9月中旬，埃隆·马斯克的脑机接口公司Neuralink宣布，旗下“盲视技术”大脑植入芯片Blindsight获美国食品药品监督管理局（FDA）“突破性医疗器械”认证。马斯克声称，这一设备将彻底改变视力恢复领域，能让失去双眼和视神经的人重见光明。按照他的设想，“盲视”将使人类“不再需要眼睛”，外接设备会直接将光信号转化为电信号并传入大脑。这是继人工视网膜后，科学家在探索治疗“最严重失明”道路上的最新技术。
马斯克发博称，Blindsight将让盲人看见世界
中科院深圳先进院正高级工程师李骁健告诉“医学界”，“对于双眼结构、视神经等严重损毁的患者而言，任何药物治疗都无法重新构建神经环路，而通过‘电子体’代替人自身器官、神经细胞，看似科幻，却也是目前看来唯一可能行得通的方式。”在此之前，全球在人工视网膜领域的研究几乎已宣告失败。此番砸下重金的马斯克，能否通过脑机接口，让盲人复明？
自2018年起，马斯克曾至少4次公开表示，要全面开启革命性的脑机接口人体试验，把能捕捉脑信号的芯片植入大脑组织，以治疗瘫痪和失明等难治性疾病。为此，Neuralink开发了“盲视技术”，它的原理是通过一个外接设备，将外界的光信号转为电信号，绕过人类视觉系统前端，直接无线导入大脑。而大脑中提前植入的电极在收到信号后，会刺激视觉皮层神经细胞并产生图像，理论上，这将真正实现人类“不需要眼睛，也能看见世界”。尽管马斯克还未公布具体的技术实施细节，但Neuralink并不是第一个尝试这么做的团队。此前，包括西班牙米格尔·埃尔南德斯大学、美国伊利诺伊理工学院等，均已在人体内植入了类似的设备，并且实现了患者部分的视功能恢复。56岁的巴萨德就是全球少数冒着脑部手术风险，植入视觉假体的盲人之一。他在17岁时因视网膜脱落而失明。据《连线》（Wired）杂志报道，2021年，巴萨德了解到伊利诺伊理工学院正在开展相关研究后，主动报名参加。此后，医生为他实施了开颅手术，取下大脑后部的一块头骨，并将25个芯片植入到他的视觉皮层。这些芯片实际是微型刺激器，大约有橡皮擦那么大，每个芯片包含16个微小电极，可以单独控制。巴萨德总共被植入了400个电极。手术完成后，巴萨德还需要戴上一款特殊定制的“眼镜”，上面的摄像头会捕捉外界影像，并在一系列信号处理后直接和大脑内的芯片网络“沟通”。由于尚处在探索阶段，为了确保安全，医生植入的电极只覆盖了他脑中很小一部分的视觉皮层，这让巴萨德只能在视野左下方看到影像。伊利诺伊理工学院实验团队发布的原理图
同时，图像的分辨率也不是很高，如果说正常人能看到上亿像素的高清世界，巴萨德看到的更像是早期雷达图像上的“光点”，只有几十、几百像素。李骁健分析，“这和植入电极的数量和范围有关，现在的植入配置策略，离刺激大脑产生高清图像还相距甚远。”埃尔南德斯大学也在开展相关研究。医生为志愿者植入了一个包含 100个电极的设备，根据2021年发表在《临床调查杂志》的研究结果，该系统让一位60岁的女性患者能看到线条、形状和简单的字母。之后，研究人员还在另外三名盲人中重复了这一发现。一位盲人在植入脑机接口后，成功指出了“黑白边界”
实际应用方面，马斯克并不是走得最快的。此前，美国仿生眼技术公司Second Sight曾宣布，其研发的人工视网膜让盲人恢复了视力，但这一技术路线终究没能走通，Second Sight在2020年宣布破产，并在2021年被科技公司Cortigent收购。收购完成后，Cortigent也将“复明”的希望押宝在脑机接口技术，已有6位盲人完成了初期试验，公司声称，在2027年就能实现旗下产品的商业化，“届时部分盲人将能重见光明。”目前，马斯克并未回应他的“盲视技术”预计何时正式启动临床试验，美国FDA也未透露更多信息。值得一提的是，今年3月马斯克曾表示，Blindsight已在猴子身上取得成功，虽然目前的分辨率还很低，但最终可能会超越正常人类的视力。
