2023！腦機(jī)接口年

2023 年對于腦機(jī)接口來說是至關(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。從治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病到增強(qiáng)人類能力，它們在各種意義深遠(yuǎn)的應(yīng)用中都有潛在的用途。

這些能力在整個 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話的速度（每分鐘約 150 個字）將神經(jīng)信號轉(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，在遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和語言模型的幫助下，以平均每分鐘 62 個單詞的速度解碼，在125,000 個單詞的詞匯量下，單詞錯誤率為 23.8%。在另一種方法中，使用了皮層電圖電極陣列來收集信號，同樣在遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和語言模型的幫助下，可以以平均每分鐘78 個單詞的速率進(jìn)行解碼，對1024 個單詞的詞匯量進(jìn)行解碼時，單詞錯誤率為 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的活動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)植入的無線通信技術(shù)。這種方法被稱為雙相準(zhǔn)靜態(tài)大腦通信，植入物將信息傳輸?shù)揭粋€可穿戴式耳機(jī)形狀的集線器，這個集線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來完成的，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論文章中指出，未來的腦機(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)的單個神經(jīng)元。

在我們二月號的一篇評論文章中，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)告了專注于制造神經(jīng)刺激光學(xué)探針的設(shè)備開發(fā)。來自哥倫比亞大學(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)鍵時刻。2023年 7 月份，聯(lián)合國教育、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。該組織還呼吁對這一技術(shù)進(jìn)行全球監(jiān)管，并建議為其制定一個普遍的倫理框架，類似于過去對人類基因組（1997 年）、人類基因數(shù)據(jù)（2003年）和人工智能（2021 年）所做的工作。對于腦機(jī)接口的未來而言，這些發(fā)展可能與技術(shù)進(jìn)步本身同樣重要。