在美國紐約西奈山醫(yī)療中心，一位名叫羅伯特·捷克的肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）患者正在接受一場(chǎng)手術(shù)：神經(jīng)介入外科醫(yī)生Shahram Majidi博士將一塊1.5英寸（3.81厘米）的設(shè)備——Strentrode通過頸靜脈導(dǎo)管緩慢地送入捷克位于運(yùn)動(dòng)皮層內(nèi)的血管中。

隨后，當(dāng)導(dǎo)管被移除時(shí)，一個(gè)圓柱形的空心金屬絲網(wǎng)將會(huì)打開，并逐漸與血管的外緣融合…… 這場(chǎng)手術(shù)發(fā)生在2022年7月6日，兩天后，捷克就回到了自己家中。手術(shù)將使得已經(jīng)喪失了行動(dòng)和說話能力的捷克可以通過意識(shí)操控電子設(shè)備，實(shí)現(xiàn)發(fā)送短信、在線購物等目的。 而實(shí)施這場(chǎng)手術(shù)的是一家叫作Synchron的美國腦機(jī)接口（Brain-Computer Interface，簡(jiǎn)稱BCI）技術(shù)公司。就在一年前，該公司研發(fā)的植入式BCI產(chǎn)品Stentrode的臨床研究性器械豁免（IDE）申請(qǐng)獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）的批準(zhǔn)。在此之前，Synchron已經(jīng)在澳大利亞的4位病人身上實(shí)施了這個(gè)手術(shù)。

圖：植入患者血管中的Stentrode設(shè)備；來源：Synchron “腦機(jī)接口”雖然已經(jīng)被提出了幾十年，但依然是一個(gè)充滿科幻感的概念。不少讀者對(duì)腦機(jī)接口的直接印象來自科幻電影，比如《黑客帝國》中，人類通過腦機(jī)接口與母體系統(tǒng)連接，被“關(guān)進(jìn)”由母體虛構(gòu)的世界里；《阿凡達(dá)》里，人類可以通過腦機(jī)接口控制“替身”（Avatar）的活動(dòng)。 如今，這些科幻的情節(jié)正在一步步走進(jìn)現(xiàn)實(shí)。事實(shí)上，腦機(jī)接口技術(shù)的潛力，早在20年前就受到學(xué)界、業(yè)界的認(rèn)可。

2001年，《麻省理工科技評(píng)論》將腦機(jī)接口評(píng)為“全球十大突破性技術(shù)”之一。 20余年時(shí)間過去了，腦機(jī)接口已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)階段逐步走向落地，正在肢體運(yùn)動(dòng)障礙診療、意識(shí)與認(rèn)知障礙診療、神經(jīng)疾病診療等場(chǎng)景發(fā)揮著作用。根據(jù)國際市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IMARC的數(shù)據(jù)，全球腦機(jī)接口的市場(chǎng)規(guī)模在2021年達(dá)到了15億美元，該機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，腦機(jī)接口領(lǐng)域在2022年到2027年間將達(dá)到14.2％的年均復(fù)合增長(zhǎng)率，市場(chǎng)規(guī)模到2027年將達(dá)到33億美元。 那么，現(xiàn)階段，腦機(jī)接口發(fā)展到哪里了？

從科幻到現(xiàn)實(shí)

所謂腦機(jī)接口，是指在人或動(dòng)物的大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建直接連接，從而實(shí)現(xiàn)信息交換及控制。以人類目前對(duì)大腦的認(rèn)知來看，大腦運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)是神經(jīng)電信號(hào)的運(yùn)動(dòng)，而要解讀大腦活動(dòng)或指揮大腦，就需要對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行采集、解讀或是輸入。而在腦機(jī)接口系統(tǒng)搭建過程中，最為關(guān)鍵的一環(huán)正是解讀腦電信號(hào)。 腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展，最早可以追溯到20世紀(jì)20年代。1924年，德國精神病學(xué)家漢斯·貝格爾首次記錄到了腦電波，這也被認(rèn)為是科學(xué)界對(duì)腦機(jī)接口技術(shù)探索的開端。不過，直到1977年，加州大學(xué)洛杉磯分校的雅克·維達(dá)爾用腦機(jī)接口一詞來形容一個(gè)可以將腦電信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)控制信號(hào)的系統(tǒng)，腦機(jī)接口這一術(shù)語才正式被提及、應(yīng)用。

