分類： 科技觀察

生物晶元，又稱蛋白晶元或基因晶元，它們起源於DNA雜交探針技術與半導體工業技術相結合的結晶。該技術系指將大量探針分子固定於支持物上後與帶熒游標記的DNA或其他樣品分子（例如蛋白，因子或小分子）進行雜交，通過檢測每個探針分子的雜交信號強度進而獲取樣品分子的數量和序列信息。

生物晶元簡介

生物晶元技術起源於核酸分子雜交。所謂生物晶元一般指高密度固定在互相支持介質上的生物信息分子（如基因片段、DNA片段或多肽、蛋白質、糖分子、組織等）的微陣列雜交型晶元（micro-arrays），陣列中每個分子的序列及位置都是已知的，並且是預先設定好的序列點陣。微流控晶元（microfluidic chips）和液相生物晶元是比微陣列晶元後發展的生物晶元新技術，生物晶元技術是系統生物技術的基本內容。

生物晶元（biochip或bioarray）是根據生物分子間特異相互作用的原理，將生化分析過程集成於晶元表面，從而實現對DNA、RNA、多肽、蛋白質以及其他生物成分的高通量快速檢測。狹義的生物晶元概念是指通過不同方法將生物分子（寡核苷酸、cDNA、genomic DNA、多肽、抗體、抗原等）固著於矽片、玻璃片（珠）、塑料片（珠）、凝膠、尼龍膜等固相遞質上形成的生物分子點陣。因此生物晶元技術又稱微陳列（microarray）技術，含有大量生物信息的固相基質稱為微陣列，又稱生物晶元。生物晶元在此類晶元的基礎上又發展出微流體晶元（microfluidics chip），亦稱微電子晶元（microelectronic chip），也就是縮微實驗室晶元。

什麼是生物晶元呢？簡單說，生物晶元就是在一塊玻璃片、矽片、尼龍膜等材料上放上生物樣品，然後由一種儀器收集信號，用計算機分析數據結果。人們可能很容易把生物晶元與電子晶元聯繫起來。事實上，兩者確有一個最基本的共同點：在微小尺寸上具有海量的數據信息。但它們是完全不同的兩種東西，電子晶元上布列的是一個個半導體電子單元，而生物晶元上布列的是一個個生物探針分子。

晶元的概念取之於集成的概念，如電子晶元的意思就是把大的東西變成小的東西，集成在一起。生物晶元也是集成，不過是生物材料的集成。像實驗室檢測一樣，在生物晶元上檢查血糖、蛋白、酶活性等，是基於同樣的生物反應原理。所以生物晶元就是一個載體平台。這個平台的材料則有很多種，如硅，玻璃，膜（纖維素膜）等，還有一些三維結構的多聚體，平台上則密密麻麻地擺滿了各種生物材料。晶元只是一個載體。做什麼東西、檢測什麼，還是靠生物學家來完成。也就是說，原來要在很大的實驗室中需要很多個試管的反應，現在被移至一張晶元上同時發生了。

世界發展

進入21世紀，隨著生物技術的迅速發展，電子技術和生物技術相結合誕生了半導體晶元的兄弟——生物晶元，這將給我們的生活帶來一場深刻的革命。這場革命對於全世界的可持續發展都會起到不可估量的貢獻。

生物晶元技術的發展最初得益於埃德溫·邁勒·薩瑟恩（Edwin Mellor Southern）提出的核酸雜交理論，即標記的核酸分子能夠與被固化的與之互補配對的核酸分子雜交。從這一角度而言，Southern雜交可以被看作是生物晶元的雛形。弗雷德里克·桑格（Fred Sanger）和吉爾伯特（Walter Gilbert）發明了現在廣泛使用的DNA測序方法，並由此在1980年獲得了諾貝爾獎。另一個諾貝爾獎獲得者卡里·穆利斯（Kary Mullis）在1983年首先發明了PCR，以及後來在此基礎上的一系列研究使得微量的DNA可以放大，並能用實驗方法進行檢測。

生物晶元這一名詞最早是在二十世紀八十年代初提出的，當時主要指分子電子器件。它是生命科學領域中迅速發展起來的一項高新技術，主要是指通過微加工技術和微電子技術在固格體晶元表面構建的微型生物化學分析系統，以實現對細胞、蛋白質、DNA以及其他生物組分的準確、快速、大信息量的檢測。美國海軍實驗室研究員卡特（Carter） 等試圖把有機功能分子或生物活性分子進行組裝，想構建微功能單元，實現信息的獲取、貯存、處理和傳輸等功能。用以研製仿生信息處理系統和生物計算機，從而產生了”分子電子學”，同時取得了一些重要進展：如分子開關、分子貯存器、分子導線和分子神經元等分子器件，更引起科學界關注的是建立了基於DNA或蛋白質等分子計算的實驗室模型。

進入二十世紀九十年代，人類基因組計劃(Human Genome Project，HGP)和分子生物學相關學科的發展也為基因晶元技術的出現和發展提供了有利條件。與此同時，另一類”生物晶元”引起了人們的關注，通過機器人自動列印或光引導化學合成技術在矽片、玻璃、凝膠或尼龍膜上製造的生物分子微陣列，實現對化合物、蛋白質、核酸、細胞或其它生物組分準確、快速、大信息量的篩選或檢測。

●1991年Affymatrix公司福德（Fodor）組織半導體專家和分子生物學專家共同研製出利用光蝕刻光導合成多肽；
●1992年運用半導體照相平板技術，對原位合成製備的DNA晶元作了首次報道，這是世界上第一塊基因晶元；
●1993年設計了一種寡核苷酸生物晶元；
●1994年又提出用光導合成的寡核苷酸晶元進行DNA序列快速分析；
●1996年靈活運用了照相平板印刷、計算機、半導體、激光共聚焦掃描、寡核苷酸合成及熒游標記探針雜交等多學科技術創造了世界上第一塊商業化的生物晶元；
●1995年，斯坦福大學布朗（P．Brown）實驗室發明了第一塊以玻璃為載體的基因微矩陣晶元。
●2001年，全世界生物晶元市場已達170億美元，用生物晶元進行藥理遺傳學和藥理基因組學研究所涉及的世界藥物市場每年約1800億美元；
●2000-2004年的五年內，在應用生物晶元的市場銷售達到200億美元左右。
●2005年，僅美國用於基因組研究的晶元銷售額即達50億美元，2010年有可能上升為400億美元，這還不包括用於疾病預防及診治及其它領域中的基因晶元，部分預計比基因組研究用量還要大上百倍。因此，基因晶元及相關產品產業將取代微電子晶元產業，成為21世紀最大的產業。
●2004年3月，英國著名諮詢公司弗若斯特·沙利文(Frost & Sulivan)公司出版了關於全球晶元市場的分析報告《世界DNA晶元市場的戰略分析》。報告認為，全球DNA生物晶元市場每年平均增長6.7%，2003年的市場總值是5.96億美元，2010年將達到93.7億美元。納儂市場（NanoMarkets）調研公司預測，以納米器械作為解決方案的醫療技術將在2009年達到13億美元，並在2012年增加到250億美元，而其中以晶元實驗室最具發展潛力，市場增長率最快。
●2012年12月，三位美國科學家獲得了美國專利與商標辦公室（ US PTO）授予的一項關於量子級神經動態計算晶元專利，該晶元功能強大，能夠通過高速非標準運算模擬解決問題，將為未來量子計算領域的發展起到巨大的推動作用。該電腦晶元是生物過程和物理過程的結合，通過模仿生物系統在介面界面運用突觸神經元連接並反饋學習，有潛力賦予計算機超強的運算能力和超快的速度，可廣泛運用于軍用和民用領域，而該專利則涉及生產該電腦晶元的幾種不同途徑。

