“随着病情的恶化,我可能会失去沟通能力。但这项技术给了我希望,未来我仍然有办法与亲人轻松联系。这将是一场变革。”一位名叫马克的64岁渐冻症(ALS)患者,通过一项结合了脑机接口和生成式AI的聊天技术,实现与正常人的高效沟通。
帮助马克的,是美国脑机接口(Brain Computer Interface,BCI)公司Synchron,7月11日,该公司宣布将OpenAI的生成式AI集成到其BCI平台,提供生成式聊天功能,可以接收文本、音频和图像输入,并为使用者生成发信息时可用的提示,能够帮助使用者更高效、自然地与外界互动。
马克于2023年8月植入Synchron的BCI,并在过去两个月里测试了新的AI聊天功能,AI可提供不同的信息回复方式,他只需点击一两个按钮,即可完成大部分回复。
至此,Synchron的脑机接口技术又向前迈进了重要一步。
Synchron成立于2012年,总部位于纽约。其BCI设备Stentrode™是个类似血管支架的电极阵列,通过患者颈静脉微创手术植入大脑运动皮层以传输神经信号,避免了开颅风险。Stentrode™连接着50cm 柔性经血管导线,传输线从胸锁乳突头之间的颈内静脉引出,通过皮下隧道连接到放置在锁骨下袋内的内部遥测单元 (ITU),电信号通过红外光无线传输到外部遥测单元 (ETU),该外部遥测单元则通过移动信号控制单元(Signal control Unit)将信号传递到电子产品,使患者能用意念进行操作。
Stentrode™产品系统。图片来源:Journal of NeuroInterventional Surgery
2019年9月,Synchron进行首例人体植入,为一位渐冻症患者植入了Stentrode™设备。后续研究显示,结合使用光标导航的眼动仪,患者可实现对Windows 10操作系统的控制,点击准确率达到了90%以上。
2020年8月,Stentrode™获美国FDA突破性器械认定;2021年7月,获美国FDA临床研究性器械豁免(IDE)批准。
2023年1月,Synchron公布的12个月安全性研究结果显示,Stentrode™设备在4名澳大利亚严重瘫痪患者中表现出良好的安全性和稳定性,使患者能够成功控制个人计算设备完成日常数字活动。(2024科创要闻No.5)
2023年9月,Synchron宣布完成6名美国受试者的注册工作(2024科创要闻No.5),马克就是其中的一位。
2024年4月,Synchron继续招募患者参与其大规模临床试验,以申请设备的商业化批准,并已收到约120个临床试验中心的合作意向。
除了Synchron,还有很多脑机接口公司在进行产业化探索。
2024年1月,埃隆·马斯克创办的Neuralink进行了首例脑机接口设备人体移植(2024科创要闻No.5)。
2024年5月28日,Precision公司宣布其临床试验实现了4096个电极的脑机接口植入,刷新了纪录。电极数量是该技术领域的关键性能指标,该突破可直接提升数据的传输能力和系统的整体效能。
在中国,2023年10月24日,清华大学医学院洪波教授团队与北京市宣武医院联合,成功进行了首例无线微创脑机接口NEO系统的临床植入试验(2024科创要闻No.5)。
2024年4月25日, “北脑二号”于2024中关村论坛亮相,成功填补了国内在高性能侵入式脑机接口技术方面的空白,并首次实现了猕猴对二维运动光标的精准脑控。
脑机接口的材料方面,本周也有新突破。2024年7月16日,达特茅斯学院多功能集成神经电子实验室(MINE Lab) 方辉课题组在《先进材料》(Advanced Materials)上发表论文Multifunctional Nanomesh Enables Cellular-Resolution, Elastic Neuroelectronics,开创性地提出了一种新型弹性神经电子学方法,通过多功能纳米网格直接在聚二甲基硅氧烷(PDMS)硅胶上实现可靠的弹性微电极,从而使用传统电极材料获得前所未有的细胞分辨率。
