植入了Blackrock芯片。伯克哈特对于Neuralink取得的成就感到兴奋，但他也强调了信息披露的重要性。他认为：“如果Neuralink能够公布更多关于试验的信息，那么他们的工作将得到更好的理解和支持。特别是对于那些迫切希望这种技术能够改善他们生活的患者来说，他们有权知道更多的细节。” ... PC版： 手机版：

科学家开发出能产生34倍于自身重量力量的人造肌肉装置

科学家开发出能产生34倍于自身重量力量的人造肌肉装置 研究人员利用离子聚合物人造肌肉开发出了一种软流体开关，它能以超低功率运行，产生的力是其重量的 34 倍。这一突破通过精确控制狭窄空间中的流体流动，为软机器人、生物医学设备和微流体技术提供了潜在应用。上图描述了在超低电压下使用软流体开关分离液滴的过程。资料来源：KAIST 软机器人与智能材料实验室韩国科学技术院（KAIST）（院长 Kwang-Hyung Lee）1 月 4 日宣布，机械工程系 IlKwon Oh 教授领导的一个研究小组开发出了一种软流体开关，它能在超低电压下工作，并能在狭窄空间内使用。现代科技中的人造肌肉人造肌肉模仿人类肌肉，与传统电机相比能提供灵活自然的运动，是软体机器人、医疗设备和可穿戴设备的基本元素之一。这些人造肌肉会根据电、气压和温度变化等外部刺激产生运动，要利用人造肌肉，必须对这些运动进行精确控制。基于现有电机的开关因其刚性和体积大而难以在有限的空间内使用。为了解决这些问题，研究团队开发了一种电离子软致动器，即使在狭窄的管道中也能控制流体流动，同时产生较大的力，并将其用作软流体开关。合成 pS-COF 并将其用作电活性软流体开关的普通电极-电解质宿主。A) pS-COF 的合成示意图。B) 电化学软开关的工作原理示意图。C) 使用基于 pS-COF 的电化学软开关在动态操作中控制流体流动的原理图。资料来源：KAIST 软机器人与智能材料实验室。研究小组开发的离子聚合物人工肌肉由金属电极和离子聚合物组成，在通电后会产生力和运动。人工肌肉电极表面由有机分子组合而成的多磺化共价有机框架（pS-COF）被用来以超低功率（~0.01V）产生相对于其重量的巨大力量。结果制造出的厚度为 180 微米、细如发丝的人造肌肉在启动平滑运动时产生的力比其 10 毫克的轻重量大 34 倍多。因此，研究小组能够以较低的功率精确控制流体的流动方向。领导这项研究的IlKwon Oh教授说："以超低功率运行的电化学软流体开关可以为基于流体控制的软机器人、软电子学和微流体学领域带来许多可能性。从智能纤维到生物医学设备，这项技术有可能立即在各种工业环境中投入使用，因为它可以轻松应用于我们日常生活中的超小型电子系统。" ... PC版： 手机版：