中國近年發展成果

近年取得的科研成果如下：
●「十五」期間，中國生物晶元研究共申請國內專利356項，國外專利62項。
●2005年4月，由科技部組織實施的國家重大科技專項「功能基因組和生物晶元」在生物晶元產業取得階段成果，診斷檢測晶元產品、高密度基因晶元產品、食品安全檢測晶元、擁有自主知識產權的生物晶元創新技術創建等一系列成果蜂擁而出。
●2005年，由南開大學王磊博士任首席科學家的國家「863」專項—「重要病原微生物檢測生物晶元」課題組經過兩年的潛心科研攻關，取得重大成果，「重要致病菌檢測晶元」第一代樣品研製成功，並且開始制定企業和產品的質量標準，這標誌著中國第一個具有世界水平的微生物晶元研究進入產業化階段，從而使天津市建設世界級微生物檢測生物晶元研發和產業化基地，搶佔全球生物晶元研發制高點邁出歷史性的一步。
●2005年4月26日，中國生物晶元產業的骨幹企業北京博奧生物晶元有限責任公司（生物晶元北京國家工程研究中心）和美國昂飛公司(Affymetrix)建立戰略合作關係，並共同簽訂了《生物晶元相關產品的共同研發協議》和《DNA晶元服務平台協議》兩個重要的全面合作協議，對於中國生物晶元產業來說這是一個歷史的時刻，也標誌著以博奧生物為代表的中國生物晶元企業已在全球競爭日益激烈的生物晶元產業中躋身領跑者的地位。
●2006年，生物晶元北京國家工程研究中心又成功研製了一種利用生物晶元對骨髓進行分析處理的技術，這在全球尚屬首次，可以大大提高骨髓分型的速度和準確度。這種用於骨髓分型的生物晶元，只有手指大小，僅一張就可以存儲上萬個人的白細胞抗原基因。過去在中國，這種技術長期依賴進口，價格很高。每進行一份骨髓分型，就要支付500元的費用，而這種晶元的造價只是國外的1/3，精密度可以超過99%，比國外高出好幾個百分點。
●2006年7月，中國科學院力學研究所國家微重力實驗室靳剛課題組在中科院知識創新工程和國家自然科學基金的資助下，主持研究的「蛋白質晶元生物感測器系統」實現實驗室樣機，目前已實現乙肝五項指標同時檢測、腫瘤標誌物檢測、微量抗原抗體檢測、SARS抗體藥物鑒定、病毒檢測及急性心肌梗死診斷標誌物檢測等多項應用實驗。全程只需40分鐘，采血只需幾十微升血液。該項研究成果有望為中國的生物晶元技術開闢新的途徑。
●2006年，由東北大學方肇倫院士領銜國內10家高校、科研單位共同打造的晶元實驗室「微流控生物化學分析系統」通過驗收，該項研究成果將使中國醫療臨床化驗發生革命性變革，徹底改變了中國在微流控分析領域的落後面貌。
●2006年，第四軍醫大學預防醫學系郭國禎採用輻射生物學效應原理，應用Mpmbe軟體設計探針篩選參與輻射生物學效應基因，成功研製出一款由143個基因組成的電離輻射相關低密度寡核苷酸基因晶元，該晶元為檢測不同輻射敏感性腫瘤細胞的差異表達基因提供了一個新的技術平台。
●2006年03月西安交通大學第二醫院檢驗科何謙博士等成功研發出丙型肝炎病毒(HCV)不同片段抗體蛋白晶元檢測新技術。該技術的問世，為丙型肝炎患者的確診、獻血人員的篩選及治療藥物的研發等，提供了先進的檢測手段。
●此外，美國斯坦福大學華裔科學家王善祥及其研究團隊利用磁納米技術有望取代通常採用的熒光探測癌蛋白技術，更快更方便地獲得檢測結果；中國台北榮民總醫院和賽亞基因科技共同研發生物晶元，可快速找出遺傳疾病的異常基因，將可成為家族篩檢的利器。

存在問題

對於中國生物晶元工業來講。關鍵問題有3個：

(1)製作技術：晶元製作技術原理並不複雜，就製作涉及的每項技術而言，中國已具有實際能力，中國發展生物晶元的難點是如何實現各種相關技術的整合集成。

(2)基因、蛋白質等前沿研究：除去製作技術外，關鍵就是晶元上放置的基因和蛋白質等物質了。如果製作用於檢測核苷酸多態性以診斷某種遺傳病，或者用於基因測序，那麼晶元探針上一般放置的是有8個鹼基的寡核苷酸片段，基因晶元和蛋白質晶元則相應放置的是基因標誌性片段EST(表達序列標籤)、全長基因或蛋白質。因此製作生物晶元首先要解決的是DNA探針、基因以及蛋白質的儘可能全面和快速地收集問題。

(3)專利和產權：以生物晶元技術為核心的各相關產業正在全球崛起，一個不容忽視的問題就是專利和產權的問題。專家指出世界工業發達國家已開始有計劃、大投入、爭先恐後地對該領域知識產權進行跑馬圈地式的保護。北京國家工程研究中心主任程京教授說：「就生物晶元領域而言，目前全世界都在『跑馬圈地』，專利和自主產權比什麼都重要。我們不能再像計算機晶元那樣受制於人。」現在，科學家、企業家和金融界已經聯起手來，組成了結構上更為合理、運作上更具可操作性的商業運行構架，通過全球定位布局，建立產權結構清晰的公司．為生物晶元在中國的產業化奠定良好基礎。

生物晶元雖然只有10多年的歷史，但包含的種類較多，分類方式和種類也沒有完全的統一。它的作用方式分類：

(1)主動式晶元：是指把生物實驗中的樣本處理純化、反應標記及檢測等多個實驗步驟集成，通過一步反應就可主動完成。其特點是快速、操作簡單，因此有人又將它稱為功能生物晶元。主要包括微流體晶元(microftuidic chip)和縮微晶元實驗室(lab on chip，也叫「晶元實驗室」，是生物晶元技術的高境界)。

(2)被動式晶元：即各種微陣列晶元，是指把生物實驗中的多個實驗集成，但操作步驟不變。其特點是高度的並行性，目前的大部分晶元屬於此類。由於這類晶元主要是獲得大量的生物大分子信息，最終通過生物信息學進行數據挖掘分析，因此這類晶元又稱為信息生物晶元。包括基因晶元、蛋白晶元、細胞晶元和組織晶元。

生物晶元成分分類

(1)基因晶元(gene chip)：又稱DNA晶元(DNA chip)或DNA微陣列(DNA microarray)，是將cDNA或寡核苷酸按微陣列方式固定在微型載體上製成。

(2)蛋白質晶元(protein chip或protein microarray)：是將蛋白質或抗原等一些非核酸生命物質按微陣列方式固定在微型載體上獲得。晶元上的探針構成為蛋白質或晶元作用對象為蛋白質者統稱為蛋白質晶元。

(3)細胞晶元(cell chip)：是將細胞按照特定的方式固定在載體上，用來檢測細胞間相互影響或相互作用。

(4)組織晶元(tissue chip)：是將組織切片等按照特定的方式固定在載體上，用來進行免疫組織化學等組織內成分差異研究。

(5)其他：如晶元實驗室(Lab on chip)，用於生命物質的分離、檢測的微型化晶元。現在，已經有不少的研究人員試圖將整個生化檢測分析過程縮微到晶元上，形成所謂的「晶元實驗室」(Lab on chip）。晶元實驗室是生物晶元技術發展的最終目標。它將樣品的製備、生化反應到檢測分析的整個過程集約化形成微型分析系統。由加熱器、微泵、微閥、微流量控制器、微電極、電子化學和電子發光探測器等組成的晶元實驗室已經問世，並出現了將生化反應、樣品製備、檢測和分析等部分集成的晶元）。「晶元實驗室」可以完成諸如樣品製備、試劑輸送、生化反應、結果檢測、信息處理和傳遞等一系列複雜工作。這些微型集成化分析系統攜帶方便，可用於緊急場合、野外操作甚至放在航天器上。例如可以將樣品的製備和PCR擴增反應同時完成於一塊小小的晶元之上。再如Gene Logic公司設計製造的生物晶元可以從待檢樣品中分離出DNA或RNA，並對其進行熒游標記，然後當樣品流過固定於柵欄狀微通道內的寡核苷酸探針時便可捕獲與之互補的靶核酸序列。應用其自己開發的檢測設備即可實現對雜交結果的檢測與分析。這種晶元由於寡核苷酸探針具有較大的吸附表面積，所以可以靈敏地檢測到稀有基因的變化。同時，由於該晶元設計的微通道具有濃縮和富集作用，所以可以加速雜交反應，縮短測試時間，從而降低了測試成本。

使用壽命

按照美國生物晶元製備標準，使用壽命約為10-15年。

本文轉自：https://baike.baidu.com/item/生物晶元/570761

由血栓造成的血管阻塞性疾病是全球致死率最高的疾病，是威脅人類的頭號殺手。靜脈注射組織纖溶酶原激活劑（tPA）是臨床上治療缺血性卒中、肺栓塞（PE）和其他血栓相關疾病的首選治療方案。

然而，由於tPA存在出血併發症高風險、循環半衰期短和靶向性差等缺點，只有有限比例的患者（不足7%的缺血性卒中患者）能夠從溶栓中獲益。精確地將tPA遞送到血栓部位並按需釋放以減少脫靶和過量效應，是溶栓治療面臨的主要障礙。

在臨床前模型中，納米載體已被證明可以維持tPA的活性並增加其循環時間。通過靶向配體或磁場，血栓靶向給葯可以提高tPA在血栓形成部位的濃度。一系列外源性或內源性的刺激（包括磁場、超聲波、剪切應力和H2O2等）被用來觸發納米載體釋放tPA。儘管該領域已經取得了一些進展，但在動物模型中溶栓效果有限，部分原因是納米載體的結構異質性和溶栓藥物的裝載不明確，導致生物分布和葯代動力學失控。此外，由於血栓形成生物標誌物（例如凝血酶或纖維蛋白）在不同生理過程中濃度動態變化，目前的策略存在傳遞準確性差的問題。

理想的納米載體不僅要能夠靶向，還要能夠識別生物標誌物的局部濃度，從而只在確定血栓形成部位時才觸發tPA的釋放。因此，通過納米載體精確控制tPA的負載、遞送和釋放，也就是實現tPA的精準給葯，仍然極具挑戰性。

2024年3月6日，南京郵電大學汪聯輝教授、高宇副教授、晁潔教授等在Nature子刊Nature Materials上發表了題為：An intelligent DNA nanodevice for precision thrombolysis 的研究論文。

該研究開發了一種智能DNA溶栓納米機器，可在血管內複雜病生理環境下識別血栓的生物標誌物凝血酶，並通過針對凝血酶濃度的邏輯運算區分血栓和傷口凝塊，實現靶向血栓的精準給葯。

近年來，研究人員通過理性設計和製造結構明確的DNA納米結構作為藥物遞送平台，實現藥物分子和功能基團在化學計量和空間上的整合。基於DNA摺紙納米技術，可以構建具有均勻形狀和尺寸的DNA納米結構，並用於開發腫瘤靶向和刺激響應遞送的抗癌藥物和疫苗。

