和讯名家|隐藏着人类叙事范式的重大转折，马斯克的脑机接口( 二 ) 2020年8月29日

4.一种将装置植入生物组织（例如脑组织）的系统和方法（申请号：US20200086111A1）。
以马斯克的时间表为参照——2045年开发出全脑接口，这4项发明专利，向我们揭示出了未来25年一个主流投资路径：基于半导体、人工智能及生物医学科技的混合智能。
就当下而言，脑机接口雏形阶段的混合智能维度里，相对最“简单”的技术是芯片，相对最难的技术依次为柔性电极丝(threads)、机器人手术技术及植入生物组织方法。
【1】芯片
Neuralink脑机接口所使用的芯片是特别定制的专用集成电路芯片（ASIC），与柔性电极丝列阵连接。
该芯片包括与放大器阵列通信的配置电路和控制器。其中，配置电路被配置为接收程序指令和指示放大器的电压阈值，并指示控制器仅传递来自放大器的特定行和列的信号；而控制器则与放大器阵列通信，将神经电压信号打包成数据包。
由于每个芯片仅被配置为与有限数量的电极通信，但脑机接口需要许多个电极来覆盖大脑，因此脑机接口需要大量芯片来处理来自所有电极的所有信号。
目前的Neuralink脑机接口芯片组包含12个芯片。每个芯片均集成了256个独立可编程放大器，能够处理256个通道的数据。 12个这样的芯片，总共有3072个通道，可读取3072个电极的信息。

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图2：Neuralink植入脑机接口的芯片
2019年，来自中国天津大学的明东教授团队，亦曾发布了世界首款脑—机编解码集成芯片——“脑语者” 。明东是中国脑机接口领域最活跃的研究者，其团队目前相关发明专利申请的公开数量是中国最多的。
【2】柔性电极丝(threads)
柔性电极丝(threads)是Neuralink脑机接口设备最具壁垒的核心技术，是连接大脑生物组织的桥梁，是接收和反馈脑电波的通路。
在大脑的生物组织中植入电极，面临的主要难题在于电极会引发生物组织炎症甚至对其造成损害，从而使生物组织的精确研究、诊断及医学治疗复杂化；此外，免疫反应以及植入部位周围组织的生长，也会降低植入电极的长期生存能力和稳定性。
Neuralink所发明的柔性电极丝(threads) ，所制造出的电极可以非常小、薄且柔软，最大程度地减少了插入伤口，使目标组织在植入的电极周围生长，改善了电极触点与目标部位之间的距离，并允许更多数量的电极被植入。目前的植入成功率达到87% 。

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图3：Neuralink脑内植入电极丝后的照片
Neuralink柔性电极丝宽度在4-6微米之间，触头的典型尺寸为10微米，并且各个列阵电极触头的面积小于350平方微米，每个阵列的96根丝中多达3072个电极。这样的特征尺寸，可以提高目标组织中细胞在电极阵列周围生长和彼此通信的能力，并提供机械缓冲。
柔性电极丝的制造依赖于光刻机、刻蚀机、蒸镀机、光刻胶等设备及材料。为了保障生物相容性，柔性电极丝使用的电介质包括聚酰亚胺、环氧、聚对二甲苯、聚对二甲苯和丙烯酸等化学材质。
从目前已知的实验判断， Neuralink是为数不多掌握脑用柔性电极丝(threads)制备技术的团队。
【3】机器人手术系统及植入方法
如上所述，柔性电极丝又软又薄且需求又多，故而难以通过常规外科手术植入，其87%的成功植入率主要得益于Neuralink自主研发的机器人手术系统。
该机器人每分钟最多可以植入6根丝（最多192个电极）。每根丝都能以微米级的精度单独植入脑中，并得以避开表面血管，瞄准特定的脑区。
该机器人手术系统的视觉定位原理为：使用特定颜色的光（近紫外波长在390纳米至425纳米之间的红光或绿光）照亮机器人末端执行器的金属部分，以更好地对比边缘和特征，并基于目标组织的轮廓图像和电极的三角位置，引导机器人组件实施手术植入电极。