克雷西 發自 凹非寺量子位 | 公眾號 QbitAI
“向大腦中植入活體神經元。”
和馬斯克鬧掰了的Neuralink聯創Max Hodak，宣佈了新型腦機介面技術路線！
不同於傳統的電極方案，這種新方法不僅能獲得更豐富的神經活動資訊，關鍵還不會損傷大腦。
具體來說，這是一種“生物混合探針技術”，在體外培養神經元，然後嵌入電子裝置中並植入大腦，形成新的生物連線。
官宣的同時，研究團隊還公佈了在小鼠身上的實驗結果，初步證明了這條路線的可行性。
Reddit上有網友評論說，這種新型的腦機介面不會被大腦視為入侵物體，而是被當做大腦的一部分。
按照他的說法，這條路線如果能夠成功，將成為邁向直接神經介面，甚至FDVR（全潛式虛擬實境）的重要一步。
用燈泡給大腦傳送訊息
之所以研究團隊想要替代電極方案，在於電極會對腦組織造成損傷。
研究團隊展示了一張大腦的橫截面影象（藍色表示細胞核），並表示人腦中看似空曠的空間實際上充滿了軸突、樹突和支援細胞，形成了密集的突觸網路。
而在神經元尺度上，即使是很小的電極也同樣具有破壞性，雖然電極少的時候影響較小，但達到一定數量時，就需要在通道數和大腦損傷之間進行權衡。
而研究團隊提出的生物混合架構，利用神經元非破壞性連線的自然能力，可以在不損害大腦的情況下進行整合。
如圖所示，綠色突出顯示的細胞是實際的神經元軸突和樹突，它們從生物混合移植物中延伸出來，在整個大腦中形成能夠傳輸資訊的連線。
具體來說，這種方式將人工培育的神經元植入大腦，電子元器件再與人工神經元連線，相當於電子元件被外接。
在嵌入式神經元的兩側，有數十萬個microLED和電極分別負責刺激和記錄神經元的活動，人們可以透過一種穩定的方式來讀取和寫入神經元資訊。
這種腦機介面中使用了一種光遺傳學技術，其中的神經元已經被認為修改，可以被光啟用。
也就是說，人們可以透過microLED燈泡刺激介面中的神經元，進而將資訊傳遞給大腦。
另一方面，來自大腦的訊號可以透過植入神經元傳遞給電極，從而進行讀取和記錄。
除了避免對大腦的破壞，這種方式還可以提高資訊傳遞的信噪比。
另外由於神經元之間會形成連線，移植一百萬個神經元（體積遠小於一立方毫米），就可能會產生超過十億個突觸，效率要高於從“通道數量”考慮的電極模式。
如果這條路線能成功，確實可能會給腦機介面帶來極大的改變，但到底能不能成功，目前仍處在探索階段。
小鼠大腦成功響應光訊號
研發團隊引用的文獻表明，使用生物材料製作的“神經移植物”，能夠成功存活並實現與被植入者正常細胞。
例如在2015年，斯坦福大學的Blake Byers在研發帕金森氏綜合徵動物模型時，從患者身上採集了皮膚樣本，將其重新程式設計為神經元並移植到老鼠體內。
結果Blake發現，當移植細胞被啟用時，在老鼠大腦中遠處的位置出現了明顯的活躍。
2019年，劍橋大學Amy E. Rochford（現就職於Science雜誌）等人撰寫了一篇關於生物混合神經介面的綜述，當中還提到了四種具體的型別。
前人的這些研究都表明，利用生物混合技術製作腦機介面，在理論上具備可行性。
實踐層面，研發團隊也剛剛釋出了在小鼠上取得的試驗成果。
研究團隊利用光刻技術製備了含有微孔陣列支架的生物混合植入物，每個植入物含約11.8萬個微孔，透過離心將從胎期小鼠皮層中分離出的神經元裝載到支架內，裝載後約77%的微孔含有神經元。
裝載神經元后，作者用腺病毒轉導神經元表達鈣指示劑jRGECO1a或光敏感陽離子通道CheRiff，次日將植入物移植到小鼠大腦左側初級體感皮層上方，替代部分顱骨和硬腦膜，再蓋上玻璃蓋玻片。
移植3周後，作者使用雙光子顯微鏡對小鼠腦部進行成像，觀察移植神經元的存活和整合情況。