而目前還沒有研究將DNA納米結構用於體內溶栓治療藥物的遞送。在這項研究中，研究團隊基於DNA摺紙技術構建了90×60納米的矩形納米片，每個DNA納米片表面可精確地安排一定數量的tPA分子，並精確控制其位置，從而實現對tPA分子在空間和數量上的精準可控裝載。

通過與預先設計的連鎖DNA三鏈結構雜交，矩形DNA納米片被封閉成管狀DNA納米器件，並屏蔽tPA分子在循環過程中的暴露。通過調節凝血酶適配體交聯鏈和鎖鏈之間的互補鹼基數量，可實現可調閾值控制器對凝血酶濃度的不同響應範圍。在靜脈注射tPA-DNA溶栓納米機器後，能夠按照設定順序自動執行針對凝血酶的追蹤識別、邏輯運算和響應打開的系列任務。由於凝血酶與凝血酶適配體之間的高親和力，它促進了tPA-DNA溶栓納米機器在血栓形成部位的積累。只有當凝血酶的濃度超過閾值（即正常凝血和血栓之間的差異時）DNA溶栓納米機器才會被激活，連鎖的DNA三鏈結構解離，暴露出tPA分子進行溶栓。

基於DNA納米技術的智能DNA溶栓納米機器

接下來，研究團隊在缺血性卒中模型和肺栓塞模型中驗證了該DNA溶栓納米機器的溶栓效果。

相較於臨床溶栓藥物tPA，該研究開發的智能DNA溶栓納米機器在缺血性卒中及肺栓塞的溶栓效率分別提高了3.7倍和2.1倍， 完全溶栓所需的劑量相較於tPA降低了6倍，且 顯著降低了臨床溶栓藥物導致的凝血異常，從而將腦中風的治療窗口期從癥狀發生後的3小時延長到6小時，有望顯著提高卒中患者接受溶栓治療並獲益的人數。

智能DNA溶栓納米機器在 肺栓塞小鼠模型中的治療效果

總的來說，該研究開發了一種DNA溶栓納米機器，可精確地給葯tPA用於精準溶栓治療。其通過 選擇性地跟蹤和靶向血栓形成部位並根據凝血酶濃度按需釋放溶栓劑，從而在提高治療效果的同時最小化副作用。

研究團隊表示，DNA溶栓納米機器由人體的鹼基構成，可由人體內酶降解並經肝腎代謝，因此具有優異的生物相容性，臨床轉化前景好。研究團隊計劃在未來3至5年內完成該智能DNA溶栓納米機器在大型動物模型中的藥效及安全性評估、成藥性研究及規模化生產工藝優化，並積極申報臨床試驗并力爭獲得臨床試驗批件。

南京郵電大學汪聯輝教授、晁潔教授、高宇副教授為該論文的共同通訊作者，南京郵電大學博士生印珏王思雨王嘉輝為論文共同第一作者。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41563-024-01826-y

本文轉自：https://www.163.com/dy/article/ISTPK80A053296CT.html

據美國物理學家組織網近日報道，一個國際研究團隊聯合利用兩台天文望遠鏡來確定星系距離，對宇宙膨脹速度進行了迄今最精確的測量。新研究與此前結果相差較大，這表明暗物質等或許比我們想像得更怪異，也可能存在未知粒子。

宇宙膨脹速度通常稱為哈勃常數。了解自138億年前大爆炸以來宇宙的膨脹速度有多快，有助於科學家回答有關宇宙從何而來以及未來將往何處去等最基本問題。

諾貝爾物理學獎獲得者、美國約翰·霍普金斯大學教授亞當·里斯領導的團隊在新一期美國《天體物理學雜誌》上發表論文說，最新測得的哈勃常數值為73.5公里／（秒·百萬秒差距）。1百萬秒差距約為326萬光年，即一個星系與地球的距離每增加326萬光年，其遠離地球的速度就增加73.5公里／秒。

研究人員解釋，測量星系距離的一個常用標尺是被稱為「量天尺」的造父變星，它們是一類特殊的恆星，亮度變化周期與自身光度直接相關，比較其自身亮度和外在亮度，可確定其距離，從而確定臨近星系的距離。

他們利用美國國家航空航天局（NASA）的哈勃太空望遠鏡和歐洲空間局的蓋亞（Gaia）太空望遠鏡，對銀河系內50顆造父變星進行了觀測，在此基礎上得到的哈勃常數的不確定性僅為2.2%，是迄今哈勃常數不確定性最低的。

另一種測量哈勃常數的方法是觀察微波背景輻射，這種輻射是宇宙大爆炸的餘輝，其細節特徵反映了早期宇宙的特徵，可用於推算現今宇宙的膨脹速度。此前，歐空局的普朗克望遠鏡藉助這一方法得出的哈勃常數是67公里／（秒·百萬秒差距）。

研究人員指出，這兩種方法測得的哈勃常數值差異較大，不能用測量誤差來解釋，可能是當前物理學「標準模型」未能涵蓋的某種事物，比如暗物質或暗能量的特殊性質，或者有未知粒子在「搗鬼」。

轉自：https://www.cas.cn/kj/201807/t20180717_4658389.shtml

11 月 8 日消息，美國當地時間周二，傳記作家阿什利・萬斯（Ashlee Vance）發文透露，數千人正排隊等候植入埃隆・馬斯克（Elon Musk）旗下腦機介面公司 Neuralink 的大腦植入物。

據稱，Neuralink 在 2021 年對羊、豬和猴子進行了 155 次手術，去年進行了 294 次。但該公司尚未將其設備植入人體。今年早些時候，美國食品和藥物管理局（FDA）批准了 Neuralink 對其設備進行人體試驗，馬斯克將其描述為「頭骨上的 Fitbit」。今年 9 月，該公司開始為其首次人體試驗招募志願者。

Neuralink 計劃明年進行 11 例人體手術，2025 年 27 次，2026 年 79 次。此後，手術數量將從 2027 年的 499 例猛增到 2030 年的 22204 例。該公司預計五年內年收入將高達 1 億美元。

以下為翻譯全文：

埃隆・馬斯克（Elon Musk）正在為其職業生涯中最重要的發布活動做準備。但這次不是電動汽車或火箭科學，而是腦部手術。馬斯克旗下腦機介面公司 Neuralink 正在為其首次臨床試驗尋找志願者，這意味著其正在尋找願意讓外科醫生切除一塊頭骨的人，以便大型機器人在他們的大腦中插入許多電極和超細電線。當機器人完成手術後，頭骨碎片將被硬幣大小的計算機所取代。這台機器的工作將是讀取和分析人的大腦活動，然後將這些信息無線傳輸到附近的筆記本電腦或平板電腦上。

就此次臨床試驗而言，理想的候選人是 40 歲以下、四肢癱瘓的成年人。這樣的患者可能會將 Neuralink 的植入物植入到他們的運動前皮層的手旋鈕區域，該區域控制著手、手腕和前臂。目標是證明該設備可以安全地從病人大腦的哪個部位收集有用的數據，這是 Neuralink 將人的思維轉化為計算機可以理解的一系列指令的關鍵一步。

SpaceX 的前三枚火箭都發生了爆炸，但「我們不能把前三次人體實驗都搞砸」

幾家公司和研究團隊已經製造出可以幫助患者用思維執行基本任務的植入物，比如用游標點擊屏幕上的對象。但 Neuralink 的目標似乎更為遠大。在過去的四年里，從該公司的首次公開演示開始，它讓人覺得好像很快就會有無處不在的診所，任何人都可以進去接受約 15 分鐘的機器人手術，然後以人機混合體的方式出來。這些半機械人將能夠像《黑客帝國》中的基努・里維斯（Keanu Reeves）那樣下載信息，或者將自己的想法上傳到存儲器中，甚至上傳到其他人的大腦中。馬斯克在 2019 年的首次演示中說：「這聽起來很奇怪，但最終我們將實現與人工智慧的共生。」當時，該公司表示，人體試驗可能會在 2020 年開始。

設定不切實際的時間表是馬斯克最喜歡的管理技巧之一。值得稱讚的是，他最終實現了幾個不可能實現的夢想。但是，雖然火箭和汽車都很重要，但神經植入需要在完全不同的水平上達到完美。企業不會急於將大腦植入物推向市場，並期待最好的結果。

另外兩家公司，Synchron 和 Onward，在大腦植入及相關技術的人體試驗方面領先了 Neuralink 一年多。然而，與之前幾十年的漸進式研究（主要是學術研究）相比，Neuralink 獲得了更多的關注，儘管並非都是稱讚。一些神經科學家表示，Neuralink 是在炒作這項技術。動物權利組織指責該公司對猴子、豬和其他哺乳動物進行了殘酷的植入試驗。關鍵是馬斯克，他在網上日益狂躁和反動的形象，並沒有讓人覺得他是大規模生產精神控制設備的理想人選。

所有這些擔憂都是合理的。然而，Neuralink 的試驗也令人感到興奮。該公司似乎在這個緩慢而穩定的領域取得了長足的進步，現在它已經製造出了世界上最強大、最受期待的大腦植入物。如果這款產品能達到預期效果，那麼以後的迭代就能奇蹟般地改善數百萬癱瘓、中風、盧伽雷氏症、聽力和視力喪失患者的生活。與此同時，Neuralink 的超高知名度已經讓投資者開始尋找下一個 Neuralink。