专访清华大学脑机接口科研团队负责人：中美“脑机接口”下一突破是什么？

专访清华大学脑机接口科研团队负责人：中美“脑机接口”下一突破是什么？ 中方团队脑机接口技术路径与美方有何不同？相关技术何时能得到成熟应用？清华团队相关技术负责人近日在接受《环球时报》记者采访时描绘了现实，也展望了远景。“在安全性和性能间寻求平衡”“我们的NEO技术突破并不是短时间内突然实现的，我们为此已经奋斗了十余年，走了很长的路才完成从科学想法到工程实现，最终步入临床试验的过程。”带领团队开展该项研究的清华大学医学院教授洪波近日在接受《环球时报》记者采访时表示，准确来说，其团队开展的是全球首例无线微创脑机接口试验，这与美国科研团队此前开展的打开硬脑膜全植入式的脑机接口试验不同，中方团队技术路径的关键在于微创。目前，脑机接口技术按照其是否需要侵入大脑以及侵入的程度分为非侵入式、侵入式、半侵入式三类。洪波借用“屋子”来阐释这些技术路径的不同：假设人类的大脑是一间屋子，屋中坐了几十个人，每个人都相当于一个脑细胞，全侵入式方案就相当于在每个人面前都放一个麦克风，此时信号采集的效果是最好的。马斯克“神经连接”公司采用的就是这种脑机方案，在硬脑膜内放入成百上千个电极采集脑细胞信号。而非侵入式的脑机技术相当于在屋外放一个麦克风，这时信号采集相对较弱，但安全性更高。而清华团队采用的则是一种“折中”的半侵入式方案，将电极放在硬脑膜外面。“此时采集的信号介于屋内屋外两者之间，有点像把麦克风贴在门边。我们追求的是安全性和性能之间的一种平衡。”洪波称。据了解，清华大学科研团队的无线微创植入脑机接口技术，是将多个电极贴在颅骨内的硬脑膜上，这一区域虽然信号采集不如直接将电极插入脑细胞内，但它不会对脑细胞产生损伤。“一般人的颅骨厚度有6毫米到1厘米，两侧和后脑甚至更厚，这足够嵌入电极和处理芯片。手术完成后，患者很快就可以回家，无线微创脑机技术更具长久性。”洪波表示。从科学上讲，侵入式脑机接口方案采集的信号量相较采用无线微创技术要强得多，但该技术的首要风险是感染。由于这种技术需要用一根插头连接大脑和外部设备，因此会产生一个开放式的创口。此外，当电极插进脑细胞，会引发胶质细胞的免疫反应。一段时间后，胶质细胞就会包裹电极，导致信号变差、系统难以顺畅工作。创伤感染和电极结痂也是马斯克“神经连接”公司脑机方案所面临的两大难题。将拓展更多应用场景据首都医科大学北京宣武医院介绍，全球首例接受NEO植入脑内的患者是一位因车祸引起的颈椎处脊髓完全性损伤的男性，该患者此前长期处于四肢瘫痪状态。在完成NEO临床植入试验后，该患者经过3个月的居家康复训练，目前可以通过脑电活动驱动气动手套，实现自主喝水等脑控功能，抓握准确率超过90%。洪波认为，接下来的目标是争取获得国家三类植入医疗器械许可证，团队正在准备大规模临床试验，乐观估计经过两年左右时间，无线微创植入脑机接口技术可获得上市许可，这就意味着这套脑机接口系统将成为一个成熟的产品，可以在全国得到应用。一旦成熟应用，受益的将不仅仅是高位截瘫患者，洪波介绍称，这项技术对于下肢康复患者、脊髓损伤患者，甚至渐冻症、抑郁症、癫痫、阿尔茨海默病等疾病患者都有相应的应用场景。以渐冻症患者为例，患者四肢的运动神经元几近凋亡，丧失了运动和感觉的能力，如果能将这套脑机接口连接到患者的大脑运动皮层，就可以控制电脑屏幕的光标。将来可以为渐冻症患者制造脑控的鼠标和键盘，用脑机接口技术操纵电脑打字，帮助渐冻症患者写文章并和他人交流。“包括这项技术未来是否可以用作语言解码，我们都在开展更精准的研究，团队有很多基础科学的积累，在国家自然科学基金和科技部资助下，正试图揭示人脑中如何编码汉语的语音和语言。如果再向远方展望，脑机接口技术不仅可以帮助残疾患者，更重要的是，它有可能成为未来人类进化中的重要一步。人类的行为是一种智能，富有灵活性和创造力，而机器的行为更加精准高效，又是另外一种智能，两者的融合将构建一个无限可能的未来。”洪波称。“数字永生”还有多远？除了在医学领域具有广阔应用前景外，脑机接口技术还被认为是一种具有颠覆性的前沿技术，马斯克的“神经连接”公司此前曾宣称，脑机接口技术的远景目标是连接人类意识与数字虚拟世界，甚至实现科幻电影中的数字永生。纵然互联网上对于脑机接口技术有许多想象，但洪波认为，立足现实，当下的脑机接口技术并不意味着能够用数字技术读取大脑中的信号并解读出当中的信息，脑机接口技术距实现“读脑”还有非常远的距离。北京邮电大学人工智能学院人机交互与认知工程实验室主任刘伟也持相同看法。他在接受《环球时报》记者采访时表示，目前的脑机交互技术更多集中在将人的脑电信号转化为机器可以理解的指令或动作，实现自动化的交互。这种技术可以被用于控制外部设备，如假肢、轮椅等，并在一些实验中也可用于控制电脑游戏或机器人等。“当前脑机交互更像是自动化交互，而不是智能化交互。”“大家对于科幻电影中所展现的一些前沿概念，都有着乐观的展望，但我认为实现数字永生要经历三阶段。第一阶段就是用脑机接口技术帮助残疾人以及一些特殊疾病患者，这也是我们当前所处的阶段。第二阶段是实现人脑智能和机器智能的融合交互。完成这两个阶段后，我们才有可能实现所谓的数字永生。”洪波表示，人类作为一个意识主体，形成意识的关键机制是什么，目前尚未揭示，数字永生相当于将人类大脑中所有神经细胞及其连接的信息都复制到硅基计算系统中，用高维度的数理方程来定义一个“意识”主体。即便这一畅想可以实现，但实现过程中所面临的科学问题仍然非常复杂。“我们只有充分了解人类大脑工作的各种机理，才能够在计算机人工智能和人类智能的接口之间实现更高的带宽，我们如今的带宽还不足以实现人机的智能融合。能否在近期让这样的科幻照进现实，我个人持悲观态度，如果说脑机接口技术是一本100页的书，现在可能才刚翻开第一页，只有等翻到第九十页时，我们对于意识产生机制或许才能得到一些答案。”洪波介绍称，相关问题正在一步步解决中，当中有多个技术瓶颈需要突破，首先就是要对脑科学的研究实现突破，至少要清楚地知道，究竟需要多少个电极，将电极放在大脑中的哪些地方才可以实现结合。其次需要科研团队进一步改进脑机接口系统的解码算法，“比如语言解码，如果想用脑机接口技术写文章或写小说，如何设计人类语言的解码算法，这个语言大模型的机制还不一样，这需要持续开展研究。下一步，我们可能会在后续临床试验中改进脑机接口解码技术，我们希望能在今年上半年看到试验结果。” ... PC版： 手机版：