結果發現約52%的微孔中含有表達熒光蛋白的神經元，這些神經元向皮層內投射覆雜突起，表現出自發的鈣活動，組織學證實移植神經元與宿主腦緊密耦合。
為評估移植神經元的功能整合情況，作者設計了一項光遺傳刺激任務。
他們對小鼠進行飲水限制，訓練其透過啟動不同的觸碰埠來報告是否接收到移植神經元的光刺激（470nm LED，10個10ms脈衝，20Hz)，以獲得飲水獎賞。
當動物連續2天達到區分度指數(d’)>1.25的標準後，即認為其學會任務。
結果在光遺傳刺激任務中，9只接受移植的小鼠中有5只在3周內達到標準，與陽性對照組小鼠的學習曲線和所需訓練天數無顯著差異。
而在所有陰性對照組和移植對照組中，沒有任何小鼠學會任務，說明小鼠能利用移植神經元傳遞的資訊。
進一步分析發現,移植組小鼠的最佳行為表現與陽性對照組相當，平均位元率可達0.25b/s，而所有對照組的位元率幾乎為零。
光刺激功率實驗表明，即使將功率從5mW降至1mW，移植組小鼠仍能執行任務。
這一實驗已經初步證明，透過研究團隊設計的“腦機介面”結構，小鼠大腦成功地接收到了人類用光照傳遞出的訊號並據此做出了行動，也就加強了這種方式的可能性。
當然，雖然思路可行，但距離在人類中實現應用，還有很長的距離。
比如研究團隊自己就指出，這種路線可能會引發排異問題——雖然大腦不把這種植入的活體神經當做異類，但免疫系統可不一定這麼認為。
一種可能的方案是利用被植入者自身的細胞來培養用於植入的神經元，這種方式的確不會引發排異，但無論是經濟還是時間成本都十分高昂，也意味著無法實現大規模生產。
這就需要人們考慮另一條路線——製造低免疫原性幹細胞，也就是能夠相容所有人類，而不引起排異的細胞品種，目前已有多家公司在進行此類研究，但這同樣是一項難度極高的操作。
除了免疫系統，脆弱的神經元還需要面對血糖休克、缺氧等“惡劣環境”，每種環境對其生存都是一項考驗。
不過總的來說，研究團隊認為，這種腦機介面目前仍處於成熟度較低的階段，但還是擁有廣闊的前景。
馬斯克老部下創業公司專案
研發生物腦機介面的Science公司，是馬斯克老部下——Neuralink前總裁Max Hodak創立的。
2021年，Hodak突然宣佈從Neuralink公司離職，據《財富》雜誌的說法，Hodak和馬斯克的關係長期處於緊張狀態，可能是他選擇出走創業的一大原因。
具體到這項工作，是由兩位聯合創始人Alan Mardinly和Yifan Kong領導。
創立Science之前，Mardinly是馬斯克Neuralink的生物學部門負責人，而Kong在另一家名為Paradromics的腦機介面公司任CTO。
Mardinly團隊負責細胞的生產，而Kong的團隊負責積體電路設計和裝置製造。
今年四月，Science還從一家名為Pixium的法國公司處收購了資產，包括正在進行的臨床試驗。
這項臨床試驗就是當前Science正在主推的視網膜假體PRIMA，能夠幫助部分盲人恢復視力，初步實驗結果於上個月公佈。
目前，Science正在進行相關文書的準備，以期獲得歐盟CE認證。
Science公司表示，公司當前的工作重點仍然在PRIMA上，而正在研發的腦機介面，將是一個長期專案。
參考連結：https://science.xyz/news/biohybrid-neural-interfaces/https://science.xyz/technologies/biohybrid/https://www.reddit.com/r/singularity/comments/1gya3uz/breakthrough_scientists_create_a_living_brain/