在馬斯克的推動下，Neuralink 團隊在技術和雄心方面都取得了不菲的成就。隨著它們準備進行人體試驗時，成功的壓力是馬斯克以前都未曾遇到過的。畢竟，特斯拉用了很多年才能量產汽車，而 SpaceX 的前三枚火箭都發生了爆炸。Neuralink 的特別項目主管希馮・齊利斯（Shivon Zilis）表示，說到大腦，「我們不能把前三個都搞砸，在這個領域，這不是我們的選擇。」

大腦植入的現代歷史始於 20 世紀 90 年代的技術進步。通常情況下，思維使神經元以特定的模式放電，這些模式在大腦中在一定程度上保持著一致性。事實上，當某人想要移動他們的手臂和手指時，無論他們是否能移動它們，大致相同的神經元都會被激活。當人們想要移動滑鼠游標點擊電腦屏幕上的某個地方時，大腦也會以類似的方式放電。說話也是如此：如果你能想到說某個字母或單詞，這會讓同樣的神經元被激活。即使你不能講話，一台訓練有素的計算機也應該能夠辨別你的意圖。從理論上講，它可以替你說話。

挑戰在於找出神經元到英語詞典中對用的每一個詞條，這需要收集和研究大量關於許多人大腦信號模式的數據。為了獲得最清晰的信號，你需要將感測器放置在離神經元儘可能近的地方。有些研究人員試圖通過將他們的設備放在人的頭骨外來避免手術，但距離增加和干擾導致效果並不顯著。最精確的數據通常來自腦細胞旁邊的電極。

「長期目標是讓數十億人可以使用這項技術，釋放人類潛力，超越我們的生物能力」

在過去 20 年的大部分時間裡，所謂的猶他陣列（Utah Array）始終被視為最典型的大腦植入物代表。它是一個很小的方形矽片，可以放在孩子的指甲上。金屬絲從晶元的邊緣伸出，晶元的表面大約有 100 個剛性尖刺。為了植入猶他陣列，外科醫生必須進行開顱手術，在患者的頭骨上切一個大洞，然後輕輕地將這些尖刺釘入大腦。這些電線則被連接到金屬埠上，在縫合後，金屬埠可以明顯地從頭皮上伸出來。術後，為了使用這個設備，一個冰塊大小的電腦被連接到患者的頭上。

研究人員在猶他陣列植入方面取得了重大進展。他們用它來閱讀和翻譯癱瘓和其他疾病患者的大腦活動，利用這些信息創建的軟體可以讓病人與護理人員或其親人交流，也可以操縱機械臂拿起物體。問題在於這款硬體的設計過於笨拙，20 多年來基本沒有改變。猶他陣列還需要大量訓練有素的人員操作的設備，以及大量的醫療護理，這使得它們主要局限於研究實驗室部署。

2016 年，馬斯克與七名科學家利用他提供的 1 億美元資金共同創立了 Neuralink。事實證明，他的投資引人注目，他對這項技術的承諾，令風險資本家難以抗拒。自那以後，Neuralink 已經籌集了超過 5 億美元的資金，其中包括今年的 2.8 億美元。這種關注也吸引了投資者關注其他腦機介面項目，包括長期存在的大學項目和較新的創業公司。研究公司 PitchBook 的數據顯示，去年有 37 家這樣的公司籌集了超過 5.6 億美元的資金。

這些企業中的大多數都有相同的首要目標：製造出一種可以離開實驗室的大腦掃描設備。理想的植入物將具有足夠的計算能力來記錄和輸入大量數據，並通過強無線信號傳輸數據。這一切都必須在使用儘可能少的電池電量的情況下完成，而且不能讓設備運行過熱，否則會刺激或傷害患者。除了硬體，腦機介面公司還需要機器學習軟體技能，並進行成千上萬次的測試。

Neuralink 的植入物隱藏於頭皮下方，與頭骨齊平。它還配備了足夠的計算能力，可以處理遠遠超出思維和點擊的工作。在不久的將來，這個想法將使高速打字和無縫使用游標成為可能。Neuralink 還在研究一種輔助脊柱植入物，旨在恢復癱瘓患者的運動和感覺。Neuralink 聯合創始人兼工程副總裁 DJ Seo 表示：「公司的短期目標是建立通用的大腦介面，讓那些患有神經衰弱、醫療需求未得到滿足的人恢復自主。至於長期目標則是讓數十億人可以使用這種技術，釋放人類潛力，超越我們的生物能力。」

過去兩年動物植入實驗超過 400 次，準備人體試驗

儘管一些競爭對手已經在人體試驗方面領先於 Neuralink，但該公司的原始技術最接近於成為大腦中的通用計算機。這種植入物有 1000 多個電極用於收集大腦數據，而競爭對手的設備只有 16 個左右。Neuralink 硬體集處理、通信和充電系統於一體，包括電池和信號放大系統。與此同時，競爭對手仍然必須通過電線將他們的植入物與心臟起搏器大小的笨重電池和放大器單元連接起來，這些組件通常要通過手術植入患者的胸部。Neuralink 的電池可以持續使用幾個小時，並且可以通過定製的棒球帽在幾個小時內完成無線充電。

馬斯克最喜歡的另一項創新是將關鍵的製造業務內部化，這雖然增加了財務風險，但卻節省了時間。Neuralink 甚至自己生產半導體晶元，這在醫療設備行業是極為罕見的。該公司專門為其低功耗，低熱量的需求量身定製晶元。在奧斯汀，Neuralink 把一個酒吧變成了巨大的植入物生產線和測試中心。除了常見的銑床、車床和激光切割機外，這家工廠還配備了更多稀奇古怪的設備，比如冰箱大小的櫥櫃，裡面裝滿了合成腦液，可以加熱、冷卻和擠壓植入物，以模擬多年的磨損情況。

手術過程中的首要任務是避免在患者的大腦中產生任何出血或疤痕組織。為此，Neuralink 還製造了自己的手術機器人。這台機器人是白色的，高約 2.1 米，底座穩定，呈立方體形狀，支撐著一個電子設備塔。

一旦人類外科醫生在患者的頭骨上切開一個洞，機器人就會執行一項極其精細的任務，將電極線插入大腦。這個機器人配有攝像頭、感測器和一根微小的激光磨針，它在每根線的末端鉤成一個環。針頭一根接一根地將 64 根線（每根線有 16 個電極）推入大腦，同時小心翼翼地避開血管。考慮到每根線只有 5 微米粗，或者大約是人類頭髮直徑的 1/14，任何人都不允許嘗試這種方法。為了進一步避免損傷組織，這些線被設計得細長、柔韌而堅固，並被塗上一層特殊的聚合物，以防止它們在多年後變質。

Neuralink 的十幾台機器人在 2021 年對羊、豬和猴子進行了 155 次手術，2022 年進行了 294 次。對於人類受試者來說，手術準備和開顱預計需要幾個小時，然後是大約 25 分鐘的真正植入過程。Neuralink 聯合創始人兼工程副總裁 DJ Seo 稱：「過去兩年，我們一直專註於打造一款適合人類使用的產品，現在是時候幫助真正的人類了。」

在筆者的首次參觀期間，馬斯克敦促工程師們加快進度。他希望機器人能在更短的時間內完成手術，最好是在沒有人類外科醫生幫助的情況下完成。他還希望半導體專家忘記他們在學校學到的東西，嘗試更簡單的製造技術。他希望植入物看起來更光滑，使用壽命更持久，也許每個人都需要重新思考一切。馬斯克提前考慮了一系列設計，以免影響批量生產。他的這種態度似乎給了員工信心，讓他們相信他是對的。

馬斯克的管理風格有其優點，這幫助打造了世界上最成功的火箭公司和市值最高的電動汽車公司。當然，任何在谷歌上搜索過「Cybertruck 車窗」的人都知道，他的初期計劃可能變得一團糟，而且工程師們的努力並不總能帶來理性的產品選擇。對此，馬斯克的解釋是：「我們需要在人工智慧接管之前實現目標，時間非常緊迫！「

2030 年將進行 22204 例人體植入手術

Seo 和馬斯克是 Neuralink 公司目前僅有的兩位創始人。另外 6 人是主動離職，或者是因為對公司發展方向存在分歧。他們中的許多人後來創辦了類似的公司。Seo 負責植入物和手術機器人的開發，傑里米・巴倫霍茲（Jeremy Barenholtz）是剛從斯坦福大學畢業兩年的計算機科學家，他已成為該公司的首席執行官之一，並成功通過了美國食品和藥物管理局（FDA）嚴苛的審批程序。馬斯克繼續擔任聯席首席執行官。

2022 年 7 月，筆者參觀了該公司位於加州弗里蒙特的總部，展示了其運營機制。馬斯克召集了高管和工程師，讓他們了解人體試驗的最新進展。團隊成員聚集在辦公室主工作區的一張長方形桌子前。這是一個很大的開放式空間，人們擠在電腦、機器人原型和測試設備前面。馬斯克身穿黑色西裝，手拿紅牛，站在桌子的最前面，開始詢問競爭對手的情況。在員工彙報最新情況時，他向他們拋出了一連串技術問題。他特別關注 Synchron，該公司產品已經獲得監管部門批准，可以開始人體試驗。

