美國加州分子制造研究所研究“人腦/云接口系統(tǒng)”項目

近日，美國加州分子制造研究所的一項新研究項目“人腦/云接口系統(tǒng)”，可以將納米機器植入人體。據(jù)悉，該技術(shù)可以使個體有能力在云端即刻獲取人類積累的一切知識，從而大幅提高人類的學(xué)習(xí)能力和智力。我們仿佛離《黑客帝國》更近了！

萬萬沒想到，我們離《黑客帝國》又近了一步。

在這部明見萬里“預(yù)言書”般的電影中，主角托馬斯.安德森(化名“尼奧”的黑客)，為了搞清楚Matrix到底是什么，義無反顧吞下紅色藥丸，踏上探尋真相之路。

尼奧最終認(rèn)清了Matrix就是AI人工智能創(chuàng)造的一種神經(jīng)交互模擬系統(tǒng)，這一系統(tǒng)生成了一個“虛擬現(xiàn)實世界”，囚禁著所有人的意識。而“真實世界”已是殘垣斷壁、滿目瘡痍，殘存的人類躲藏于地下城市錫安(Zion)，竭盡所能的抵抗著AI人工智能的圍剿。

整部影片中，這種神經(jīng)交互模擬系統(tǒng)無疑是一大亮點。而近期的一項研究表明，我們離實現(xiàn)這個種系統(tǒng)更近了！

近日，美國加州分子制造研究所的一項新研究項目“人腦/云接口系統(tǒng)(B / CI)”，可以將納米機器人植入人體，實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的實時連接。

納米機器人(Nanobots)是一種比人類頭發(fā)絲的寬度還小的微型機器人，這種機器人有望在未來以各種方式造福人類和地球。但要實現(xiàn)B/CI，需要一種特殊的機器人：神經(jīng)納米機器人。

正如該領(lǐng)域資深研究人Robert Freitas, Jr.所說：

這些機器人將在人體血管系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)航，穿過血腦屏障，并精確地在腦細胞之間、甚至腦細胞內(nèi)部進行自動定位。然后，它們將編碼的信息無線傳輸?shù)揭粋€基于云的超級計算機網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中進行實時的大腦狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)提取。

而且，這種腦機接口問世的時間可能大大早于很多人的預(yù)期，或許幾十年內(nèi)就可以實現(xiàn)！

研究人員表示，雖然目前還沒有進行大規(guī)模人類試驗階段，但這項新生技術(shù)已經(jīng)存在，并在較小規(guī)模上取得了成功。

人腦/云接口，秒速獲取人類所有知識

這項研究發(fā)表在了《前沿(Frontiers)》系列期刊中的神經(jīng)科學(xué)板塊中。

論文地址：

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2019.00112/full#h8

研究人員在論文中說，一個穩(wěn)定、安全、實時的系統(tǒng)可以將云與人腦連接起來。實現(xiàn)這樣一個系統(tǒng)的一種有希望的策略，稱為“人腦/云接口”(B/CT)，將基于一種稱為“神經(jīng)納米機器人”(neuralnanorobotics)的技術(shù)。

研究人員預(yù)計，未來的神經(jīng)納米機器人技術(shù)將有望促進對影響人類大腦的~400種疾病進行精確診斷和最終治療。

神經(jīng)納米機器人還將通過直接地檢測大腦的～86×109個神經(jīng)元和～2×1014個突觸，使B/CI能夠控制神經(jīng)活動與外部數(shù)據(jù)存儲和處理之間的連接。

大腦新皮層中神經(jīng)元和突觸的計數(shù)

此外，通過在人體血管系統(tǒng)內(nèi)進行導(dǎo)航，三種神經(jīng)納米機器人(endoneurobots,gliabots, 和synaptobots)還可以穿過血腦屏障(blood–brain barrier, BBB)，進入腦實質(zhì)，甚至進入單個腦細胞，分別在神經(jīng)元的軸突初始段(endoneurobots)、神經(jīng)膠質(zhì)細胞內(nèi)(gliabots)和親密接近突觸時 (synaptobots)進行自動定位。

然后，它們將通過輔助納米機械光纖，以高達每秒～6×1016比特的速度無線傳輸突觸處理的信息和編碼人腦電信息。輔助納米光纖的傳輸能力達1018bits/每秒，并能為基于云的超級計算機提供快速的數(shù)據(jù)傳輸，以實現(xiàn)實時大腦狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)提取。

神經(jīng)元 (藍色) 和膠質(zhì) (白色) 細胞

基于神經(jīng)納米技術(shù)的人類B/CI可以允許人們直接、即時地訪問幾乎所有人類知識。

其他預(yù)期的應(yīng)用包括改善教育、智力、娛樂、旅游和其他無數(shù)的互動體驗。例如，專門的應(yīng)用程序可以提供完全沉浸式體驗/感官體驗的能力，包括這里所說的“透明陰影”(TS)。通過TS，個人可以體驗到其他自愿參與者(本地或遠程)生活的片段。研究人員表示，希望這類應(yīng)用能夠鼓勵和激發(fā)人類家庭所有成員之間更好的理解和寬容。

