品智译制丨脑机接口的大脑环游记（二）

改良植入物

这并不意味着我们要停止尝试。当下，对植入物的改良主要分为两个类别，一种是对现有小型带线电极技术的重构，另一种则是全新的非电子方向。

先讲把电极变小、变好的方向。Ken Shepard是哥伦比亚大学电子和生物医学工程领域的教授，他的实验室是美国国防部高级研究计划局基金的接收者之一，他们的目标是研发出一个设备，该设备可以通过对对应神经的准确刺激，在大脑中形成图像，从而帮助那些视觉皮质仍完整的失明患者重见光明，而其理想的实现技术则是尖端的互补金属氧化物半导体（CMOS）电子学。

Shepard先生深知，无论哪一种刺穿电极都会对细胞造成损伤，所以他要打造出一个可以放置在皮质顶部和大脑脑膜底部的“表层记录设备之母”。他已经打造出了一款CMOS芯片的初代原型，其包含有65000个电极，尺寸为1×1厘米；其二代体型稍大，可覆盖1米的传感器。但就同其他也在发力植入物领域的人一样，Shepard先生所做的不仅仅是往芯片上堆叠传感器，他还需要添加同等数量的放大装置，一个可以将动作电位的模拟信号转化为机器学习所需二进制信息的转换装置，和一个可以向头皮上的中继器收发信号的无线连接装置，该装置可通过无线的方式向外部处理器收发数据，以用于解码。

怎样为设备进行供电，这是其所面临的另一个重大问题。电池并不是理想的供电源，它们不仅体积太大，而且还有漏液的风险。所以，Shepard先生像他的很多同事一样选择了电感耦合的方法，在该方法中，通过线圈的电流所产生的磁场可将电流引导入第二个线圈（这也是电动牙刷充电的方法）。该部分由芯片和中继器上的线圈完成。

在美国的西海岸，一家叫做Paradromics的新创企业也使用了电感耦合的方法来为他们的植入物充电，但这家公司的老板Matt Angle并不认为这种强化版的表皮记录装置能带来高效率的高解析率数据。相反的，他正在研究的是一种可以被推进到大脑组织里的小型玻璃束和金属微细线，有点像Utah阵列，但是传感器更多。为了防止出现线路缠绕导致神经元连接数量缩减的问题，该公司不得不用一种聚合物来将它们分开；该聚合物会溶解，但这些线路会保持分离的状态，并被绑在一个高速的互补金属氧化物半导体线圈上。该设备将在明年推出一个版本，该版本包含有65000个电极，主要用于动物研究。

但要达到美国国防部高级研究计划局扶持基金所订立的1米长线材设备的目标，并将其用于人类研究，该公司要做的还很多。他们的主管正在想办法应对这些从大脑中获取的数据，据Angle博士估算，初代设备的数据生成量为每秒24 Gb（视频网站Netflix的超高清电影最高为每小时7 GB）。在动物研究中，这些数据可以通过线路传输到一个笨重的铝制头戴处理器中，但要把这照搬到人类研究中就比较不合宜了，更何况，这种数量级的数据生成和无线传输还会在脑内产生过多的热量。

因此，对于Paradromics，以及所有试图研究高带宽信号的人来说，他们必须要解决如何在不妥协信息速度和质量的前提下，对数据率进行压缩的问题。Angle博士认为有两种方法：其一，忽略动作电位间的静默时间，不再费精力用二进制对其进行解码；其二，集中关注特定动作电位的波形，而非记录整个曲线的每一点。事实上，他将数据压缩看作是其公司的一个重大卖点，并希望其他也在从事脑机接口或类似领域的机构可以直接与其进行对接，他表示：“我们对自己的定位是神经数据方面的中流砥柱，对标的是高通或者英特尔这样的企业。”

本篇译自经济学人文章《Inside Intelligence》

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