Synchron 的賣點是不需要切割頭骨的技術。該公司製造了一種叫做支架的小型產品，可以通過患者的血管系統滑入大腦血管。為了獲得最佳信號，這種硬體不能直接與神經元對接，但癱瘓患者已經在用它來瀏覽網頁和發送 WhatsApp 消息。馬斯克說：「我們應該遠遠超過這個標準。他們目前正把我們甩在後面，明年我想迎頭趕上。」

他的副手們同時做起鬼臉。巴倫霍茲的任務很複雜，他要向馬斯克解釋，FDA 希望在該公司第一次手術完成後至少等一年，再嘗試更多人體植入試驗。對此，馬斯克的回答是：「不可接受。如果事情進展順利，你就會向 FDA 寫信，我保證他們會採取行動。這就像 SpaceX 獲得聯邦政府批准進行更多的火箭測試一樣！」

在幾個月後的另一次「更新」會議上，馬斯克把目光投向了 Onward，該公司生產緊貼脊柱的植入物。它的設備發送電脈衝，幫助肌肉恢復活力，使癱瘓的人再次行走。儘管他們的步態往往有些笨拙，但對於癱瘓的人和他們的親人來說，再次站立和行走就已經堪稱是奇蹟。

馬斯克當時也在準備進行重要的演示。Neuralink 計劃宣布，它已經開始研究自己的脊柱植入物，以與大腦植入物匹配。這一次，馬斯克似乎更激動了，更加努力地推進項目。

當然，所有這些都不是開玩笑的。工程師約瑟夫・奧多爾蒂（Joseph O』doherty）從容不迫地發表了一篇關於 Neuralink 早期脊柱技術進展的長篇演講，展示了一種植入物被用來刺激豬的腿讓它們在跑步機上行走的視頻。這個項目涉及大腦的不同部位、脊椎部分、刺突網格、關節角度、機器學習模型等。馬斯克沒有接受過正式的醫療培訓，但他始終在關注進展。他對如何調整植入物提出了建議，也許可以減少動物步態中的抖動情況。

他的想法有時與實際相去甚遠，但也經常切中要害。據晶元部門大腦介面主管扎克・泰德夫 (Zack Tedoff) 說，在一次視察之後，半導體工程師根據馬斯克的建議，重新調整了將線程連接到公司晶元上的工藝，使它們的製造速度提高了 50%，缺陷也減少了。研究脊椎植入物的團隊又回到了繪圖板上，試圖讓他們的豬以更逼真的方式行走，而巴倫霍茲則開始住在辦公室里，以滿足馬斯克的每一個要求。

事實證明，馬斯克對 FDA 的看法是正確的。Neuralink 已經收到了數千名潛在患者的申請，該機構最近給它開了綠燈，批准其在 2024 年進行更多的植入試驗，而無須等待長達一年的評估期。Neuralink 估計，每次植入手術將花費約 10500 美元，包括檢查、組件和人工費用，並將向保險公司收取約 4 萬美元。該公司預計五年內年收入將高達 1 億美元。Neuralink 表示，計劃在 2024 年進行 11 次手術，2025 年 27 次，2026 年 79 次。根據提供給投資者的文件，手術數量將從 2027 年的 499 例增加到 2030 年的 22204 例。

實驗動物待遇引發關注

然而，在動物身上測試醫療設備並不是一件令人愉快的事情。在某種程度上，這種做法被視為是科學祭壇上的一種動物祭祀，增加了它們的痛苦以期減少人類的痛苦。然而，Neuralink 在對待動物實驗對象方面受到了特別審查，尤其是今年。多家媒體的報道詳細描述了動物手術併發症、副作用和長期痛苦，尤其是靈長類動物身上。報道稱，有些接受植入手術的猴子會搔抓、猛拽自己的頭，直到它們流血，或者表現得沮喪或痛苦，直到它們被安樂死。

Neuralink 承認它在探查性手術中犯了錯誤，儘管該公司將其歸咎於人為錯誤，而不是設備問題。它強調，最令人不安的報告來自其早年，當時它還沒有在弗里蒙特建立自己的測試設施，而且它已經竭盡全力在那裡提供更好的生活條件。管理 Neuralink 非人類測試對象、曾在加州大學舊金山分校負責實驗室動物福利的奧特姆・索雷爾斯 (Autumn Sorrells) 說：「我總能找到一種方法來保護我面前的動物。我們被稱為『殺手』和『虐待動物者』，然後不得不來上班，依偎著一隻羊，確保它們度過美好的一天。這太難了。」她說，與其他實驗室相比，Neuralink 的動物有更大的籠子、更多的食物和娛樂選擇以及更多的社交。

筆者看到同一群恆河猴在弗里蒙特住了三年，它們都在大腦的不同部位植入了植入物。這些設備可以被移除，其中一些已經升級為更新的型號。其中 17 只猴子仍然活躍、健康，並在現場為 Neuralink 提供大腦數據。三隻猴子退休進入了避難所，其中一隻在計劃中的臨終程序中被安樂死。

在進入動物設施之前，你必須穿戴上手套、長袍、靴子、口罩和防護眼鏡，還會得到一份關於如何接近動物的簡報。在裡面，寬敞的圍欄里擺滿了玩具、人造樹和遊樂場設備。音樂經常在整個設施中播放，電視就在手邊，播放的大多是自然節目。

這些猴子的主要作用是證明設備和手術機器人都能按預期工作。當它們高興的時候，也會通過玩電腦遊戲來為公司的思維翻譯器做貢獻。

Neuralink 有個滿是猴子的房間，它們坐在電腦前被讀取思維，這看起來比聽起來更奇怪。每天有幾個小時，它們盯著被推到籠子外面的筆記本電腦屏幕。它們可以選擇使用操縱桿和觸屏的遊戲（比如追蹤字母和拼寫單詞），也可以選擇依靠大腦控制點擊的遊戲。在一個例子中，一個 35 乘 35 的小盒子網格出現在屏幕上，然後一個盒子突然亮了起來。猴子的目標是通過思維將游標移動到點亮的盒子上。隨著時間的推移，猴子完成任務的速度會越來越快，預計人類也會如此。

Neuralink 正開始將其動物試驗和大部分業務從加州轉移到得克薩斯州，在奧斯汀郊外的牧場上有個更新、更大的園區。這個地方有手術設施，有多個手術室、穀倉、病理學樓和一個科幻主題的員工酒吧。Neuralink 表示，他們計劃為靈長類動物建造一個室內外空間。如今，那裡有幾十隻羊和豬。在最近的一次訪問中，這些豬都背著裝有電池的小背包，給它們頭上的貼片供電，讓它們的植入物充滿電。這些動物的圍欄里也有按鈕，它們可以用鼻子按下按鈕，要求食物或到穀倉外面走走。

從鼻子按鈕到完成每年 22000 個人體植入手術還有很長的路要走。就像火箭出現故障一樣，一次手術失誤或植入物將化學物質泄漏到人的大腦中，都會讓這家公司倒退好幾年。除了保證基本的安全之外，這個設備還必須兌現馬斯克的承諾。人類將能夠告訴世界關於植入物的事情，而猴子不能，包括它的極限在哪裡。到目前為止，將功夫下載到你的大腦中，與邪惡的超級人工智慧戰鬥，都還是科幻小說中的場景。Seo 說，未來的植入物可能會有 128 個或更多的線程，Neuralink 定製晶元的下一個版本將把電池壽命延長到 11 個小時。他說：「我們的目標是實現全天充電。」到那時，病人就可以在夜間通過枕頭裡的充電板給植入物充電。

對於馬斯克來說，所有這一切都很難實現。然而，如果他的努力得到回報，將在極大地改善許多人的生活方面發揮巨大作用。即使 Synchron、Onward 或其他公司成為行業標準，馬斯克也應該得到一些榮譽。

轉自：https://www.ithome.com/0/730/830.htm

「物聯網」（Internet of Things，縮寫IoT）一詞誕生於15年前，最近幾年，這個「高大上」的事物逐漸走進我們的生活。物聯網能夠將特定空間環境中的所有物體連接起來，進行擬人化信息感知和協同交互，而且具備自我學習、處理、決策和控制的行為能力，從而完成智能化生產和服務。當前，物聯網正在推動人類社會從「信息化」向「智能化」轉變，促進信息科技與產業發生巨大變化。不久的將來，物聯網將有力改變我們生活與工作的環境，把我們帶進智能化世界。

物聯網技術思想是「按需求連接萬物」

在2005年信息社會世界峰會上，國際電信聯盟正式提出「物聯網」概念，提出無所不在的「物聯網」通信時代即將來臨，世界上所有物體，從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過網際網路主動進行信息交換。

物聯網的技術思想是「按需求連接萬物」。具體而言，就是通過各種網路技術及射頻識別（通過無線電進行數據交換以達到信息識別）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息感測設備，按照約定協議將包括人、機、物在內所有能夠被獨立標識的物端（包括所有實體和虛擬的物理對象及終端設備）無處不在地按需求連接起來，進行信息傳輸和協同交互，以實現對物端的智能化信息感知、識別、定位、跟蹤、監控和管理，構建所有物端之間具有類人化知識學習、分析處理、自動決策和行為控制能力的智能化服務環境。

信息社會正在從互聯網時代向物聯網時代發展。如果說互聯網是把人作為連接和服務對象，那麼物聯網就是將信息網路連接和服務的對象從人擴展到物，以實現「萬物互聯」。二者在需求滿足上也有所區別：互聯網時代，信息網路的任務是滿足公共信息傳輸需求；物聯網時代，信息網路的任務是滿足特定智能服務需求，二者相互支撐，不可或缺。