當(dāng)然，由于技術(shù)水平的限制，彼時(shí)腦機(jī)接口更多還是處于一個(gè)科學(xué)幻想階段。好萊塢的導(dǎo)演們也盡情發(fā)揮著他們的想象力，從《黑客帝國》《阿凡達(dá)》到《源代碼》，多部經(jīng)典科幻電影中都用到了腦機(jī)接口元素。 2000年，《自然》雜志刊登了一篇題目為Real Brains for Real Robots的文章，首次報(bào)道了從猴子的大腦皮層成功獲取腦電信號(hào)并對(duì)千里之外的機(jī)器人進(jìn)行了實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)了“Monkey Think，Robot Do”的實(shí)例。這項(xiàng)成果也是腦機(jī)接口技術(shù)在世紀(jì)之交所走到的發(fā)展階段的一個(gè)很好的反映。 之后，隨著神經(jīng)科學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，腦機(jī)接口的相關(guān)研究成果也在加速涌現(xiàn)。

其中，在2014年，美國杜克大學(xué)實(shí)驗(yàn)室專門研制的用腦電波控制機(jī)械假肢的技術(shù)幫助了一位下肢癱瘓的29歲病人平托在巴西世界杯首場(chǎng)比賽上開出了第一球；2017年，F(xiàn)acebook就透露了公司的硬件實(shí)驗(yàn)室Building 8實(shí)現(xiàn)了“意念打字”，亦即能讓人通過大腦直接打字；2019年，清華大學(xué)腦機(jī)接口研究組基于20年研究積累的成果，協(xié)助漸凍人實(shí)現(xiàn)意念打字，等等。 近幾年，腦機(jī)接口技術(shù)也在逐漸褪去它的神秘感，變得越來越為大眾所熟知。這其中的功勞，離不開高調(diào)的埃隆·馬斯克。以Neuralink、Meta為代表的科技企業(yè)的入場(chǎng)，無疑正在加快腦機(jī)接口技術(shù)的商業(yè)化落地。

馬斯克不再領(lǐng)先

總部位于舊金山的Neuralink是馬斯克在2016年投資建立，承載著他改造人類大腦的宏大目標(biāo)。過去數(shù)年里，Neuralink的腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)對(duì)象從老鼠到豬，再到猴子，正一步步向人體靠近。 其中，在2020年8月，馬斯克向外界展示了腦機(jī)接口設(shè)備無線實(shí)時(shí)讀取豬腦信息的實(shí)驗(yàn)。手術(shù)機(jī)器人在幾只實(shí)驗(yàn)豬的大腦中植入了最新版的Neuralink設(shè)備，實(shí)驗(yàn)豬的大腦活動(dòng)通過無線傳輸?shù)礁浇慌_(tái)電腦上展示，當(dāng)馬斯克撫摸實(shí)驗(yàn)豬的鼻子時(shí)，它們的大腦神經(jīng)元有所反應(yīng)。

圖：實(shí)驗(yàn)豬的腦電波；來源：Neuralink 到了2021年4月，實(shí)驗(yàn)對(duì)象從豬變成猴子。在Neuralink公布的一段視頻里，一只大腦被植入了芯片的猴子，通過意念玩電子乒乓球游戲。 2022年8月22日，馬斯克在社交媒體推特上表示，Neuralink將于10月31日舉行“進(jìn)度更新展示和講述”。

圖源：推特 而在NeuraLink前后，很多技術(shù)公司也進(jìn)入到腦機(jī)接口領(lǐng)域。在海外腦機(jī)接口企業(yè)中，比較有代表性的如坐落在美國加州的Kernel，該公司成立于2000年，其神經(jīng)科學(xué)服務(wù)平臺(tái)NaaS（Neuroscience as a Service）的腦記錄技術(shù)和設(shè)備，可幫助客戶進(jìn)行遠(yuǎn)距操作神經(jīng)科學(xué)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。 另外一家腦機(jī)接口公司Paradromics的發(fā)展也值得關(guān)注。Paradromics成立于2015年，在2017年拿到了美國國防部下屬研究機(jī)構(gòu)DARPA1800萬美元的投資。該公司第一款臨床設(shè)備是為失去語言或打字能力的患者提供輔助通信設(shè)備。

目前來看，積極投入腦機(jī)接口的馬斯克已不再領(lǐng)先。成立于2017年的腦機(jī)接口創(chuàng)業(yè)公司Synchron不僅在去年搶先NeuraLink獲得了FDA批準(zhǔn)，能夠進(jìn)行人體試驗(yàn)，而且在2019年該公司就已經(jīng)在澳大利亞墨爾本將其研發(fā)的設(shè)備植入第一位人類患者體內(nèi)。Synchron的前身是美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局和國防部資助的墨爾本大學(xué)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室。2020年，F(xiàn)DA授予其產(chǎn)品stentrde“突破性設(shè)備”稱號(hào)。 不管馬斯克是否樂于見到這種來自同行的激烈競(jìng)爭(zhēng)，但腦機(jī)接口領(lǐng)域歡迎創(chuàng)業(yè)公司們之間的這種你追我趕。當(dāng)然，不光是海外市場(chǎng)，中國腦機(jī)接口領(lǐng)域也正在迎來越來越多的競(jìng)爭(zhēng)者。2015年前后，包括BrainCo、念通智能、腦陸科技等企業(yè)都先后成立，參與到這場(chǎng)腦機(jī)接口的競(jìng)技中來。 那么，中國的腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)又是一個(gè)怎樣的發(fā)展現(xiàn)狀？

