现阶段脑机接口发展到哪里了？

在美国纽约西奈山医疗中心，一位名叫罗伯特·捷克的肌萎缩侧索硬化症（ALS）患者正在接受一场手术：神经介入外科医生Shahram Majidi博士将一块1.5英寸（3.81厘米）的设备——Strentrode通过颈静脉导管缓慢地送入捷克位于运动皮层内的血管中。

随后，当导管被移除时，一个圆柱形的空心金属丝网将会打开，并逐渐与血管的外缘融合…… 这场手术发生在2022年7月6日，两天后，捷克就回到了自己家中。手术将使得已经丧失了行动和说话能力的捷克可以通过意识操控电子设备，实现发送短信、在线购物等目的。 而实施这场手术的是一家叫作Synchron的美国脑机接口（Brain-Computer Interface，简称BCI）技术公司。就在一年前，该公司研发的植入式BCI产品Stentrode的临床研究性器械豁免（IDE）申请获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准。在此之前，Synchron已经在澳大利亚的4位病人身上实施了这个手术。

图：植入患者血管中的Stentrode设备；来源：Synchron “脑机接口”虽然已经被提出了几十年，但依然是一个充满科幻感的概念。不少读者对脑机接口的直接印象来自科幻电影，比如《黑客帝国》中，人类通过脑机接口与母体系统连接，被“关进”由母体虚构的世界里；《阿凡达》里，人类可以通过脑机接口控制“替身”（Avatar）的活动。 如今，这些科幻的情节正在一步步走进现实。事实上，脑机接口技术的潜力，早在20年前就受到学界、业界的认可。

2001年，《麻省理工科技评论》将脑机接口评为“全球十大突破性技术”之一。   20余年时间过去了，脑机接口已经从实验阶段逐步走向落地，正在肢体运动障碍诊疗、意识与认知障碍诊疗、神经疾病诊疗等场景发挥着作用。根据国际市场研究机构IMARC的数据，全球脑机接口的市场规模在2021年达到了15亿美元，该机构预测，脑机接口领域在2022年到2027年间将达到14.2％的年均复合增长率，市场规模到2027年将达到33亿美元。 那么，现阶段，脑机接口发展到哪里了？

  从科幻到现实

所谓脑机接口，是指在人或动物的大脑与外部设备之间创建直接连接，从而实现信息交换及控制。以人类目前对大脑的认知来看，大脑运动的本质是神经电信号的运动，而要解读大脑活动或指挥大脑，就需要对脑电信号进行采集、解读或是输入。而在脑机接口系统搭建过程中，最为关键的一环正是解读脑电信号。 脑机接口技术的发展，最早可以追溯到20世纪20年代。1924年，德国精神病学家汉斯·贝格尔首次记录到了脑电波，这也被认为是科学界对脑机接口技术探索的开端。不过，直到1977年，加州大学洛杉矶分校的雅克·维达尔用脑机接口一词来形容一个可以将脑电信号转化为计算机控制信号的系统，脑机接口这一术语才正式被提及、应用。

当然，由于技术水平的限制，彼时脑机接口更多还是处于一个科学幻想阶段。好莱坞的导演们也尽情发挥着他们的想象力，从《黑客帝国》《阿凡达》到《源代码》，多部经典科幻电影中都用到了脑机接口元素。 2000年，《自然》杂志刊登了一篇题目为Real Brains for Real Robots的文章，首次报道了从猴子的大脑皮层成功获取脑电信号并对千里之外的机器人进行了实时控制，实现了“Monkey Think，Robot Do”的实例。这项成果也是脑机接口技术在世纪之交所走到的发展阶段的一个很好的反映。 之后，随着神经科学及计算机技术的发展，脑机接口的相关研究成果也在加速涌现。

其中，在2014年，美国杜克大学实验室专门研制的用脑电波控制机械假肢的技术帮助了一位下肢瘫痪的29岁病人平托在巴西世界杯首场比赛上开出了第一球；2017年，Facebook就透露了公司的硬件实验室Building 8实现了“意念打字”，亦即能让人通过大脑直接打字；2019年，清华大学脑机接口研究组基于20年研究积累的成果，协助渐冻人实现意念打字，等等。 近几年，脑机接口技术也在逐渐褪去它的神秘感，变得越来越为大众所熟知。这其中的功劳，离不开高调的埃隆·马斯克。以Neuralink、Meta为代表的科技企业的入场，无疑正在加快脑机接口技术的商业化落地。

  马斯克不再领先

总部位于旧金山的Neuralink是马斯克在2016年投资建立，承载着他改造人类大脑的宏大目标。过去数年里，Neuralink的脑机接口实验对象从老鼠到猪，再到猴子，正一步步向人体靠近。  其中，在2020年8月，马斯克向外界展示了脑机接口设备无线实时读取猪脑信息的实验。手术机器人在几只实验猪的大脑中植入了最新版的Neuralink设备，实验猪的大脑活动通过无线传输到附近一台电脑上展示，当马斯克抚摸实验猪的鼻子时，它们的大脑神经元有所反应。