天津大学科研团队开发可开源的片上脑-机接口智能交互系统

天津大学科研团队开发可开源的片上脑-机接口智能交互系统 片上脑分为“片”（电极芯片）和“脑”（体外培养大脑）两个部分。片上脑是通过干细胞培养技术，在人体外创造一个“类脑组织”。它具备一些生物大脑的智能功能，再为其加装上电极芯片，使得科学家能对其进行调试或向外部发出信号，进而实现特定功能，如自主控制机器人避障、抓取物体等。“片上脑-机接口，是利用体外培养‘大脑’（如脑类器官）与电极芯片耦合形成的片上脑，通过编解码及刺激-反馈实现其与外界信息交互的技术。”天津大学副校长、脑机交互与人机共融海河实验室执行主任明东说。片上脑相关技术重点领域。（受访者供图）片上脑未来应用场景演示图。（受访者供图）明东表示，与传统技术主要以人脑或者其他生物脑作为实验对象不同，片上脑成为脑机接口领域的一个重要新兴分支，有望对混合智能、类脑计算等前沿科技领域的发展产生革命性的推动。天津大学医学院教授、脑机交互与人机共融海河实验室片上脑-机接口团队负责人李晓红表示，此次研究主要有两个方面的突破：一是细胞培养从二维走向三维，为片上脑提供了更复杂的神经计算网络。二是人工智能算法的加入，实现了混合智能领域的尝试。此外，团队证实了物理场促进人源性脑类器官生长发育的作用，厘清了低强度聚焦超声对大脑进行调控的原理机制，为片上脑智能交互系统MetaBOC提供了具有更好智能基础的培养“大脑”。（记者郭方达、张建新） ... PC版： 手机版：

