大脑的电子设备，脑机接口的状况

在本文中，既涵盖了与连接器和电缆装配行业相关的主题，也包含了每个可想到的应用中针对电子设备中的当前挑战的最新技术和最佳解决方案。我们将了解未来（也许是遥远的未来）连接器和线缆一个特定应用：脑机接口。

工具一直是我们人类与生俱来能力的延伸，计算机也没有什么不同。网络计算机，就像那些通过互联网连接起来的计算机一样，把人类能力的延伸带到了另一个层次，在那里，数十亿人的头脑能够在彼此之间分享思想和信息。虽然网络非常有用，但它仍然依靠一种古老的技术来解读信息流：语言。我们认为这是理所当然的，但却非常麻烦。互联网基础设施中真正的瓶颈不是任何电子部分，而是人类的大脑、神经和眼球等，这些负责解读和理解互联网信息的器官。

如果有一种技术可以直接将头脑连接在一起，绕过语言，那会是什么情景？毫不奇怪，伊隆·马斯克(ElonMusk)是最早真正认真对待这一想法的人之一。2016年，他启动了Neuralink项目，该项目旨在大脑和计算机之间建立这样的直接联系，如果你愿意的话，可以创建一个脑机接口。自公司成立以来，人们对该公司的活动了解不多，但围绕将数字电子产品直接连接到大脑的技术挑战进行了一些有趣的讨论，在这种方式下，信息也许可以更有效地交流。

大脑的电子设备

在他的博客“Wait But Why”中，蒂姆·厄本（Tim Urban）详细讨论了这些技术挑战，包括对大脑本身的“电子学”的调查。大脑和神经系统是由神经元及其轴突和树突组成的一系列生物电缆组成的，这些神经和树突接收和传递整个大脑和身体的电信号。正如Urban所指出的，科学理解这些系统是如何在宏观层面上很好地工作的。大脑本身的内部运作是另一回事，但令人惊讶的是，在神经层面上找出大脑的电信号并不是构建Neuralink特有的脑机接口最困难的部分。相反，最大的挑战将是设计硬件本身。为什么会是这样的挑战，我们需要确切地了解Neuralink的特殊类型的脑机接口，以及当今脑力接口的技术在什么地方。

脑机接口的状况

事实上，大脑与机器直接交流已经有很长一段时间了。生物假体的应用已经成为迄今为止最普及的脑机接口技术，这项技术使用户能够直接控制假肢的动作，而不需要肌肉控制。这类设备还可以取代失去的听力和视力等。上世纪70年代，威廉·多贝尔(WilliamDobelle)博士将一种实验性生物兼容电极植入了病人的视觉皮层，当受到刺激时，这种电极可以让病人看到“压眼闪光”或灯的闪光。

自20世纪50年代末以来，耳蜗植入物用于治疗感音神经性听力损失。这些装置将声音转换为电信号，电信号直接刺激耳蜗并恢复听力。这种脑机接口技术在近70年历史上稳步发展和提高。如今，来自包括Omnetics在内的供应商的纳米微型连接器达到了小尺寸、高可靠性和耐用性的水平，既提高了现有设备的性能，也提高了其他脑机接口技术的发展。Omnetics研究和制造了一些超小型和纳米级微型连接器，但正如我们所看到的，即使如此超小型设计也可能难以满足像Neuralink这样的项目的需要。

Omnetics纳米连接器（右），已经用于像耳蜗植入物（左）。

然而，并非所有的脑机接口都用于治疗。2002年，英国读大学的教授凯文·沃里克(KevinWarwick)设计了一个叫做Braingate的脑机接口，允许体外的电子部分与他的中驱神经相连。Warwick能够在互联网上控制机器人手臂。Warwick的项目在脑机技术上有一定的进展，但离的Neualink的最终目标，还差得太远。

全新的脑机接口

现在可以直接与人脑对接的电极能够以不同的精度监测或刺激1到100个单位神经元。其他监测以及与神经元相互作用的方法，如功能性磁共振成像(FMRI)扫描和脑电图(EEG)等，都不够敏感或反应在颗粒细胞层、单神经元水平上测量整个大脑的活动。然而，Neuralink的目标是与整个大脑建立神经元级的接口。

ElonMusk的Neuralink项目可以推动纳米连接器技术的创新。连接器越小，它在医用脑机接口应用中的功能就越强大.我们也期待全新的脑机接口早日诞生。

纳米连接器

纳米连接器是开发脑机接口的关键部件，它的体积不断缩小，功能不断增强，可帮助开发能够直接与人脑中大约1000亿个神经元直接连接的脑机接口。

考虑到人脑中含有1000亿神经元的球行结构，并且这个结构处在不断变化中。建立有效的脑机界面与每一个神经元的工程挑战立即变得清晰。与100个神经元精确对接，即使是刺激视觉皮层以产生光的感觉的情况下，也和1000亿神经元直接对接有巨大的差别，即使利用这相连的成千上万中的数十个神经元，也能使脑机接口应用产生更大的价值。

Neuralink团队希望电极技术将符合摩尔定律，就像晶体管技术一样。包括Blackrock微系统公司在内的一些公司正在这一领域进行创新，而且Blackrock公司的Utah Array电极阵列设计灵活，可以连接到不同的连接器上，用于不同的应用。

Blackrock Microsystems Cereport连接器

例如，Blackrock的Cereport连接器和相关的电缆组件适用于人类的“慢性病”治疗。

2019年7月，Neuralink在旧金山加州科学院(California Academy Of Sciences)做了一次演讲，该公司在会上概述了其技术的一些初步阶段。Neuralink已经开发出一种能够将4到6μm宽的电极“螺纹旋转”插入大脑而不破坏脑血管的机器人。虽然这是这家高度保密的公司发布的一项重大技术声明，但马斯克承认，此次活动主要是为了招聘人员，而Neuralink 公司面临的绝大多数技术工程障碍仍有待克服。不管马斯克的介绍的目的是什么，现在已经宣布的微米级电极技术，预示着来自Neuralink的微型电子产品取得了巨大的创新进展。

看起来这个技术可能就像40年代的真空管。Musk的公司似乎给行业带来了世界变化技术的推动力。Neuralink希望能对电极和其他脑机接口产生类似的创新，但没有人知道未来将是什么样的技术。无论如何，在微米尺度上的小型化连接器和电缆组件以及特别是柔性医疗电子设备中的持续创新肯定是这幅远景中的一部分。