“人工视网膜之所以失败，很大一部分原因在于眼球内的空间实在太小，只能放下几十个电极通道，传输视觉信号的质量有限，很难构建出清晰图像。”李骁健告诉“医学界”，脑机接口不同的是，其在颅内操作空间大，植入手术操作也比在视网膜中容易。虽然治疗逻辑跑通了，可实际操作中的挑战仍是巨大的。此前，Neuralink就曾公开表示，一位瘫痪者在植入脑机接口后的几周内，脑内发生了电极脱落，影响信息传输速率，丢失了部分数据。“即便如此，当时业内对运动脑机接口仍持乐观态度。因为哪怕脱落了80%以上的电极，对于仅有几个自由度的脑控运动任务而言，剩余的信号仍是足够的。”李骁健说。在治疗运动行为相关的疾病或症状方面，脑机芯片能将脑信号无线传输到外部应用程序，后者将数据解码为对应的意图或动作。今年年初，马斯克就向世人展示了一位四肢瘫痪的患者，安装上脑机接口后，用意念操纵赛车游戏并击败了正常的人类玩家。
四肢瘫痪者通过脑机接口，“意念控制”赛车游戏
但和“意念打游戏”“意念拿水杯”等脑控运动不同的是，视觉系统的修复需要海量的信号，李骁健表示，这就需要更大的刺激电流、更多的电极，以及更广、更精准的植入范围。即便不发生任何电极脱落，目前的技术仍无法实现完美的视觉。“增加电流并不难，但持续较强电流意味着电极寿命会缩短，同时导致的电极发热，可能造成神经元的热损伤。”李骁健说，“高密度的精细视觉刺激也是非常难的技术，它要求电极不能只放在几十个靶点，需要大面积覆盖。”在视觉皮层大面积植入电极丝是一种创伤，过多刺激还可能诱导癫痫发作、疼痛和脑组织损伤。更重要的是，这些电极应该植入多少，覆盖哪些区域，最佳靶点位置和数量的组合仍不明确。埃尔南德斯大学的研究人员就在试验后表示，“每个人的视觉皮层都存在不同，所以必须反复试验电极位置，以及要施加多少刺激。”但李骁健形容，这属于“一锤子买卖”，“电极植入后，无论是效果不好，还是电极寿命到了，都没有‘后悔药’。一旦拔出这些电极，会破坏患者的视觉皮层，相当于整个靶点区就废掉了。”另一个未解的问题是，失明时间长短是否会影响这些设备的效果。一般认为，越早干预效果越好，因为在失明多年后，大脑皮层的视觉系统会开始退化。而对于那些先天性失明的患者，马斯克早在2022年就声称，“即使他们从未拥有过视力，我们仍相信可以帮助他们恢复视觉”。对此，学界并不好看。埃尔南德斯大学的研究人员表示，用脑机接口恢复视力的前提，是患者拥有正常的大脑视觉皮层，能处理电极施加的电信号，但先天失明的人从未使用过大脑这一区域来处理视觉信息。李骁健同样告诉“医学界”，此前曾有动物实验表明，如果在动物出生后直接蒙住双眼，“与世隔绝”一段时间后，它们的视觉皮层发育会严重不良，是否还有功能，有多少功能并不好说。
擅长讲故事的企业家有很多，马斯克无疑是其中的佼佼者。类比“特斯拉”定点充电桩，他曾描绘了Neuralink的未来布局场景：人们可以前往周边设施，通过机器人快速在大脑中插入设备，可操作的功能从治疗瘫痪、失明、自闭症、精神分裂症到“意念”操纵电子设备、读取记忆等。事实上，Neuralink在脑机接口领域起步并不算早，直到2016年才正式成立。但依托于马斯克，Neuralink搭建了完整的技术和产业供应链，并拥有神经外科、电子工程、机械、软件等学科全球最顶尖的人才团队。庞大的资金链也让Neuralink能最大程度地接受试错成本。2019年，马斯克向全球展示了旗下完全植入式的link N1大脑芯片，它只有硬币大小，1024个电极通道分布在64根头发丝1/4粗细的柔性电线上，无线感应充电。相比传统的硬质脑机接口“犹他电极”，link N1采用了柔性电极，能有效降低植入大脑后的损伤，1024个通道也能实现高质量的神经信息采集。根据Neuralink的规划，公司最终将生产出具有16000个电极通道的设备。link N1电极
