Neuralink腦機介面　技術創新

文／詹珮蓉

科幻電影《駭客任務》的主角們，透過植入腦中的晶片與電腦相連，可以進入虛擬世界，還可以用意念操控機器，這是人們對於未來腦機介面（brain-computer interface, BCI）的想像，僅透過腦波就能與外界產生互動。

今（2024）年1月，由伊隆．馬斯克（Elon Musk）創立的Neuralink使用手術機器人的新科技，成功將無線腦機介面N1植入癱瘓者的大腦，用腦波就能控制滑鼠或鍵盤。Neuralink的新技術是否會加速腦機介面發展，使腦機介面融入日常，為人類提供更便利的生活？

所謂腦機介面，是指人或動物的大腦與機器之間溝通的介面。透過量測腦波訊號、提取訊號特徵、轉換成機器指令，能夠將大腦腦波轉換成想要的動作。

腦機介面連結人腦與電腦

目前腦機介面技術已運用在幫助癱瘓者透過打字或語音進行溝通，甚至用義肢行動，重新和世界產生互動和聯繫。此項技術也能用於治療憂鬱症、控制癲癇、減少帕金森氏症震顫等，幫助他們提高生活品質。

由於腦機介面是依照腦波訊號傳送指令給機器，陽明交通大學資訊工程學系助理教授魏群樹表示，「因為大腦有頭蓋骨阻隔，要設法量測微弱的腦波，並且處理雜訊，才能讓機器獲得有效的訊息。」

依據腦機介面擷取訊息的方式，大致可分成侵入式及非侵入式。非侵入式運用腦波帽等穿戴式裝置，從頭部連結電擊蒐集腦波資訊，不需經由手術鑽開頭顱，設備成本較侵入式腦機介面低，但是蒐集的腦波訊息強度遜於侵入式腦機介面。

安裝侵入式腦機介面，通常需要開腦手術，並植入裝置。由於裝置直接接觸細胞，可直接收集腦波訊息，但也因此容易引起免疫反應和產生疤痕，進而導致訊號品質衰退或消失，仍有一定風險。

目前，腦機介面的應用仍以臨床應用、研究階段為主，還未普及並商業化。近年受益於AI（人工智能）的演算法，突破過往的發展。

例如去年8月，《Nature》期刊刊登了舊金山加州大學（UCSF）和柏克萊加州大學（UC Berkeley）研究團隊取得的突破性成果，他們幫助一位中風而無法說話的女性，透過腦機介面，首度將大腦訊號轉換成合成語音和臉部表情動畫，成功讓她以數位化身自然地與人交流，且每分鐘可講78個字，比過去類似的技術都更快速。

馬斯克旗下的大腦晶片科技公司Neuralink成立於2016年，在2023年獲得美國食品藥物管理局（FDA）核可，通過具有革新技術的手術機器人進行腦機介面植入，近年招募癱瘓者，旨在幫助肌萎縮性脊髓側索硬化症（ALS）或帕金森氏症等神經系統疾病患者恢復正常生活，遠程目標則是實現人類與人工智能的共生。

手術機器人植入腦機介面

今年，Neuralink手術機器人成功為癱瘓者植入晶片至腦皮層；2月時，馬斯克聲稱該名參與者恢復良好，已經可以用意念控制滑鼠。

此次手術運用的手術機器人，可以透過前端比頭髮還細的針狀結構，精密地將電極置入大腦，避開微血管等部位，以進行腦波訊號的量測，這是傳統外科手術無法做到的。「因為手術時會直接碰觸細胞，植入造成的壓力可能會導致神經細胞破裂或死亡，但手術機器人可以避免這種狀況發生。」

左圖：Neuralink創辦人馬斯克及手術機器人。（圖片來源：維基百科） 
右圖：Neuralink的無線腦機介面N1。（圖片來源：Neuralink官網）

Neuralink相較其他公司，其創新技術在於植入的腦機介面設備「N1」僅有硬幣大小，電擊的數量卻高達1,024個，可以針對單個神經元，從大腦的數千個位置進行記錄，並對小型電池進行無線充電。因為是無線完全植入，患者不需連結笨重的裝置，只要集中注意力便可完成操作。