3種神經(jīng)納米機器人，實現(xiàn)人腦/云接口

神經(jīng)納米機器人有望提供一種非破壞性、實時、安全、長期，并且實際上是自主的體內(nèi)系統(tǒng)，可實現(xiàn)首個有效的人類 B/CI。

如前文所述，監(jiān)測細胞內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能連接的是三類神經(jīng)納米機器人，分別是endoneurobots、synaptobots 和 gliabots。以及一個非侵入式、自安裝的高速納米光纖網(wǎng)絡(luò)。

Endoneurobots

神經(jīng)納米機器人可能會通過皮膚注射，然后它們將在血管系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)航，并錨定在血腦屏障的內(nèi)皮細胞上。

Endoneurobots 是一種自主停留在神經(jīng)元中的神經(jīng)納米機器人，它與 AIS 中所有～86 × 109 的人腦神經(jīng)元相連接，直接監(jiān)控并與基于動作電位的電處理信息相交互。

如圖 3 所示，10μm3 的 endoneurobots 將進入腦實質(zhì)，并開始在神經(jīng)纖維網(wǎng)導(dǎo)航。

圖 3：endoneurobot (左)，具有鉆石型的結(jié)構(gòu) (右)。

在這里，突觸處理的基于動作電位的信息被視為基本信息，Synaptobots 將檢測到所有這些信息及其波形，并向數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)報告。

所有這些數(shù)據(jù)都將以亞毫秒級的分辨率連續(xù)處理，從而實現(xiàn)人腦和云之間的實時數(shù)據(jù)流。

Gliabots

Gliabots 是一種停留在神經(jīng)膠質(zhì)內(nèi)的自主神經(jīng)納米機器人，可以監(jiān)測人腦神經(jīng)膠質(zhì)細胞，并可能進一步作為系統(tǒng)的支持元素。

如圖 4 所示，10μm3 的 gliabots 將進入各自的神經(jīng)膠質(zhì)細胞。

圖 4：gliabots 的示意圖

Synaptobots

Synaptobots 是停留在神經(jīng)元中的自主神經(jīng)納米機器人，它可能使用多個靈活的納米傳感器與人腦中的所有～2×1014 個突觸連接，以直接監(jiān)控突觸處理和存儲的信息，并與之交互。

圖 5 描述了 Synaptobots 的結(jié)構(gòu)。

輔助納米纖維光學(xué)系統(tǒng)（圖 6）與 endoneurobot 和 gliabot 的數(shù)據(jù)傳輸支持相結(jié)合，有助于最小化數(shù)據(jù)存儲需求。

人類對腦機連接的探索永不止步

將人腦與計算機相連，是科學(xué)家們長期的瘋狂而又浪漫的夢想。在這篇論文中，研究人員還列舉了當(dāng)前對腦機連接的研究中一些有前途的方法。

納米粒子、納米管和納米點

有望與大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)接口的一種有前途的技術(shù)是磁電納米粒子(magnetoelectric nanoparticles)，該技術(shù)可用于增強外部磁場與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的局部電場之間的耦合。

不過，將納米粒子輸送到人類大腦中是一個巨大的挑戰(zhàn)。此外，在納米粒子在人體內(nèi)應(yīng)用之前，必須有效地處理感染、炎癥反應(yīng)、潛在免疫原性、細胞毒性和致瘤性等風(fēng)險。

基于碳納米管的對大腦深處靶標(biāo)進行電刺激已經(jīng)被提出作為帕金森病和其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的一種新型治療方式。

可注射的“神經(jīng)織網(wǎng)”(Neural Lace)

最近提出的一種被稱為“神經(jīng)織網(wǎng)”(neural lace)的技術(shù)，可以在微觀尺度將大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和計算機系統(tǒng)進行整合。

這個概念基于超柔性網(wǎng)狀納米電子學(xué)，已經(jīng)取得一定的進展。馬斯克的Neuralink公司也正在研究這種技術(shù)。

神經(jīng)塵埃(Neural Dust)

該技術(shù)采用數(shù)千個獨立的10-100μm de傳感器節(jié)點，稱為。這些節(jié)點，稱為“神經(jīng)塵?！?Neural Dust)，可以檢測并報告局部細胞外電生理數(shù)據(jù)，同時使用顱下詢問器與每個節(jié)點建立電源和通信鏈路。

腦機接口(BMI)

腦機接口技術(shù)目前使用由神經(jīng)微芯片傳感器陣列組成的侵入性神經(jīng)接口進行研究。神經(jīng)芯片傳感器陣列包含多個電極，可以檢測多細胞信號。這些腦機接口已經(jīng)對大腦的一些區(qū)域(例如，視覺皮層，運動皮層，海馬體等)可用。

腦-腦接口(Brain-To-Brain Interface)

BTBI涉及誘導(dǎo)兩個不同的大腦直接相互通信。BTBI系統(tǒng)最初使用非侵入性記錄和腦刺激進行實驗，如圖 所示。

Brainet系統(tǒng)

BTBI技術(shù)的一個特別有趣的應(yīng)用，稱為“Brainets”，涉及從多個大腦記錄的神經(jīng)元信號的接口和處理，以實現(xiàn)互連大腦之間的信息交換和執(zhí)行合作任務(wù)。

雖然還不是特別復(fù)雜，但最近對老鼠和猴子的實驗一定程度上證明了Brainet系統(tǒng)的效果，包括驗證在大鼠的感覺運動皮層中永久植入微電極之后，位于不同大陸的兩只大鼠的大腦之間潛在的直接通信。