物聯網環境下未來的智能服務系統，將成為未來社會重要的基礎設施。智能服務系統作為物聯網科技創新的關鍵，將真實環境物理空間與虛擬環境信息空間進行映射協同，實現通信、計算和控制的融合。智能服務系統使物與物、人與物之間能夠以新的方式進行主動的協同交互，從而鉤織一張物理世界內生互聯的智能協同網路。

重塑生產組織方式，推動產業革命

物聯網已成為全球新一輪科技革命與產業變革的重要驅動力。歷經概念興起驅動、示範應用引領、技術顯著進步和產業逐步成熟，物聯網正加快轉化為現實科技生產力。如果說影響生產工具和產品的技術會帶來量變，那麼物聯網技術將帶來質變，因為它將重塑生產組織方式。物聯網科技產業在全球範圍內快速發展，正與製造技術、新能源、新材料等領域融合，步入產業大變革前夜，迎來大發展時代。

隨著物聯網應用的普及，不同應用需求如智能可穿戴設備、智能家電、智能網聯汽車、智能機器人、智慧醫療、農田水利、市政建築等數以萬億計的新設備將接入網路。這些應用正在爆發性增長並將形成海量數據，促進生產生活和社會管理方式進一步智能化、網路化和精細化，推動經濟社會發展更加智能高效。

與其他高新技術融合發展是物聯網技術的重要特性。當前，物聯網正促進5G、窄帶物聯網、雲計算、大數據、人工智慧、區塊鏈和邊緣計算等新一代信息技術向各領域滲透，引發全球性產業分工格局重大變革。在組網方面，全球範圍內低功率廣域網技術正快速興起並逐步商用，面向物聯網廣覆蓋、低時延場景的5G技術標準化進程加速。同時，工業乙太網、短距離通信等相關通信技術快速發展，為人、機、物的智能化按需組網互聯提供良好技術支撐。在信息處理方面，信息感知、知識表示、機器學習等技術迅速發展，極大提升物聯網的智能化數據處理能力。在物聯網虛擬平台、數字孿生與操作系統方面，基於雲計算及開源軟體的廣泛應用，有效降低企業構建生態門檻，推動全球範圍內物聯網公共服務平台和操作系統的進步。

物聯網帶來數字化和智能化變革，可以改變許多行業。其中最具代表性的概念，莫過於「工業互聯網」。2011年，「工業4.0」概念由德國首次提出後，至今已有多個國家跟進。美國通用電氣公司提出的「工業互聯網」概念是全球工業系統與高級計算、分析、感測技術及互聯網的高度融合，意思是在物聯網基礎上將人、數據和機器連接起來，讓設備、生產線、工廠、供應商、產品和客戶相互間緊密地按需協同，綜合應用大數據分析技術和遠程控制技術，優化工業設施和機器的運行維護，通過網路化智能化手段提升工業製造智能化水平，形成跨設備、跨系統、跨廠區、跨地區的互聯互通產業鏈，從而提高效率，推動整個製造服務體系智能化。工業互聯網作為中國智能製造業發展的重要支撐，已經得到我國政府高度重視，「十三五」規劃、《國務院關於積極推進「互聯網+」行動的指導意見》、《關於深化製造業與互聯網融合發展的指導意見》都明確提出發展工業互聯網。

由於前景可觀，世界各國都在加速搶佔物聯網產業發展先機。在產業層面，相關大型公司紛紛制定物聯網發展戰略，並通過合作、併購等方式快速進行重點行業和產業鏈關鍵環節布局，提升在整個產業中的地位。阿里巴巴、騰訊、百度、亞馬遜、蘋果、英特爾、高通等全球知名企業，均從不同環節和層面布局物聯網。

智能生產、智慧生活正在開啟

物聯網的發展為人類社會描繪出智能化世界的美好藍圖。那麼，從抽象概念回到具體應用上來，物聯網究竟怎樣與我們的生產、生活發生聯繫？

目前，物聯網的實際應用，已在製造業、農業、家居、交通和車聯網、醫療健康等多個領域取得顯著成果。目前全球活躍的物聯網終端設備數量已超過500億個，萬億級垂直行業市場正在興起。

生產方面，物聯網對工業、農業影響深遠。工業互聯網環境目前可以從網路連接的終端設備處獲取和分析數據，結合遠程監視和控制設備監控工業系統，可以實現各種具有感測、識別、處理、通信、驅動和聯網功能的製造設備的無縫集成。通過射頻識別等技術對相關生產資料進行電子化標識，實現生產過程及供應鏈的智能化管理，利用感測器等技術加強生產狀態信息的實時採集和數據分析，提升效率和質量，促進安全生產和節能減排。

在智慧農業領域，物聯網助力「精耕細作」。通過收集種植環境的溫度、降雨量、濕度、風速、病蟲害和土壤含量的數據，實現耕種智能處理和決策。甚至可以將物聯網獲得的數據應用於精確施肥計劃，最大程度地減少風險和浪費，同時減少管理農作物所需的工作量。

在生活中，家居、交通、醫療健康等都是物聯網的用武之地。智能家居將信息技術與室內物品設施、人的室內生活、安全防護等各方面融合協同，推進家居、安防服務信息化、智慧化。比如語音控制可以幫助視力不佳或行動不便的用戶，警報系統可以連接到用戶佩戴的人工耳蝸，監控系統還可以對跌倒或癲癇等健康事故進行報警。智能交通和車聯網也離不開物聯網技術。在不同要素間無縫連接，能夠實現車內和車外通信、智能交通控制、智能停車、電子收費系統、車輛管理控制等多種場景應用。比如在物流車隊管理中，通過無線感測器查看貨物的位置和狀況，並在異常時發送警報。智慧醫療利用物聯網技術，可以實現對藥品保健品的快速跟蹤和定位，降低監管成本；通過建立臨床數據應用中心，可以開展基於物聯網智能感知和大數據分析的精準醫療應用；也可以充分運用智能穿戴設備（智能手環、智能指環等）和射頻識別等技術採集居民健康信息，建立健康大數據創新管理雲服務平台。

物聯網已經成為全球信息科技發展的重要趨勢之一，它的出現和興起為我國科技和經濟發展帶來難得機遇。我們應當抓住機遇創造未來，建設好智能化數字中國。

（作者為中國通信學會物聯網委員會主任）

轉自：

http://it.people.com.cn/n1/2020/0317/c1009-31635058.html

https://www.huawei.com/cn/fully-connected-intelligent-world

https://www.zhihu.com/question/355892352

Neuralink（英語：Neuralink），是一個美國神經科技和腦機介面公司，由伊隆·馬斯克和八名其他聯合創辦者創辦，負責研發植入式腦機界面技術。公司的總部在舊金山。Neuralink是一家由埃隆·馬斯克（Elon Musk）創立的公司，研究對象為腦機介面技術。腦機介面就是將極小的電極植入大腦，利用電流讓電腦和腦細胞「互動」。

Neuralink於2016年成立，並於2017年3月公之於眾。Neuralink將開發馬斯克稱之為「神經蕾絲」的技術，在人腦中植入細小的電極，可能有朝一日能用來上傳、下載人的思想。

2016年6月，馬斯克曾經探討過一個科幻小說概念「neural lace」，即人腦與機器交互。2017年4月，Wait But Why報道了伊隆·馬斯克計劃公司短期內研發治療嚴重腦部疾病的設備，並達到人類增強目的。

2019年7月17日，Neuralink對外宣布該公司研發的一款腦機介面系統。馬斯克希望在2020年底之前開始對人類患者進行試驗。馬斯克表示，人類面臨被人工智慧機器超越的風險，但如果人腦能通過與電腦連接得到增強，「我們就能夠加入這一旅程」。他表示，該公司已開始在老鼠身上進行測試，並與加州大學戴維斯分校合作用猴子實驗。「有一隻猴子能用其大腦控制電腦。」。

2019年，Neuralink首次推出了植入物的設計，將在大腦的一塊區域內植入1024根微小的電線，傾聽腦細胞的電波，並發送自己的電波。

2020年，Neuralink公布了硬幣大小、電池供電的N1晶元植入計劃。

2020年8月29日，Neuralink展示了一頭被植入Neuralink設備的豬，Neuralink設備成功讀取豬大腦活動。

2021年2月2日，特斯拉及SpaceX創始人埃隆·馬斯克（Elon Musk）表示，他的腦機介面技術初創公司Neuralink正在與美國食品和藥物管理局（FDA）進行密切溝通。馬斯克說，「如果進展順利，我們可能會在今年晚些時候進行初步的人體試驗。

當地時間2022年11月30日晚上，馬斯克聯合創立的神經技術初創公司Neuralink舉行了宣講活動，馬斯克及團隊聲稱，未來半年，他們有望開始將晶元植入人腦的人體試驗計劃。同時宣布，N1晶元能夠無線充電。

2023年5月，馬斯克旗下腦機介面公司 Neuralink 宣布，該公司已獲得美國食品藥物管理局 (FDA) 的批准，將啟動其首個人體臨床研究。這意味著，Neuralink 將把他們的設備植入人類的大腦中。

轉自：https://baike.baidu.com/item/Neuralink/20585785

腦機介面技術雖仍未被大規模商用，但其戰略價值與安全風險已引發國際技術政策界的關注。

2023年2月21日，據美媒報道，繼去年10月出台限制中國獲取人工智慧和超算等相關技術所需的晶元技術後，美商務部正考慮對中國禁運腦機介面技術。什麼是腦機介面技術？其發展態勢如何？戰略意義與安全風險何在？

