与马斯克NeuraLink同赛道！国产芯片进军脑机接口，两项自主技术领先！

电子发烧友网报道（文/黄山明）近日，国内唯一具备侵入式技术能力的脑机接口平台公司NeuraMatrix完成了A轮融资，领投方为华盖资本，沙特阿美旗下多元化风投基金Prosperity7 Ventures以及经纬中国跟投。这家成立于2019年11月的初创企业，与马斯克旗下的NeuraLink同属一个赛道。
 
尤其难得的是，目前国内脑电信号采集设备严重依赖进口，而受到美国商务部将脑机接口列入出口管制名单的影响，美国脑科学领域相关医疗产品正在逐渐退出中国，这更显得NeuraMatrix的弥足珍贵。
 
从许多科幻电影或者作品中已经描绘了未来人们生活的场景，比如在《黑客帝国》中，人们通过后脑的接口，连接到虚拟世界“矩阵”当中，为机器人充当生物电池。再比如《攻壳机动队》中，通过在大脑皮层中植入纳米机械，增强信息处理能力，让人们可以直接连入网络，这些都是脑机接口的应用。
 
什么是脑机接口？
 
从20世纪50年代起，人们就开始研究意念，希望能够用意念来操控物体，就好像许多小说或者电影中的超能力一样。脑机接口的概念便是这个时候被提出的，英文全称为Brain-Computer Interface。通过生物电信号，让人脑意念与机械反应之间形成联系。
 
早在1929年，Hans Berger就实现了对人脑神经电信号的无创记录，这被广泛认为是脑机接口的神经生理学发端。1969年，科学家Eberhard Fetz便已经证明了猴子可以通过脑电信号来控制外部设备的可能性。从那时起，直到现在，相关研究员发布了众多利用各种不同类型的脑电信号做脑机接口设备的论文。
 

图源：NeuraMatrix

 
到了2019年7月，马斯克宣布，旗下的NeuraLink推出了一款产品，即一块微型计算机芯片，将这枚芯片植入大脑，能够通过大脑意念来控制电脑，意味着无需手动，就能在屏幕内操控软件，输入文字，意念购物等。
 
据了解，该芯片附着在直径仅4-6μm的嵌入电极的电线上，由一个神经外科机器人来操作，将其准确的嵌入脑组织。
 
不仅如此，按照马斯克的说法，这款产品还能够读取和解码大脑皮层中的神经活动。甚至不用动口或者展示面部表情，参与者的情绪以及想法都能够及时被体现出来。该产品使用到的是技术是local field potential（局部场电位信号），也是此前研究员们探讨的方向之一。
 
脑机技术的一个难点在于如何读取与写入，也就是如何知道用户的真实想法，以及如何传输给用户正确的信号。因此这就需要使用到电极或者探针，数量越多，密度越高也就越准确，总而言之，也就是需要检测到神经元的信号。
 

NeuraLink的脑机接口（图源：NeuraLink）

 
目前在信号检测上有两种途径，一种是侵入式，另一种是非侵入式。据NeuraMatrix方面透露，神经元信号检测需要覆盖从低频零点几赫兹到高频十数k赫兹的频段，但高频信号在对外释放时，经过脑组织和颅骨会屏蔽和吸收大部分。
 
如果采用非侵入式的头环或者电帽采集信号只能获得小于百赫兹的部分，相当于采集的信号信息丢失了90%，且信号精度较差。因此非侵入式脑机主要关注睡眠检测、专注度检测等，并且检测过程容易受到干扰，需要在安静的环境中。
 
中国地区的NeuraMatrix以及美国马斯克的Neuralink目前不约而同都选择了侵入式脑机，比如Neuralink的脑机接口系统植入的传输线由于非常细，在不损害本身的同时可以随着脑部进行位移，最大程度减少对大脑的损害。并且NeuraMatrix还开发了一款能够读取、清理、放大电脑信号的芯片。
 
NeuraMatrix目前也完成了系统级芯片的升级，百通道芯片仅半个指甲盖大小，据数据显示，在抗噪和无线两个指标上，还要优于Neuralink的产品。当然不论怎样，目前的脑机接口仍然需要数据线连接，并且侵入式仍存在人体安全风险，未来无线的非侵入式将成为必然方向。
 
能治病的脑机接口，还能接入元宇宙
 
听完以上的一些介绍，相信一些观众已经有些困惑，说了这么多，脑机接口到底能够做什么？为何费如此多成本开发脑机接口？
 
马斯克曾在接受媒体采访时表示，短期目标是为了治愈癫痫、阿尔茨海默病、帕金森等脑部疾病，还可以通过脑机接口来改善记忆力、增强大脑，后续还能达到类似《战斗天使：阿丽塔》中的人一样，只剩下大脑也能操作机械身体，这意味着那些瘫痪或者残疾的人群也能重获新生。
 
