《黑客帝國》將重現！人腦植入奈米機器人，秒速獲取所有知識
文章經授權轉自公眾號：新智元(ID：AI_era)，作者：Frontiers、sciencedaily、sciencealert
萬萬沒想到，我們離《黑客帝國》又近了一步。
在這部明見萬里“預言書”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到底是什麼，義無反顧吞下紅色藥丸，踏上探尋真相之路。
尼奧最終認清了Matrix就是AI人工智慧創造的一種神經互動模擬系統，這一系統生成了一個“虛擬現實世界”，囚禁著所有人的意識。而“真實世界”已是殘垣斷壁、滿目瘡痍，殘存的人類躲藏於地下城市錫安(Zion)，竭盡所能的抵抗著AI人工智慧的圍剿。
整部影片中，這種神經互動模擬系統無疑是一大亮點。而近期的一項研究表明，我們離實現這個種系統更近了!
近日，美國加州分子製造研究所的一項新研究專案“人腦/雲介面系統(B / CI)”，可以將奈米機器人植入人體，實現與網路的實時連線。
奈米機器人(Nanobots)是一種比人類頭髮絲的寬度還小的微型機器人，這種機器人有望在未來以各種方式造福人類和地球。但要實現B/CI，需要一種特殊的機器人：神經奈米機器人。
正如該領域資深研究人Robert Freitas, Jr.所說：
這些機器人將在人體血管系統內導航，穿過血腦屏障，並精確地在腦細胞之間、甚至腦細胞內部進行自動定位。然後，它們將編碼的資訊無線傳輸到一個基於雲的超級計算機網路，以實現在網路中進行實時的大腦狀態監測和資料提取。
而且，這種腦機介面問世的時間可能大大早於很多人的預期，或許幾十年內就可以實現!
研究人員表示，雖然目前還沒有進行大規模人類試驗階段，但這項新生技術已經存在，並在較小規模上取得了成功。
人腦/雲介面，秒速獲取人類所有知識
這項研究發表在了《前沿(Frontiers)》系列期刊中的神經科學板塊中。
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，一個穩定、安全、實時的系統可以將雲與人腦連線起來。實現這樣一個系統的一種有希望的策略，稱為“人腦/雲介面”(B/CT)，將基於一種稱為“神經奈米機器人”(neuralnanorobotics)的技術。
研究人員預計，未來的神經奈米機器人技術將有望促進對影響人類大腦的~400種疾病進行精確診斷和最終治療。
神經奈米機器人還將通過直接地檢測大腦的∼86×109個神經元和∼2×1014個突觸，使B/CI能夠控制神經活動與外部資料儲存和處理之間的連線。
大腦新皮層中神經元和突觸的計數
此外，通過在人體血管系統內進行導航，三種神經奈米機器人(endoneurobots, gliabots, 和synaptobots)還可以穿過血腦屏障(blood–brain barrier, BBB)，進入腦實質，甚至進入單個腦細胞，分別在神經元的軸突初始段(endoneurobots)、神經膠質細胞內(gliabots)和親密接近突觸時 (synaptobots)進行自動定位。
然後，它們將通過輔助奈米機械光纖，以高達每秒∼6×1016位元的速度無線傳輸突觸處理的資訊和編碼人腦電資訊。輔助奈米光纖的傳輸能力達1018bits/每秒，並能為基於雲的超級計算機提供快速的資料傳輸，以實現實時大腦狀態監測和資料提取。
神經元 (藍色) 和膠質 (白色) 細胞
基於神經奈米技術的人類B/CI可以允許人們直接、即時地訪問幾乎所有人類知識。
其他預期的應用包括改善教育、智力、娛樂、旅遊和其他無數的互動體驗。例如，專門的應用程式可以提供完全沉浸式體驗/感官體驗的能力，包括這裡所說的“透明陰影”(TS)。通過TS，個人可以體驗到其他自願參與者(本地或遠端)生活的片段。研究人員表示，希望這類應用能夠鼓勵和激發人類家庭所有成員之間更好的理解和寬容。
3種神經奈米機器人，實現人腦/雲介面
神經奈米機器人有望提供一種非破壞性、實時、安全、長期，並且實際上是自主的體內系統，可實現首個有效的人類 B/CI。
如前文所述，監測細胞內結構和功能連線的是三類神經奈米機器人，分別是 endoneurobots、synaptobots 和 gliabots。以及一個非侵入式、自安裝的高速奈米光纖網路。
