埃隆·马斯克的Neuralink公司是一家开发脑机接口的公司

过去，人脑-机器接口(BMI)的概念仅限于科幻小说，最近出现在电影和电视节目中，比如《超能者》(Anon)和《变碳》(Altered Carbon)。这两款产品以及其他类似产品预示着一个人类与机器无缝互动的时代，提供更强的数据能力等。

让这种bmi变为现实的技术可能并不像你想象的那么遥不可及。Neuralink该公司正在开发下一代脑机接口，具有可伸缩的神经通道密度和实时数据处理。

Neuralink原型的进化。感谢使用截图Neuralink

这种技术的一些使用案例包括:通过无线Neuralink植入假肢，使手指完全连接，或者用电极代替视神经，使人能够看到东西。

在如此复杂的生物医学设备的电路层面上发生了什么?

Neuralink的N1芯片系统

中2019年Neuralink发布会， N1是一个密封SoC，具有1024通道的4毫米× 5毫米封装，每个通道处理200mbps的数据仅使用6.6微瓦的功率。

它能够压缩神经数据高达200倍，使其适合蓝牙传输。芯片嵌在颅骨内，与被称为“线”的超薄细丝相连，每根线包含32个金电极。这些线被嵌入到大脑的肌肉中，电极距离目标神经元不到60微米，由一个定制的外科医生辅助机器人完成。

Neuralink芯片的基本结构，尽管设计的复杂性因芯片而异。感谢使用截图Neuralink

N1在皮下连接一个感应回路，通过手术将其植入耳后的皮肤。名为“Link”的可穿戴设备提供电源和蓝牙连接到SoC。它接收信号条件下的神经元脉冲，称为“动作电位”，以及直接刺激神经元。

从电子学的角度来看，这种植入技术有三个关键的挑战:1)神经元尖刺的模拟处理(动作电位)，2)自动尖刺检测，以及3)每个通道的刺激(动作电位的雷竞技最新app产生)。

神经元从模拟到数字的旅程

神经元峰值的第一个问题是振幅，通常小于10微伏。放大仅为10微伏的信号需要43 dB到60 dB的系统增益，以便将信号置于板载ADC的10位分辨率(~ 1 mV)内。

由于电极几何形状的减小意味着系统中电阻率和噪声的增大，因此阻抗关系到ADC分辨率的降低。在该公司2019年8月发表的研究期刊上，Neuralink研究了两种表面处理(聚苯乙烯磺酸盐和氧化铱)，具有很好的阻抗特性(如下所示)。

一根带有金细丝和电极的聚酰亚胺单线(左)和相关的阻抗曲线(右)。图片由Neuralink

峰值检测是Neuralink必须克服的第二个主要障碍，因为某些峰值对于特定的BMI任务至关重要。N1具有芯片上的刺突检测技术，可以在ADC转换之前直接表征神经元的形状，为设计者提供更多关于不同神经元形状的信息。

Neuralink的N1芯片有三个关键特征:模拟像素、芯片上的脉冲检测和每个通道上的刺激。感谢使用截图Neuralink

N1 SoC的最后一个挑战是提供电极刺激，而不仅仅是接收。N1可以同时刺激1024个电极中的任何一个，每组64个电极。刺激更多神经元的能力使得更复杂的任务得以完成。

FDA批准、临床试验和收费限制

截至撰写本文时，Neuralink仍在经历FDA批准的漫长过程。这个过程包括神经学、毒理学和免疫学等广泛的分类。该公司希望不迟于2021年开始临床试验。

Neuralink的研究人员称，“Link”提供感应耦合电源，并连接到线程和SoC，由于其充电周期，对整个系统是一个限制。Neuralink的开发者希望，在未来，一个人可以重新获得完整的运动控制功能，而不受设备充电周期的限制。

直接脑刺激

马斯克表示，身体质量指数是神经学和技术的交汇点，治疗的潜力是无限的。2020年5月接受乔·罗根(Joe Rogen)采访时，马斯克谈到Neuralink植入物的未来功能“原则上，它(一个Neuralink设备)可以修复大脑的任何问题。”

早期原型具有3072个通道和USB-C连接器，用于在Long-Evans大鼠上进行实验室测试的实时数据记录。图片由Neuralink

这包括修复视神经，改善或完全恢复运动控制，或合成语音的能力。马斯克明确表示，在采用这项技术之前，还有大量的研究工作要完成。

精选图像使用的courtesy ofNeuralink