不过从治疗疾病来看，帕金森、癫痫等的病灶在深脑，而病灶脑区释放的信号属于高频，这意味着目前只能采用侵入式技术来连接脑机接口。
 

图源：Neuralink

 
另一方面，在治疗瘫痪患者时，已经可以通过脑机接口来让病人控制机械手完成简单的移动，比如抓握动作。但暂时还无法完成太过精细的操作，比如使用机械手指来剥橘子皮之类。
 
这并不是说目前的技术无法解码如此复杂的动作，而是这些动作本身对于只有视觉反馈的人而言还太过困难。可以试想一下，如果没有触觉，单纯依靠视觉来剥香蕉有多么难。
 
与此同时，想要将这一技术进行市场化普及还有漫长的道路需要走，最大的障碍在于机械肢体过于昂贵，并且无法被医保所覆盖。比如一只连接脑机接口的机械手臂，售价便达到50万美元，普通人很难承受。
 
除了在医疗领域的应用以外，在游戏领域脑机接口同样大有可为。比如瑞典的神经科学公司MindMaze便受到了资本的追捧，这家公司主要专注于将虚拟现实和运动捕捉跟大脑机器界面相结合，帮助病人从创伤中恢复。
 
同时，近期大火的元宇宙概念便是畅想未来人类生活在虚拟世界当中，而采用脑机接口与AR/VR设备相配合，将能够为用户带来更高的沉浸感。
 
通过脑机接口让用户彻底解放双手，实现只用大脑便能够控制虚拟世界中的人物，极大地提升用户游戏体验。
 
总体而言，通过脑机接口，不仅能够让治愈癫痫、阿尔茨海默病、帕金森等脑部疾病成为可能，还可能让瘫痪的病人重获新生，同时在远程操控、娱乐、社交等方面，脑机接口技术都能带来变革性的突破。
 
走向永生or深渊
 
我们已经知道目前研究脑机接口的方式有非侵入式，只在头骨外测绘脑波信号；非侵入式，可以在大脑皮层检测脑波信号；而更深入的为植入式，在脑组织中植入传感器以获取脑电波信号。
 
这些方式的优缺点都很明显，侵入大脑越深，信号检测越准，但危险系数也越高。而脑机接口本质就是将人脑和机械建立直接沟通的桥梁，信号越准确意味着操作越精细。
 
2021年4月，马斯克在社交媒体上发布了一段视频，画面中显示一只受过训练的猴子正在通过脑机接口玩游戏，并表示他的产品将会让瘫痪患者使用智能手机的速度，比使用手指的速度更快。
 
随着脑机接口技术的发展，未来社会人们生活社交的模式也必然将发生改变。比如在科幻电影中，许多外星人已经不再通过言语来交流，而是通过脑电波进行信息的交互，而在大脑中植入脑机芯片是有可能做到让双方只使用脑电波就达到相互交流的状态。
 
另一方面，脑机接口技术的发展，能够治愈脑部疾病以及为瘫痪患者带来福音，另一方面也意味着人类生物上的零件将可以随时更换，变成人造“钢铁侠”也并非没有可能。
 
就在前段时间，我国中科院动物研究所已经找到了“保持细胞年轻态”的分子开关，可以通过重设衰老的表观遗传时钟，使细胞老化的节奏放缓。相关研究员透露，这是一个表观遗传的酶，我们发现当这个开关开启的时候，人的细胞就会变得衰老，而这个开关如果关闭的时候，人的干细胞衰老速度就会减缓，甚至在一定程度上细胞衰老得以逆转。
 
如果与脑机接口相结合，意味着未来人们可能在保持一副“超人”体魄的同时，寿命也将大大增加，甚至有可能实现永生。
 
不过脑部科学目前仍然处于初级阶段，人类对于自己大脑的认知还太过浅显。在安装脑机接口时仍可能发生一些未知风险，如未知的神经机制，还存在伦理、失控等问题。甚至有可能因为成本问题，导致社会分层。这些问题不解决，那么脑机接口可能让人类走向深渊。
 
存在这些瓶颈的脑机接口技术，在十年以内很难看到有革命性的突破，并且脑机接口想要市场化还存在一个巨大的问题，每个人脑都是独一无二的，意味着即便脑机接口插入的位置一致，但不同人的效果可能天差地别，这就需要为每个客户单独提供一套神经解码方式，成本无疑是巨大的。
 
小结
 
如今随着马斯克以及相关研发脑机接口的公司陆续涌现，脑机接口技术重新站在了众人的面前。诚然脑机接口能够为一些患有脑部疾病以及瘫痪的人群带来福音，但当前技术仍然处于实验室当中。想要如科幻电影中的那样，让脑机接口市场化，可能还需要数十年。