研究团队通过对小鼠背根神经节(DRG)曲率较大的硬膜外表面进行单神经元记录,验证了纳米网格弹性神经电子设备的可行性,并证明了其比需要手动按压的塑料控制设备具有更好的自适应性和记录质量。这一研究成果,也将为脑机接口提供安全、可靠、高质量的新材料。
脑机接口技术正从科幻走向现实,尽管其主要受益者仍为身体严重障碍患者,但随着研究的深入和应用的拓展,未来必将解锁更多大脑潜能,提升人类的体能和认知能力,重新定义人类的能力边界。
生物医药
01 全球第7位潜在艾滋病治愈患者的病例
7月18日,第25届国际艾滋病会议发布了全球第7位潜在艾滋病(AIDS)治愈患者的病例信息,来自柏林夏里特医学院(Charité–Universitätsmedizin Berlin)的一位成年男性,被称为“下一个柏林患者(next Berlin Patient)”。该患者同时患有艾滋病和白血病,2015年接受骨髓造血干细胞移植,临床团队找到并使用了仅遗传一个CCR5-delta32突变拷贝的杂合子供体干细胞;2018年底,患者停止接受艾滋病毒抗逆转录病毒治疗,至今处于无治疗的艾滋病缓解状态。
• 点评:人类又在治愈艾滋病的道路上向前迈进了一步。CCR5是HIV(人类免疫缺陷病毒)入侵机体细胞的主要辅助受体之一;CCR5-delta32是具有抵御艾滋病病毒能力的、来自双亲遗传的突变基因。“下一个柏林患者”接受带有CCR5-delta32杂合子突变的干细胞移植实现了HIV缓解超五年,或可扩大这类艾滋患者所能够接受的干细胞供体来源,也为未来基于基因疗法的HIV治疗策略带来希望。(罗仙仙)
02 邦耀生物异体通用型CAR-T治疗自免疾病获积极结果
7月15日,上海邦耀生物科技有限公司(简称“邦耀生物”)与华东师范大学、上海长征医院合作,在Cell上发表新一代异体通用型CAR-T疗法(TyU19)治疗自身免疫疾病的研究成果,Allogeneic CD19-targeted CAR-T therapy in patients with severe myositis and systemic sclerosis,国际上首次报道异体通用型CAR-T在治疗自身免疫疾病中获得成功。
研究团队使用TyU19治疗3例难治性自身免疫疾病患者,其中1例为免疫介导的坏死性肌炎(IMNM)、2例为系统性硬化症(SSc)。分析显示,TyU19使3名患者的B细胞耗竭,并减轻了难治性 IMNM 患者的严重骨骼肌损伤、逆转了2名SSc患者体内器官的大面积纤维化损伤。
TyU19是邦耀生物基于具有自主知识产权的通用型细胞平台(TyUCell®)开发的靶向CD19抗原的异体通用型CAR-T细胞治疗产品,通过多基因、选择性基因编辑策略,避免了异体细胞移植中可能存在的移植物抗宿主病风险,还避免了患者免疫系统对异体细胞的排异、实现免疫细胞治疗产品的通用化。
UCAR-T产品“TyU19”的设计。图片来源:邦耀生物
• 点评:自身免疫性疾病是因免疫系统功能障碍引起的一组异质性疾病,即特定的疾病有不同的一套症状,目前已经发现了超过80种自身免疫性疾病。近年来CAR-T细胞疗法应用于自免疾病治疗是一大趋势,上述研究成果也将推动异体通用型CAR-T疗法在自身免疫性疾病治疗中的进一步推广应用。(罗仙仙)
03 抑制IL-11可显著延长哺乳动物的寿命
7月17日,《自然》(nature)发表杜克-新加坡国立大学医学院研究团队论文Inhibition of IL-11 signalling extends mammalian healthspan and lifespan,报道了促炎蛋白IL-11(白介素11,促炎性细胞因子)的促衰老效应。研究团队发现,IL-11的水平会随年龄增长而逐渐增加,抑制IL-11的活性可降低血脂水平和癌症发生率,改善肝脏/葡萄糖代谢状况和虚弱评分等。在寿命研究中,IL-11基因缺失使两性小鼠的寿命平均延长24.9%;抗IL-11治疗使75周龄的雄性小鼠的中位寿命延长22.5%,雌性小鼠的中位寿命延长25%。