科学家运用咖啡显著提高燃料电池的效率

科学家运用咖啡显著提高燃料电池的效率 在全球努力摒弃化石燃料的过程中，燃料电池成为一种无碳排放的显著能源。这些电池由阳极和阴极组成，并由电解质隔开，直接将燃料的化学能转化为电能。燃料被送入阳极，氧化剂（通常是空气中的氧气）被送入阴极。在氢燃料电池中，氢在阳极发生氧化，产生氢离子和电子。离子通过电解质移动到阴极，电子则流经外部电路，产生电能。在阴极，氧气与氢离子和电子结合，产生水作为唯一的副产品。然而，水的存在会影响燃料电池的性能。它与铂（Pt）催化剂发生反应，在电极上形成一层氢氧化铂（PtOH），阻碍了氧还原反应（ORR）的有效催化，导致能量损失。为了保持高效运行，燃料电池需要较高的铂负载，这大大增加了燃料电池的成本。但新的研究发现，咖啡因通过提高氧还原反应的活性可以改善燃料电池的性能。咖啡因在定义明确的铂单晶电极上的吸附结构，以及咖啡因改性前（蓝色条）和改性后（橙色条）燃料电池空气电极的活性。资料来源：千叶大学教授 Nagahiro Hoshi在最近发表于《通讯化学》（Communications Chemistry）杂志上的一项研究中，Nagahiro Hoshi 教授与日本千叶大学工程研究生院的 Masashi Nakamura、Ryuta Kubo 和 Rui Suzuki 发现，在某些铂电极中添加咖啡因可以提高 ORR 的活性。这一发现有可能减少对铂的需求，使燃料电池更经济、更高效。Hoshi 教授说："咖啡因是咖啡中含有的化学物质之一，在原子排列呈六角形结构的定义明确的铂电极上，它能将燃料电池反应的活性提高 11 倍。"咖啡因对铂电极的影响为了评估咖啡因对 ORR 的影响，研究人员测量了通过浸入含有咖啡因的电解质中的铂电极的电流。这些铂电极的表面原子按特定方向排列，即 (111)、(110) 和 (100)。随着电解液中咖啡因浓度的增加，电极的 ORR 活性明显提高。咖啡因存在时会吸附在电极表面，有效阻止氢吸附和氧化铂在电极上的形成。然而，咖啡因的作用取决于电极表面铂原子的取向。当咖啡因摩尔浓度为 1 × 10-6 时，Pt(111) 和 Pt(110) 上的 ORR 活性分别增加了 11 倍和 2.5 倍，而对 Pt(100) 没有明显影响。为了理解这种差异，研究人员使用红外反射吸收光谱法研究了咖啡因在电极表面的分子取向。他们发现，咖啡因在铂(111)和铂(110)表面被吸收时，其分子平面垂直于表面。然而，在铂(100)表面，立体阻碍导致咖啡因的分子平面相对于电极表面倾斜。"Pt(111)和Pt(110)的ORR活性提高是由于PtOH覆盖率降低和吸附的咖啡因的立体阻碍降低。相反，对于 Pt(100)，PtOH 减少的效果被吸附的咖啡因的立体阻碍抵消，因此咖啡因不会影响 ORR 活性，"Hoshi 教授解释说。与寿命有限的电池不同，燃料电池只要提供燃料就能发电，因此适用于各种应用，包括车辆、建筑物和太空任务。所提出的方法有望改进燃料电池的设计，并使其得到广泛应用。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

脑控喝水！清华脑机接口临床试验宣告成功 患者可终生使用

脑控喝水！清华脑机接口临床试验宣告成功 患者可终生使用 据介绍，目前第二例患者也已经完成临床试验，正在康复训练中。首例无线微创脑机接口临床试验也就在前一天，马斯克刚宣布首个人体植入手术已成功完成，初步探测到神经脉冲信号。不过，跟马斯克Neuralink脑机接口不同的是，这款脑机接口设备强调的是无线微创。具体操作上是将体内机埋在颅骨内、电极覆盖在大脑硬膜外（硬膜位于颅骨和大脑皮层之间，起到保护神经组织作用），这项技术曾通过长期动物试验研制，不会破坏神经组织。患者手术后10天就能出院回家。居家使用时候，体外机隔着头皮给体内机供电，并接收脑内的神经信号，传送到电脑或者手机上，借助解码算法实现脑机接口通信。此外，还采用的是近场无线供电和传输信号，体内无需电池，患者可以终生使用。基于这样的技术，在去年10月24日宣武医院，成功完成首例临床植入试验。最终经过三个月的居家脑机接口康复训练，患者通过脑电活动驱动气动手套，实现自主喝水等脑控功能，抓握解码准确率超过90%。此外，患者脊髓损伤的ASIA临床评分和感觉诱发电位响应均有显著改善。1月29日，联合团队召开临床试验阶段总结会，宣布首例患者脑机接口康复取得突破性进展。除此之外，第二例脊髓损伤患者也已经在去年12月天坛医院成功完成植入。目前信号接收正常，患者正居家康复训练中。这项临床试验分别于去年4月、5月通过宣武医院、天坛医院的伦理审查，并完成了国际和国内植入医疗器械临床试验注册。来自清华脑机接口研究团队本次突破进展是由清华医学院洪波教授团队领衔。2021年，他曾带领团队在无线微创脑机接口临床前研究中，实现每个电极等效信息传输率达到20比特/分钟，均超过当时国际同类脑机接口最高水平。目前他的科研重点是人脑网络组织和信息编码的核心规律，特别是语言等高级认知功能的网络动态机制，并基于这些发现开发直接解读和调控神经活动的脑机接口新技术。一方面，为癫痫、渐冻症等疾病提供诊疗新方案，另一方面为语言人工智能提供新结构和新算法的启发。目前他还兼任清华大学人工智能研究院副院长、清华IDG麦戈文脑研究院研究员。据介绍，此次临床应用NEO系统软硬件是同博睿康科技合作开发，临床合作单位包括宣武医院、天坛医院。参考链接：[1] ... PC版： 手机版：