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

萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到，我們離《黑客帝國(guó)》又近了一步。

在這部明見(jiàn)萬(wàn)里“預(yù)言書(shū)”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(wú)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(gè)“虛擬現(xiàn)實(shí)世界”，囚禁著所有人的意識(shí)。而“真實(shí)世界”已是殘?jiān)珨啾凇M(mǎn)目瘡痍，殘存的人類(lèi)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(wú)疑是一大亮點(diǎn)。而近期的一項(xiàng)研究表明，我們離實(shí)現(xiàn)這個(gè)種系統(tǒng)更近了！

近日，美國(guó)加州分子制造研究所的一項(xiàng)新研究項(xiàng)目“人腦/云接口系統(tǒng)(B / CI)”，可以將納米機(jī)器人植入人體，實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)連接。

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

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

這些機(jī)器人將在人體血管系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)航，穿過(guò)血腦屏障，并精確地在腦細(xì)胞之間、甚至腦細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行自動(dòng)定位。然后，它們將編碼的信息無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)揭粋€(gè)基于云的超級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行實(shí)時(shí)的大腦狀態(tài)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)提取。

而且，這種腦機(jī)接口問(wèn)世的時(shí)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(shí)現(xiàn)！

研究人員表示，雖然目前還沒(méi)有進(jìn)行大規(guī)模人類(lèi)試驗(yàn)階段，但這項(xiàng)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(lèi)所有知識(shí)

這項(xiàng)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(shuō)，一個(gè)穩(wěn)定、安全、實(shí)時(shí)的系統(tǒng)可以將云與人腦連接起來(lái)。實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)系統(tǒng)的一種有希望的策略，稱(chēng)為“人腦/云接口”(B/CT)，將基于一種稱(chēng)為“神經(jīng)納米機(jī)器人”(neuralnanorobotics)的技術(shù)。

研究人員預(yù)計(jì)，未來(lái)的神經(jīng)納米機(jī)器人技術(shù)將有望促進(jìn)對(duì)影響人類(lèi)大腦的~400種疾病進(jìn)行精確診斷和最終治療。

神經(jīng)納米機(jī)器人還將通過(guò)直接地檢測(cè)大腦的～86×109個(gè)神經(jīng)元和～2×1014個(gè)突觸，使B/CI能夠控制神經(jīng)活動(dòng)與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理之間的連接。

大腦新皮層中神經(jīng)元和突觸的計(jì)數(shù)

此外，通過(guò)在人體血管系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行導(dǎo)航，三種神經(jīng)納米機(jī)器人(endoneurobots,gliabots, 和synaptobots)還可以穿過(guò)血腦屏障(blood–brain barrier, BBB)，進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)，甚至進(jìn)入單個(gè)腦細(xì)胞，分別在神經(jīng)元的軸突初始段(endoneurobots)、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)(gliabots)和親密接近突觸時(shí) (synaptobots)進(jìn)行自動(dòng)定位。

然后，它們將通過(guò)輔助納米機(jī)械光纖，以高達(dá)每秒～6×1016比特的速度無(wú)線(xiàn)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(dá)1018bits/每秒，并能為基于云的超級(jí)計(jì)算機(jī)提供快速的數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)大腦狀態(tài)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)提取。

神經(jīng)元 (藍(lán)色) 和膠質(zhì) (白色) 細(xì)胞

基于神經(jīng)納米技術(shù)的人類(lèi)B/CI可以允許人們直接、即時(shí)地訪(fǎng)問(wèn)幾乎所有人類(lèi)知識(shí)。

其他預(yù)期的應(yīng)用包括改善教育、智力、娛樂(lè)、旅游和其他無(wú)數(shù)的互動(dòng)體驗(yàn)。例如，專(zhuān)門(mén)的應(yīng)用程序可以提供完全沉浸式體驗(yàn)/感官體驗(yàn)的能力，包括這里所說(shuō)的“透明陰影”(TS)。通過(guò)TS，個(gè)人可以體驗(yàn)到其他自愿參與者(本地或遠(yuǎn)程)生活的片段。研究人員表示，希望這類(lèi)應(yīng)用能夠鼓勵(lì)和激發(fā)人類(lèi)家庭所有成員之間更好的理解和寬容。