• 点评:开发有效延缓衰老的治疗策略,关乎个人福祉,也蕴藏着巨大的社会经济效益。上述研究是首次科学证实IL-11直接关联衰老进程,不仅为未来的抗衰老治疗提供了新的思路,同时也提示了其他与IL-11类似的促炎性因子,也可能在衰老过程中发挥重要作用。(罗仙仙)
新能源与新材料
04 阳光电源与沙特签约全球最大储能项目
7月15日,阳光电源与沙特ALGIHAZ成功签约全球最大储能项目,容量高达7.8GWh,项目将部署1500余套PowerTitan2.0液冷储能系统,采用AC存储一体化设计,能量密度高,有助于节省用地面积并提高系统的稳定性。该项目拥有三个站点,分别位于沙特的Najran、Madaya和Khamis Mushait地区,预计2024年开始交付,2025年全容量并网运行。
• 点评:阳光电源与沙特签约的全球最大储能项目,是该公司技术实力和国际竞争力的显著展示,同时也为沙特的能源转型和可持续发展目标提供了有力支持。(赖伊琦)
05 世界最轻最小纯自然光供能微型飞行器
7月17日,北京航空航天大学能源与动力工程学院研究团队在《自然》发表论文Sunlight-powered sustained flight of an ultralight micro aerial vehicle,从微型发动机的原理出发,提出了一种新型静电驱动方案,成功研制出微小尺寸下转速低、发热小、效率高的微型静电电机,并将此方案应用于CoulombFly静电飞行器。
该飞行器仅重4.21克,翼展20厘米,尺寸和重量分别是此前世界最小、最轻的太阳能飞行器的1/10和1/600。CoulombFly利用新型静电电机和超轻质高压电源,首次实现了微型飞行器在纯自然光供能下的起飞和持续飞行。
CoulombFly静电飞行器 图片来源:北京航空航天大学
• 点评:有限的飞行时间是微型飞行器应用的一大障碍,北航团队的此项成果仅依靠自然光即可实现持续飞行,可极大拓展此类飞行器的使用范围,在微型飞行器的发展进程中具有里程碑意义。(谯雅馨)
06 发现一种新型高温超导体
7月17日,复旦大学物理学系赵俊教授团队在《自然》发表论文Superconductivity in pressurized trilayer La4Ni3O10−δ single crystals,报告他们利用高压光学浮区技术,成功合成了纯相三层La4Ni3O10镍氧化物单晶样品。在高质量单晶样品的基础上,团队与合作者利用金刚石对顶砧技术,发现了La4Ni3O10压力诱导的超导零电阻现象,在69GPa压力下,超导临界温度达到30K。根据抗磁性数据估算,该单晶样品的超导体积分数高达86%,证实了镍氧化物的体超导性质。此外,三层结构形成的独特的三明治结构为超导电性的调控提供了更多可能性,也为理解层间耦合与电荷转移在形成高温超导中的作用提供了一个独特的平台。
• 点评:这项研究不仅发现了一种新型的高温超导体,还为理解高温超导机理提供了新的视角和平台,更让人期待的是未来高温超导体相关技术在电力传输、磁悬浮列车、量子计算等领域的应用发展。(谯雅馨)
07 柔软、可拉伸的“果冻电池”
7月17日,英国剑桥大学研究团队在《科学·进展》(Science Advances)发表论文Highly stretchable dynamic hydrogels for soft multilayer electronics,报告了一种柔软、可拉伸的“果冻电池”。这是一种全水凝胶柔性电源,由研发团队开发的超分子聚离子网络(supramolecular poly(ionic) networks,SPINs)组成,这种材料具有分层结构,能够通过其中的离子来传递电流;其具有高拉伸性(>1500%)、可压缩性(>90%)和快速自恢复性(<30 s),同时实现了0.1 S cm-1的高离子传导性。