什麼是腦機介面技術？

對腦機介面最著名的描寫莫過於1999年上映的由基努·李維斯主演的系列電影《黑客帝國》。電影中，以年輕的人類黑客尼奧為首的「人類反抗組織」歷經波折回到現實世界，才發現自己此前一直處在虛擬空間，所依賴的乃是插在腦後的一根電纜。當然，現實中的腦機介面並沒有這樣「簡單粗放」。

腦機介面技術，英文稱Brain-Computer Interface（BCI）或Brain-Machine Interface（BMI），是一種在人或動物的大腦（或腦細胞的培養物）與計算機或其他電子設備之間建立起通訊與控制連接的生物信息技術。腦機介面的技術路線主要有三種：一種是「侵入式」，通過開顱手術等方式將多個電極植入到大腦皮層內部，直接獲取不同的腦內神經元發出的電信號；一種是「非侵入式」，即無需手術，只通過戴在頭上形似「頭盔」的穿戴設備感應大腦不同部位發出的腦電波；還有一種則稱為「半侵入式」，雖然同樣需要進行開顱手術，但只將其植入在大腦皮層之外，通過更近的感應距離提高腦電波感應的靈敏度。

對腦機介面技術的研究發端於20世紀70年代的美加州大學洛杉磯分校（UCLA），其初始研究得到了美國家科學基金會（NSF）與美國防部高級研究計劃局（DARPA）的資助，可謂「含著金鑰匙出生」。1989年，美國又動員國內學者進行腦科學研究計劃，還將20世紀最後10年命名為「腦的十年」。2013年4月，白宮提出旨在探索人類大腦工作機制、繪製腦活動全圖的「腦計劃」，媒體普遍認為該計劃的重要性可與人類基因組計劃相媲美。該計劃將在12年中投入45億美元，目前已接近投資尾聲。我國自2010年起開始投資腦科學領域，且資金不斷增長，從2010年的每年約3.48億提升至2013年的每年5億元人民幣，並於2016年將「腦科學與類腦研究」列入「十三五」規劃綱要，力爭在未來15年內在腦科學與類腦智能器件方面取得國際領先成果。

腦機介面技術仍未得到大規模推廣，其主要應用場景是在殘障人士的醫療康復領域：對於四肢殘疾的患者，腦機介面能夠利用「幻肢效應」使其通過意念控制電控輪椅或假肢；對於神經疾病患者，腦機介面能夠及時感應病發時的腦電波，及時控制植入體內的微納醫療設備投藥抑制病發過程；對於應激創傷等心理疾病患者，腦機介面能夠通過改變病患腦電波模式的方式，抑制抑鬱、焦慮等情緒的發生；對於先天性耳聾患者，腦機介面能夠將麥克風拾取的聲音轉化為腦電波，從而實現復聰。

而在未來，腦機介面技術有望幫助人類突破種種生理極限，藉助科技手段全面提升人體機能。如人工智慧與腦機介面相結合，能夠使人以前所未有速度進行閱讀和學習，藉助自動翻譯無障礙理解全球各國語言，利用人腦進行此前唯有計算機能夠進行的複雜運算。這將大大改變目前受人的壽命和人體自身能力限制而趨於停滯的基礎科學研究面貌，使種種在沒有人工智慧輔助下無法被發現或總結的科學規律得到發現。腦機介面還可以通過與一系列生物信息技術相結合的手段提早檢測出人體發生的異變，在預防中風、老年痴獃等方面發揮作用。

腦機介面的四大安全風險

儘管腦機介面仍處於大規模商用的前夜，但其戰略價值與安全風險已引發國際技術政策界的關注。

其一，腦機介面將使網路攻擊的代價急劇上升。目前，網路攻擊仍然很少造成人員傷亡，後果最嚴重的案例主要出現在對關鍵基礎設施的攻擊上。但隨著腦機介面等與人體直接發生互動的電子設備的普及，網路安全將成為成為性命攸關的問題。黑客可能利用惡意軟體來攔截或竊取，甚至是篡改腦信號數據。如果腦機介面將腦信號翻譯為錯誤的語言或指令，也可能會對用戶造成危害。

其二，腦機介面將帶來新軍事變革。自誕生之初，腦機介面技術就得到美軍方高度關注，目前其應用主要體現在兩個方面。一是利用便攜植入式腦機介面，以電信號刺激人體神經，實現士兵身腦素質提升，打造「超級士兵」。如蘭德公司報告《腦機介面軍事應用和影響初步評估》中就指出，腦機介面可有效在戰場上減輕人體痛覺，抑制恐懼心理，並提高人類士兵在關鍵時刻的決策速度和準確性。若將其與外骨骼與腦控武器裝備結合起來，將不僅僅是一種戰術優勢，更是核心戰略優勢。

二是充分發揮腦機介面後方操控能力，在戰場上實現「無人戰爭」。如美國防部高級研究計劃局（DARPA）在2015年就啟動了名為Brain-Swarm Interaction and Control Interfaces的研究項目，能夠賦予飛行員以意念同時操控飛機與多架無人機的能力。DARPA生物技術辦公室的負責人賈斯丁·桑切茲稱：「截至今天，大腦信號已經能夠用於下達命令，並且同時操控三種類型的飛機。」可以想見，一旦相關技術未來在美軍中得到大規模應用，將使美初步具備發起「無人戰爭」的能力，使其在面對他國的區域拒止戰略時損失更小、顧慮更少。

其三，腦機介面將擊破人腦保密最後防線。正如前文提到的那樣，腦機介面擁有將人所聽到的一切轉化為數據並由機器解讀還原成音頻的能力，未來在視覺乃至記憶讀取方面出現類似的技術恐怕只是時間問題。而一旦腦機介面技術如同今天的智能手機一樣大範圍普及，即使部分人出於各種原因拒絕佩戴，外國情報機構依然可以藉助其身邊佩戴設備的人，或與目標在生理、教育、職業等各方面都十分相近的其他人的思維模式，大致準確地推斷出目標的思維模式，再利用大數據分析的方式予以印證。這勢必使得保守國家秘密面臨比今天更加困難的局面。

其四，腦機介面將加深對人的「思想控制」。美國喬治城大學安全與新興技術中心首席分析員威廉·漢納斯指出，腦機介面不僅能夠讓人腦控制機器，反之亦然，即使用機器發出的電波信號，調節人的情緒。這一技術領域被稱為「情感計算」（affective computing），並隨著解讀腦電波理論的不斷發展，可能在不遠的將來實現對人腦記憶的擦除和覆蓋，進而實現「神經元層次的思想控制」。由於當前軟體演算法的不透明特性，這就可能導致各國民眾的思想受到比互聯網虛假信息更嚴重的、且是字面意義的「洗腦」，使意識形態鬥爭「代碼化」，給各國維護政治獨立與自主帶來嚴峻挑戰。

（作者單位：現代院科技與網路安全研究所）

轉自：http://www.cssn.cn/gjaqx/202303/t20230303_5600894.shtml

10月21日上午，習近平總書記來到黃河三角洲農業高新技術產業示範區考察調研，走進鹽鹼地現代農業試驗示範基地，察看大豆、苜蓿、藜麥、綠肥作物長勢，了解鹽鹼地生態保護和綜合利用、耐鹽鹼植物育種和推廣情況。他特彆強調：「18億畝耕地紅線要守住，5億畝鹽鹼地也要充分開發利用。如果耐鹽鹼作物發展起來，對保障中國糧倉、中國飯碗將起到重要作用。」總書記的這番話道出了鹽鹼地的重要作用，也為當前我國鹽鹼地綜合治理指明了方向。

　　鹽鹼地是我國極為重要的後備耕地資源，挖掘鹽鹼地潛力，開展鹽鹼地綜合利用，對於糧食安全有著特殊意義。當前鹽鹼地的分布情況是怎樣？綜合治理的痛點和難點在哪裡？如何通過生態化利用將鹽鹼地變成豐收田？帶著這些問題，近日，本報記者採訪了相關專家。

　　科技示範

　　激發鹽鹼地糧食生產潛力

　　一片濱海鹽鹼地，變身優質良田。這樣的變化發生在河北、山東、遼寧和天津等環渤海省市的低平原區。據了解，2013年，國家科技支撐項目「渤海糧倉科技示範工程」啟動，針對鹽鹼荒地和中低產田，重點突破土、肥、水、種等關鍵技術，主要解決環渤海地區4000多萬畝中低產田和1000多萬畝鹽鹼荒地的糧食生產和現代農業發展問題。

　　「歷經5年時間，示範工程帶動了區域中低產區糧食增產增效，夯實了我國糧食安全基礎。累計實現增糧209.5億斤，節本增效185億元，節水43億立方米，為藏糧於地、藏糧於技戰略的實施發揮了重要作用。」作為「渤海糧倉科技示範工程」首席專家、中國科學院遺傳與發育生物學研究所農業資源研究中心劉小京研究員把這項工程的效益賬算得很明白。

　　鹽鹼地是指土壤含有過量可溶性鹽類的土地，它的形成除了受到氣候、地理、水流等條件影響，還與不合理的耕作管理有關。目前，全世界現有灌溉土地中約有一半存在土壤次生鹽鹼化的威脅，大部分新開墾的鹽鹼荒地因灌溉與排水措施不當，產生新的土壤鹽鹼化問題。