Neuralink並不是唯一的腦機介面公司，成立於2012年的神經科技公司Synchron，將腦機介面「Stentrode」設計成類似血管支架，藉由血管介入技術，在大腦運動皮質附近的血管放置電擊，進而量測運動皮質的訊號，不需要開腦手術，安全性較高，也能減少後遺症或排斥反應。

為了讓腦機介面夠小能植入血管，Stentrode的電擊數量僅16個，但傳送的訊號比起非侵入式的腦機介面穩定，使用的效果也不錯。

2023年，Synchron的臨床試驗招募4名癱瘓病患，接受腦機介面植入後，僅有輕微的瘀傷和血腫。經過訓練及調整後，病患取得97％的操控準確度，而多數患者每天會使用腦機介面傳訊息、購物或處理銀行事務，對於日常生活有很大的幫助。

「Synchron是Neuralink的強勁對手。」魏群樹表示，「從Neuralink目前公布的影片來看，使用者可以滑手機、發送email等，和其他公司區別不大。既然Neuralink擁有前沿的技術，期待未來能取得更令人驚豔的成果。」

不過，Neuralink仍需面對不少爭議，2021年美國動物保護組織向美國農業部申訴，表示Neuralink和加州大學戴維斯分校的動物實驗虐待猴子。此後，Neuralink官網及對外活動開始宣傳實驗動物的福祉，並定期更新受試動物的健康評估。

此外，也有專家質疑腦機介面的安全性，擔心患者的身分和密碼可能遭竊。而植入大腦的腦機介面不易更換，也可能對人體產生不利影響。Neuralink發展新技術的同時，也須考量會對患者的權益、倫理道德及社會利益造成何種影響，並加以因應。

Synchron透過血管介入技術植入腦機介面。（圖片來源：Synchron X）

分析腦波資訊　助個人化治療

至於台灣在腦機介面的發展過程中所扮演的角色，魏群樹指出，「主要是大學院校的基礎研究，在特定領域已取得不錯的研究成果，但礙於經費有限，台灣還未能像國外擁有全面性的發展。」

台灣腦機介面的運用也是以醫療領域為主，比如2018年核准的「經顱磁刺激技術」（TMS）是針對已經使用藥物，但仍效果不佳的憂鬱症患者的自費療程。這項療程是透過磁場刺激處理情緒的腦區背外側前額葉皮質（DLPS），經過療程後，約有一半的患者會緩解憂鬱的症狀。

魏群樹正在進行臨床研究的是TMS治療中運用的腦機介面，裝置會偵測患者當下的大腦波型，調整磁場脈衝的時間點，產生同步作用。魏群樹表示，「因為大腦有個體差異，但目前TMS使用同一套標準進行治療，可能有些因素還未能考慮到，未來希望再進行調整，提高治療成效，幫助更多患者。」

隨著科技的發展及健康意識抬頭，腦機介面除了幫助癱瘓、憂鬱症等患者進行溝通，恢復日常生活，未來也能作為健康保健的輔助。透過蒐集、分析腦波資訊，更加了解人體的生理機能。「現在有很多研究運用腦機介面，在進行大腦疾病檢測或治療時，可以了解病患的大腦特性，以達到更個人化的治療。」

腦機介面也能應用在日常生活，魏群樹舉例，近期的一項非侵入式新創腦機介面裝置，可以量測使用者大腦α波的波型，並使用骨傳導喇叭給予對應α波的刺激。有論文指出，這項裝置可以幫助使用者縮短入睡時間，而相關產品也預計在不久後問世。

從科幻電影中的神奇裝置，到幫助患者和外界溝通的腦機介面，隨著技術的純熟，馬斯克「人機共生」的願景可能實現。「如果Neuralink增加手術安全性、增強效能、降低成本，相信會有更多人接受侵入式的腦機介面。」

未來進入人機融合時代，腦機介面會對世界產生顛覆性影響，不需要打字、傳訊息，只要進入虛擬世界，就能使用意念溝通。