“果冻电池”在施加应变下的照片和电压测量。图片来源:Science Advances
• 点评:传统水凝胶虽柔软,但拉伸性和离子电导率普遍较低。上述研究开发出兼具优异的力学性能和高电导率的新型水凝胶,展现出广阔的应用前景,或可用于可穿戴设备或软机器人制造中,甚至可用于输送药物或治疗癫痫等疾病。(罗仙仙)
人工智能
08 首款采用Mamba架构的AI模型
7月16日,Mistral发布首款基于Mamba 架构的代码生成模型Codestral Mamba。与Transformer架构不同,Mamba架构具有线性时间推理的优势,并且在理论上能够建模无限长度的序列。Codestral Mamba的开发,得到了Mamba架构的开发者Albert Gu和 Tri Dao 的协助。
Mistral表示,已验证Codestral Mamba在上下文检索能力上的表现,支持高达256k tokens的输入。在8个基准测试中,该模型比其他7B模型有明显优势,基本达到了与更大规模的模型Code Llama 34B相匹配的效果,甚至在其中6个测试上实现了性能超越。
Codestral Mamba与主流7B模型的测试结果对比 图片来源:Science Advances
• 点评:Mamba架构首发于2023年12月,因其在语言处理、基因组学和音频分析等领域处理复杂序列的效率,被视为Transformer架构的挑战者。2024年初,Mamba-1论文因被ICLR(国际表征学习大会)拒绝而引发争议;不过随后Mamba -2论文入选ICML(国际机器学习大会),并藉由Codestral Mamba开启了应用先河。
2017年Google推出的Transformer架构以自注意力机制取胜,逐渐取代循环神经网络(RNN)而成为AI模型首选,不过随着Mamba以及2024年7月TTT等架构的接连问世,打开了AI新架构探索的大门,也将带来AI大模型的新发展。(谯雅馨)
09“安全人工智能联盟”成立(谯雅馨)
7月18日,谷歌、微软、亚马逊、英特尔、英伟达等14家科技巨头在阿斯彭安全论坛上宣布成立“安全人工智能联盟”(Coalition for Secure AI,CoSAI),旨在通过建立合作生态系统,共享开源方法、标准化框架和工具,推动人工智能安全的最佳实践,应对AI领域的挑战,并确保AI应用的安全性,以促进人工智能技术的负责任和安全整合。其工作范围包括安全地构建、集成、部署和运行人工智能系统,重点是降低模型盗窃、数据中毒、提示注入、规模滥用和推理攻击等风险。
• 点评:AI技术野蛮生长,安全性和可靠性已成为重要议题。CoSAI将有助于推动这一议程,为人工智能的安全发展提供指导和支持。(谯雅馨)
10 韩国发布AI开发和服务中使用“公开数据”标准指南
7月18日,韩国个人信息保护委员会(PIPC)发布《处理人工智能(AI)开发和服务中使用“公开数据”标准指南》,明确了收集和利用公开数据的法律依据,并为人工智能的开发者和服务提供商提供了适用的防范措施。该指南共计44页,通过完整的版块以及详尽的技术解释,并附以通俗易懂的场景案例,介绍了AI企业经营者依靠合法权益处理公开数据的技术和组织保障,以及如何同时尊重数据主体的权利,以便以合规的方式合法、安全地处理作为人工智能开发和培训关键要素的公共可用数据。
• 点评:生成式AI通过从多个来源提取数据,在多个数据集上进行训练,已在全球范围内引发了一系列的矛盾和争议。这些数据可能包括地址、唯一可识别信息、信用卡号和其他个人数据,增加了人们可能面临隐私风险的可能性,也给法律监管带来挑战。标准指南的发布有助于减少隐私问题的可能性,消除法律上的不确定性,推动人工智能时代的创新增长目标。(李一跞)
南方周末科创力研究中心
责编 黄金萍