图：实验猪的脑电波；来源：Neuralink 到了2021年4月，实验对象从猪变成猴子。在Neuralink公布的一段视频里，一只大脑被植入了芯片的猴子，通过意念玩电子乒乓球游戏。   2022年8月22日，马斯克在社交媒体推特上表示，Neuralink将于10月31日举行“进度更新展示和讲述”。

图源：推特 而在NeuraLink前后，很多技术公司也进入到脑机接口领域。在海外脑机接口企业中，比较有代表性的如坐落在美国加州的Kernel，该公司成立于2000年，其神经科学服务平台NaaS（Neuroscience as a Service）的脑记录技术和设备，可帮助客户进行远距操作神经科学相关的实验。 另外一家脑机接口公司Paradromics的发展也值得关注。Paradromics成立于2015年，在2017年拿到了美国国防部下属研究机构DARPA1800万美元的投资。该公司第一款临床设备是为失去语言或打字能力的患者提供辅助通信设备。

目前来看，积极投入脑机接口的马斯克已不再领先。成立于2017年的脑机接口创业公司Synchron不仅在去年抢先NeuraLink获得了FDA批准，能够进行人体试验，而且在2019年该公司就已经在澳大利亚墨尔本将其研发的设备植入第一位人类患者体内。Synchron的前身是美国国防部高级研究计划局和国防部资助的墨尔本大学的一个实验室。2020年，FDA授予其产品stentrde“突破性设备”称号。 不管马斯克是否乐于见到这种来自同行的激烈竞争，但脑机接口领域欢迎创业公司们之间的这种你追我赶。当然，不光是海外市场，中国脑机接口领域也正在迎来越来越多的竞争者。2015年前后，包括BrainCo、念通智能、脑陆科技等企业都先后成立，参与到这场脑机接口的竞技中来。 那么，中国的脑机接口产业又是一个怎样的发展现状？

脑机接口在中国

2022年9月13日，中国科学院官网一则消息显示：中国科学院沈阳自动化研究所唐凤珍课题组针对头皮脑电信号的解码问题开展研究并取得进展。消息称，研究人员所提出的方法大幅度提高了脑信号解码速度，有效降低脑机接口系统执行命令的延迟，对推进脑机接口在瘫痪病人运动康复上的实际应用具有重要意义。

再往前的9月5日，中国科学院深圳先进技术研究院正高级工程师、深港脑科学创新研究院研究员李骁健与其合作团队一项关于脑机接口的成果Bioresorbable thin-film silicon diodes for the optoelectronic excitation and inhibition of neural activities发布在在国际顶级期刊《自然》子刊Nature Biomedical Engineering上。

该团队利用光纳米神经遥控技术，实现将脑机接口设备微器件化，可灵活精创植入，使用寿命可控，以及无线交互信息。 事实上，近几年有越来越多的中国科研团队开始在脑机接口领域取得研究成果。其中，2020年初，浙江大学完成了国内首例植入式脑机接口临床转化研究。该患者可以完全利用大脑运动皮层信号精准控制外部机械臂与机械手实现三维空间的运动。值得关注的是，该团队早在2012年就已经在猴子脑中进行过脑机接口的实验。另外在2014年，该团队在人脑内植入皮层脑电微电极，实现“意念”控制机械手完成高难度的“石头、剪刀、布”手指运动。 我国脑机接口领域丰富的科研成果背后，是国家政策对该领域发展的大力支持。

早在2006年，国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》中就把“脑科学与认知科学”列入基础研究八大科学前沿问题；2016年，《“十三五”国家科技创新规划》将“脑科学与类脑研究”列入“科技创新2030”重大项目；2021年，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出要瞄准人工智能、脑科学等前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。

脑机接口在中国的发展前景被广泛看好。2022年8月，中科院院士、中科院脑科学与智能技术卓越创新中心学术主任蒲慕明就曾提到，未来5年内，脑机接口技术的临床应用，帮助残障人群、瘫痪者解决部分生活问题的产品将上市。 当然，被认为是“下一个千亿市场”的脑机接口，无论是技术层面还是非技术层面，都仍有很多待解的难题。比如伦理问题、审查问题，以及科研成果转化成临床应用等难题。对于投身其中的角色而言，必然是任重道远。不过在前沿科技的魅力之下，相信会有越来越多的人选择进入这一赛道。

参考资料： 1.《超车马斯克，脑机接口创业公司率先在美国人大脑植入设备》； 2.《沈阳自动化所在脑机接口信息处理技术研究方面取得进展》； 3.《浙江大学完成国内首例植入式脑机接口临床转化研究 》； 4.《这家华人投资的脑机公司，会是马斯克所投企业最大的竞争对手吗？》； 5.《美国神经技术公司Kernel获得5300万美元投资》。      

编辑：黄飞