　　我國耕地土壤鹽漬化主要發生在乾旱區和半乾旱區的灌溉農業和補充灌溉農業。由於降水少而蒸發強烈，灌溉水帶來的鹽分被留在土壤中。當土壤耕層可溶鹽累積到一定程度，會使作物出苗、生長受影響，作物減產甚至絕收。

　　中國科學院新疆生態與地理研究所研究員田長彥介紹到，以新疆為例，鹽鹼地分布廣泛，具有面積大、類型多、積鹽重、形成複雜等特點。而且局部灌區因灌溉方式的改變，產生了新的鹽漬化土壤，嚴重阻礙了當地農業的可持續發展和生態環境的保護。

　　目前，我國擁有各類可利用鹽鹼地資源約5.5億畝，具有較好農業開發價值的鹽鹼地集中分布在東北、中北部、西北、濱海和華北五大區域。「在這些具備農業改良利用潛力的鹽鹼地中，綜合改良3500萬畝鹽鹼障礙耕地，每年可增加200億斤以上的糧棉油產量。」他補充到。

　　遵循規律

　　因地制宜綜合治理鹽鹼地

　　鹽鹼地問題具有複雜性、長期性和反覆性特點，它的治理利用也是一項系統工程。從20世紀50年代開始，我國就開始探索鹽鹼地治理的技術模式，並在各鹽鹼區形成了一些區域特色明顯的關鍵技術，如東北鹽鹼區的種稻洗鹽改鹼技術、西北鹽鹼區的膜下滴灌技術、濱海鹽鹼區的「上覆下改」控鹽培肥技術、中北部鹽鹼區的生物節水農藝技術、華北鹽鹼區的有機培肥鹽斑改良技術等。

　　「儘管具體方法有所不同，但始終要遵守水鹽運動規律。」中國農業大學土地科學與技術學院教授李保國解釋，他打了個比喻：「就好比自家種花一樣，花盆要是沒有排水的孔，長期澆水就會造成土壤的鹽鹼化。」不管是以水壓鹽、大水洗鹽還是通過結冰使得鹽水分離，最終目的都是將根系生長的土層內溶於水的鹽鹼成分降低。

　　「另外還要進行分區治理。」李保國補充說。東部季風區、內陸區、濱海區的自然條件各不相同，有些地區的鹽鹼地能夠通過治理髮展鹽土農業，而內陸乾旱區域更多的要考慮優先保護自然鹽漬生態環境系統，以免發生因為短期的小面積局部改良利用，帶來永久性大面積的生態環境災難。總體而言，需要對不同區域的鹽鹼地特徵進行深入分析，且在淡水資源有保障和具有排水條件下，因地制宜形成配套的鹽鹼地治理技術與方式。

　　田長彥也表示鹽鹼地的綜合治理需要按照分類治理的原則進行。以新疆為例，首先需要搞清新疆耕地鹽鹼地分級類型的數量和分布規律，進而分析與評價耕地鹽鹼地成因和危害程度，結合當地的生產條件，依據「改良利用結合、增產增效並重、生產生態協調」原則，提出新疆灌區鹽鹼地防治戰略對策和措施。

　　隨著鹽鹼區生產條件的改善和全球氣候變化的影響，鹽鹼土的分布、分類、發生、發展發生了顯著變化。目前鹽鹼地的治理依然沿用過去的基礎資料，缺乏鹽鹼地治理的科學評價指標體系，造成鹽鹼地治理的盲目性，投入大、效果差。田長彥建議，要加快新時期我國鹽鹼地資源普查，掌握鹽鹼地的分布、數量、成因和障礙程度，制定科學的評價指標體系。

　　改革創新

　　拓展鹽鹼地利用發展空間

　　在新疆克拉瑪依小拐鄉新墾鹽鹼荒地上進行的生物改良試驗，通過第一、二年種植鹽地鹼蓬吸鹽，第三年種植細齒草木樨培肥，第四年種植棉花的種植模式，依靠耐鹽鹼植物的生長發育吸收土壤中的鹽鹼成分，實現土壤脫鹽，從而使鹽鹼地變成可種植經濟作物的優質地。

　　「這種鹽土農業發展模式改變了以往通過改良鹽鹼土地適應作物種植的理念，轉而以土壤適應性種植將有經濟價值的鹽生植物栽培引上產業化之路，既增地又增效，拓展了鹽鹼地區農業發展空間。」田長彥講到。

　　長期以來，鹽鹼地的治理利用是通過水壓鹽、大水洗鹽來降低土壤的鹽鹼含量，實現作物的種植，對水的需求量要求很大。但在水資源短缺地區，大水洗鹽的方式難以展開。

　　「鹽鹼土很難種植一般的農作物，但卻適宜一些鹽生植物的生長。」田長彥提到，耐鹽植物鹽鹼地原土種植改良利用技術就是利用鹽生植物吸鹽特性，並篩選出經濟鹽生植物進行種植。

　　鹽生植物有著很大的開發利用價值，如鹽角草、鹽地鹼蓬、高鹼蓬、野榆錢菠菜和紅葉藜等可作為鹽生飼草植物，還可以進行鹽生鮮菜、鹽基生物炭、鹽生植物保健油品的開發。

　　據了解，中國有425種左右鹽生植物可以在鹽鹼地生長，而在新疆目前鑒定出315種，其用途主要分為藥用、食用、觀賞、飼料牧草、纖維、瀕危保護、蜜源植物和鹽漬生境生態建設植物種。

　　「儘管擁有豐富的鹽生植物資源，但高耐鹽的鹽生植物在產業開發中產品種類還比較少，市場認知程度還較低，在生產上進行大面積推廣較慢。」田長彥提出自己的看法。他總結認為，現階段迫切需要篩選培育高耐鹽優質的農作物和經濟耐鹽植物品種，以滿足鹽鹼地適應性高效種植需求。

轉自：https://www.cas.cn/zt/kjzt/htlc/mtbd/202111/t20211116_4814288.shtml

發表於《自然・神經科學》的一篇文章顯示，科學家利用功能性磁共振成像和大型語言模型實現了非侵入性的腦機介面。我們知道大型語言模型創造了劃時代的 ChatGPT，那麼現在就來看看它又是如何在腦機介面領域實現了侵入式到非侵入式的跨越。

大語言模型 + 磁共振技術，AI 已能解讀人類思維？

功能性磁共振成像（fMRI）是一種測量大腦活動的非侵入性方法，原理是通過刺激特定感官，激活大腦皮層相應部位的神經，並通過磁共振圖像來顯示。近日，科學家將 fMRI 與大型語言模型（LLM：一種人工智慧演算法，也是 ChatGPT 的技術基礎）結合，對人腦的思維活動進行了解讀。

腦機介面的突破

大多數現有的腦機介面都是侵入性的，需要通過大腦植入物來監測一個人大腦皮層的活動，並預測出被監測者可能輸出的語言。

而近日，美國德克薩斯大學奧斯汀分校的計算機科學家們利用功能性磁共振成像和大型語言模型，描繪出參與實驗的 16 名志願者的大腦如何對不同的單詞和短句做出反應，構建了非侵入性語言腦機介面的方法。成果發佈於國際知名學術期刊《自然》（Nature）的子刊《自然・神經科學》（Nature Neuroscience）。

模擬結果的對與錯

科學家們讓志願者們躺在功能磁共振成像掃描儀中，記錄每個人的大腦活動，同時讓他們收聽或者觀看同一個故事。實驗過後，科學家基於大型語言模型，將志願者大腦的血流量與故事的細節對應，編碼了一套反應每個人大腦活動的流程。

這套流程可以看成是一個解碼器。對無法用聲音交流的人來說，這種思維解碼器給了他們一個方便的與外界溝通的機會。在特定情況下，解碼器會比目前已經較普及的語音控制更有效率。

研究顯示，解碼器會比較準確地記錄下每個人對不同的單詞和短句做出的反應，但是這個反應本身就含有被監測者的主觀想法。因此，解碼器產生的結果在不同人之間會存在差異。

同時，如果在實驗過程中，被監測者大腦中想像的是另外一個故事，那麼就會大大降低解碼器結果的準確性。也就是說，目前，這項人工智慧技術很容易被「欺騙」。

解讀思維的是與非

目前這項技術還有許多不成熟的地方，加上設備、成本的限制，也無法在短時間內廣泛應用於個人。但是，這項複雜的非侵入技術的發展速度已經超過了許多人的預期，這對政策制定者和公眾來說都是一個警鐘。

有專家擔心解碼器結果的不準確性會影響司法判斷。美國達特茅斯學院的科學哲學家阿迪娜・羅斯基斯表示：「它們（目前解碼器會搞錯的語義）的差異非常明顯，會在法律案件中導致完全不同的走向。」

另外，針對這項技術，更多的人表示了隱私和歧視方面的擔憂。文章作者 Jerry Tang 和 Alexander Huth 也呼籲政策制定者積極解決這項技術在什麼情況下可以使用和什麼情況下不能使用的問題。

我們知道對於患有強迫症等精神疾病的人來說，有時候大腦中會出現隨機的、並非自己本意的侵入性想法，這是患者不想要的但是卻很難控制住的強迫行為。因此，專家擔心在對這些人實施思維解讀的過程中，如果被監測者出現了侵入性想法，解碼器會把這個想法實施，造成不可挽回的後果。

參考文獻：

• https://www.nature.com/articles/d41586-023-01486-z
• https://www.nature.com/articles/s41593-023-01304-9

轉自：https://www.ithome.com/0/693/416.htm