Endoneurobots
神經奈米機器人可能會通過面板注射，然後它們將在血管系統內導航，並錨定在血腦屏障的內皮細胞上。
Endoneurobots 是一種自主停留在神經元中的神經奈米機器人，它與 AIS 中所有～86 × 109 的人腦神經元相連線，直接監控並與基於動作電位的電處理資訊相互動。
如圖 3 所示，10μm3 的 endoneurobots 將進入腦實質，並開始在神經纖維網導航。
圖 3：endoneurobot (左)，具有鑽石型的結構 (右)。
在這裡，突觸處理的基於動作電位的資訊被視為基本資訊，Synaptobots 將檢測到所有這些資訊及其波形，並向資料處理系統報告。
所有這些資料都將以亞毫秒級的解析度連續處理，從而實現人腦和雲之間的實時資料流。
Gliabots
Gliabots 是一種停留在神經膠質內的自主神經奈米機器人，可以監測人腦神經膠質細胞，並可能進一步作為系統的支援元素。
如圖 4 所示，10μm3 的 gliabots 將進入各自的神經膠質細胞。
圖 4：gliabots 的示意圖
Synaptobots
Synaptobots 是停留在神經元中的自主神經奈米機器人，它可能使用多個靈活的奈米感測器與人腦中的所有～2×1014 個突觸連線，以直接監控突觸處理和儲存的資訊，並與之互動。
圖 5 描述了 Synaptobots 的結構。
圖 5：synaptobot (左) 和它的鑽石型結構 (右)
輔助奈米纖維光學系統(圖 6)與 endoneurobot 和 gliabot 的資料傳輸支援相結合，有助於最小化資料儲存需求。
圖 6：無線奈米級發射器
人類對腦機連線的探索永不止步
將人腦與計算機相連，是科學家們長期的瘋狂而又浪漫的夢想。在這篇論文中，研究人員還列舉了當前對腦機連線的研究中一些有前途的方法。
奈米粒子、奈米管和奈米點
有望與大腦神經網路實現介面的一種有前途的技術是磁電奈米粒子 (magnetoelectric nanoparticles)，該技術可用於增強外部磁場與神經網路發出的區域性電場之間的耦合。
不過，將奈米粒子輸送到人類大腦中是一個巨大的挑戰。此外，在奈米粒子在人體內應用之前，必須有效地處理感染、炎症反應、潛在免疫原性、細胞毒性和致瘤性等風險。
基於碳奈米管的對大腦深處靶標進行電刺激已經被提出作為帕金森病和其他中樞神經系統疾病的一種新型治療方式。
可注射的 “神經織網”(Neural Lace)
最近提出的一種被稱為 “神經織網”(neural lace) 的技術，可以在微觀尺度將大腦神經網路和計算機系統進行整合。
這個概念基於超柔性網狀奈米電子學，已經取得一定的進展。馬斯克的Neuralink公司也正在研究這種技術。
神經塵埃 (Neural Dust)
該技術採用數千個獨立的 10-100μm de 感測器節點，稱為。這些節點，稱為 “神經塵埃”(Neural Dust)，可以檢測並報告區域性細胞外電生理資料，同時使用顱下詢問器與每個節點建立電源和通訊鏈路。
腦機介面 (BMI)
腦機介面技術目前使用由神經微晶片感測器陣列組成的侵入性神經介面進行研究。神經晶片感測器陣列包含多個電極，可以檢測多細胞訊號。這些腦機介面已經對大腦的一些區域 (例如，視覺皮層，運動皮層，海馬體等) 可用。
腦 - 腦介面 (Brain-To-Brain Interface)
BTBI 涉及誘導兩個不同的大腦直接相互通訊。BTBI 系統最初使用非侵入性記錄和腦刺激進行實驗，如圖 2 所示。
圖 2：人類受試者之間資訊傳遞的腦 - 腦介面(BTBI)
Brainet 系統
BTBI 技術的一個特別有趣的應用，稱為 “Brainets”，涉及從多個大腦記錄的神經元訊號的介面和處理，以實現互連大腦之間的資訊交換和執行合作任務。
雖然還不是特別複雜，但最近對老鼠和猴子的實驗一定程度上證明了 Brainet 系統的效果，包括驗證在大鼠的感覺運動皮層中永久植入微電極之後，位於不同大陸的兩隻大鼠的大腦之間潛在的直接通訊。
特別宣告：本文為合作媒體授權DoNews專欄轉載，文章版權歸原作者及原出處所有。文章系作者個人觀點，不代表DoNews專欄的立場，轉載請聯絡原作者及原出處獲取授權。