此前，马斯克确实将诸多难以实现的“野心”，转化为全球范围内一次次重大的科技变革。而他在脑机接口领域的巨大投入，能否推动Neuralink在视觉重建领域取得重大突破？李骁健对“医学界”分析，2019年的link N1属于用于展示的“原型机”，但实际在试验中使用的相关设备参数，Neuralink还未公布细节。“几乎可以肯定的是，他们应该做出了不少调整。”据李骁健介绍，link N1电极丝的一大特点是“细”，低损伤，但近年来Neuralink真正投入临床试验的产品，实际上也“加粗”了电极。在给人使用的过程中，必须保证电极具有一定的机械强度。此外，“link N1最初是为采集信号而设计的，对于视觉重建来说，电极丝数量就不算多了。同时视觉重建需要输入信号，其中的电刺激会使得电极更容易发生氧化还原反应，影响寿命，这都需要再进行相应的调整和改造。”李骁健说。“更多通道的电极，理论上能形成的视觉信息更多，但会面临大功耗带来的发热；柔性电线能降低排异风险，但更软更细电线的寿命还有待观察。”李骁健表示，“Neuralink自己开发的手术机器人也是如此，像缝纫机一样往大脑里自动种植电极，从没有过类似设备用于人体，监管部门的审批也会更谨慎。”Neuralink像缝纫机一样的手术机器人
更重要的是，即便对于马斯克而言，硬件设备上的技术突破或许并不算难。但关键问题在于，要真正转化为医疗应用端的革命性成果，还需要在视觉神经系统、临床基础研究等方面取得更多医学突破，这并非一家公司所能完成的事情。或许也是因为这一系列尚未解决的难题，马斯克虽然强调了“有望治愈盲人”，但也提到这将是渐进式的。他表示，为了正确设定期望，公司会明确告诉参与试验的患者，现阶段可能实现的视觉效果，类似低分辨率的“雅达利图形”，即“马赛克”般的视觉运动。雅达利是最早的电脑游戏厂商，曾开发二维马赛克方块的“打乒乓球”游戏
李骁健认为，毫无疑问的是，目前脑机接口在视觉重建上的应用远谈不上成熟，实际在人脑中产生的视觉信号，可能只有高清摄像机采集到的万分之一都不到。但因为视神经损毁等疾病无法靠“生物方式”治愈，科研人员在电子植入物治疗失明上的投入，为该领域提供了新的可能。“我最期待的倒是这个技术的临床试验。运动脑控是相对成熟的方案，而视觉重建则充满挑战。”李骁健说。参考文献：
1.The Next Frontier for Brain Implants Is Artificial Vision
https://www.wired.com/story/the-next-frontier-for-brain-implants-is-artificial-vision-neuralink-elon-musk/
2.Visual percepts evoked with an intracortical 96-channel microelectrode array inserted in human occipital cortex
https://www.jci.org/articles/view/151331
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