腦機(jī)接口在中國

2022年9月13日，中國科學(xué)院官網(wǎng)一則消息顯示：中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所唐鳳珍課題組針對(duì)頭皮腦電信號(hào)的解碼問題開展研究并取得進(jìn)展。消息稱，研究人員所提出的方法大幅度提高了腦信號(hào)解碼速度，有效降低腦機(jī)接口系統(tǒng)執(zhí)行命令的延遲，對(duì)推進(jìn)腦機(jī)接口在癱瘓病人運(yùn)動(dòng)康復(fù)上的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

再往前的9月5日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院正高級(jí)工程師、深港腦科學(xué)創(chuàng)新研究院研究員李驍健與其合作團(tuán)隊(duì)一項(xiàng)關(guān)于腦機(jī)接口的成果Bioresorbable thin-film silicon diodes for the optoelectronic excitation and inhibition of neural activities發(fā)布在在國際頂級(jí)期刊《自然》子刊Nature Biomedical Engineering上。

該團(tuán)隊(duì)利用光納米神經(jīng)遙控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)將腦機(jī)接口設(shè)備微器件化，可靈活精創(chuàng)植入，使用壽命可控，以及無線交互信息。 事實(shí)上，近幾年有越來越多的中國科研團(tuán)隊(duì)開始在腦機(jī)接口領(lǐng)域取得研究成果。其中，2020年初，浙江大學(xué)完成了國內(nèi)首例植入式腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化研究。該患者可以完全利用大腦運(yùn)動(dòng)皮層信號(hào)精準(zhǔn)控制外部機(jī)械臂與機(jī)械手實(shí)現(xiàn)三維空間的運(yùn)動(dòng)。值得關(guān)注的是，該團(tuán)隊(duì)早在2012年就已經(jīng)在猴子腦中進(jìn)行過腦機(jī)接口的實(shí)驗(yàn)。另外在2014年，該團(tuán)隊(duì)在人腦內(nèi)植入皮層腦電微電極，實(shí)現(xiàn)“意念”控制機(jī)械手完成高難度的“石頭、剪刀、布”手指運(yùn)動(dòng)。 我國腦機(jī)接口領(lǐng)域豐富的科研成果背后，是國家政策對(duì)該領(lǐng)域發(fā)展的大力支持。

早在2006年，國務(wù)院發(fā)布的《國家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》中就把“腦科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)”列入基礎(chǔ)研究八大科學(xué)前沿問題；2016年，《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》將“腦科學(xué)與類腦研究”列入“科技創(chuàng)新2030”重大項(xiàng)目；2021年，《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出要瞄準(zhǔn)人工智能、腦科學(xué)等前沿領(lǐng)域，實(shí)施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的國家重大科技項(xiàng)目。

腦機(jī)接口在中國的發(fā)展前景被廣泛看好。2022年8月，中科院院士、中科院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心學(xué)術(shù)主任蒲慕明就曾提到，未來5年內(nèi)，腦機(jī)接口技術(shù)的臨床應(yīng)用，幫助殘障人群、癱瘓者解決部分生活問題的產(chǎn)品將上市。 當(dāng)然，被認(rèn)為是“下一個(gè)千億市場(chǎng)”的腦機(jī)接口，無論是技術(shù)層面還是非技術(shù)層面，都仍有很多待解的難題。比如倫理問題、審查問題，以及科研成果轉(zhuǎn)化成臨床應(yīng)用等難題。對(duì)于投身其中的角色而言，必然是任重道遠(yuǎn)。不過在前沿科技的魅力之下，相信會(huì)有越來越多的人選擇進(jìn)入這一賽道。

參考資料： 1.《超車馬斯克，腦機(jī)接口創(chuàng)業(yè)公司率先在美國人大腦植入設(shè)備》； 2.《沈陽自動(dòng)化所在腦機(jī)接口信息處理技術(shù)研究方面取得進(jìn)展》； 3.《浙江大學(xué)完成國內(nèi)首例植入式腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化研究》； 4.《這家華人投資的腦機(jī)公司，會(huì)是馬斯克所投企業(yè)最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手嗎？》； 5.《美國神經(jīng)技術(shù)公司Kernel獲得5300萬美元投資》。

編輯：黃飛