3種神經(jīng)納米機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)人腦/云接口

神經(jīng)納米機(jī)器人有望提供一種非破壞性、實(shí)時(shí)、安全、長(zhǎng)期，并且實(shí)際上是自主的體內(nèi)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)首個(gè)有效的人類(lèi) B/CI。

如前文所述，監(jiān)測(cè)細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能連接的是三類(lèi)神經(jīng)納米機(jī)器人，分別是endoneurobots、synaptobots 和 gliabots。以及一個(gè)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(jī)器人可能會(huì)通過(guò)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(xì)胞上。

Endoneurobots 是一種自主停留在神經(jīng)元中的神經(jīng)納米機(jī)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(dòng)作電位的電處理信息相交互。

如圖 3 所示，10μm3 的 endoneurobots 將進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)，并開(kāi)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(dòng)作電位的信息被視為基本信息，Synaptobots 將檢測(cè)到所有這些信息及其波形，并向數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)報(bào)告。

所有這些數(shù)據(jù)都將以亞毫秒級(jí)的分辨率連續(xù)處理，從而實(shí)現(xiàn)人腦和云之間的實(shí)時(shí)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(jī)器人，可以監(jiān)測(cè)人腦神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，并可能進(jìn)一步作為系統(tǒng)的支持元素。

如圖 4 所示，10μm3 的 gliabots 將進(jìn)入各自的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)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(jī)器人，它可能使用多個(gè)靈活的納米傳感器與人腦中的所有～2×1014 個(gè)突觸連接，以直接監(jiān)控突觸處理和存儲(chǔ)的信息，并與之交互。

圖 5 描述了 Synaptobots 的結(jié)構(gòu)。

圖 5：synaptobot (左) 和它的鉆石型結(jié)構(gòu) (右)

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(chǔ)需求。

圖 6：無(wú)線(xiàn)納米級(jí)發(fā)射器

人類(lèi)對(duì)腦機(jī)連接的探索永不止步

將人腦與計(jì)算機(jī)相連，是科學(xué)家們長(zhǎng)期的瘋狂而又浪漫的夢(mèng)想。在這篇論文中，研究人員還列舉了當(dāng)前對(duì)腦機(jī)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(diǎn)

有望與大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(qiáng)外部磁場(chǎng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的局部電場(chǎng)之間的耦合。

不過(guò)，將納米粒子輸送到人類(lèi)大腦中是一個(gè)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(xì)胞毒性和致瘤性等風(fēng)險(xiǎn)。

基于碳納米管的對(duì)大腦深處靶標(biāo)進(jìn)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(chēng)為“神經(jīng)織網(wǎng)”(neural lace)的技術(shù)，可以在微觀(guān)尺度將大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行整合。

這個(gè)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(jìn)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(gè)獨(dú)立的10-100μm de傳感器節(jié)點(diǎn)，稱(chēng)為。這些節(jié)點(diǎn)，稱(chēng)為“神經(jīng)塵埃”(Neural Dust)，可以檢測(cè)并報(bào)告局部細(xì)胞外電生理數(shù)據(jù)，同時(shí)使用顱下詢(xún)問(wèn)器與每個(gè)節(jié)點(diǎn)建立電源和通信鏈路。

腦機(jī)接口(BMI)

腦機(jī)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(jìn)行研究。神經(jīng)芯片傳感器陣列包含多個(gè)電極，可以檢測(cè)多細(xì)胞信號(hào)。這些腦機(jī)接口已經(jīng)對(duì)大腦的一些區(qū)域(例如，視覺(jué)皮層，運(yùn)動(dòng)皮層，海馬體等)可用。

腦-腦接口(Brain-To-Brain Interface)

BTBI涉及誘導(dǎo)兩個(gè)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。

圖2：人類(lèi)受試者之間信息傳遞的腦-腦接口（BTBI）

Brainet系統(tǒng)

BTBI技術(shù)的一個(gè)特別有趣的應(yīng)用，稱(chēng)為“Brainets”，涉及從多個(gè)大腦記錄的神經(jīng)元信號(hào)的接口和處理，以實(shí)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(duì)老鼠和猴子的實(shí)驗(yàn)一定程度上證明了Brainet系統(tǒng)的效果，包括驗(yàn)證在大鼠的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)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。