20多年前，《黑客帝國(guó)》上映，影片中展示的連接人腦和電腦的大型裝置令人深刻印象， 這套設(shè)備便是腦機(jī)接口。在2018年的電影《升級(jí)》中，腦機(jī)接口進(jìn)化成為一個(gè)微小的芯片，融合人工智能，讓高位截癱病人恢復(fù)正常。

“其實(shí)，通過(guò)科幻電影就能看到腦機(jī)接口的發(fā)展歷程?！睂幘乜萍悸?lián)合創(chuàng)始人白碩告訴生輝?！?0年前《黑客帝國(guó)》的腦機(jī)接口需要電纜和主機(jī)，整個(gè)裝置非常龐大，屬于上一代設(shè)備，而3年前《升級(jí)》中所展示的才是未來(lái)10年腦機(jī)接口的發(fā)展方向。而這也是我們正在研發(fā)中的下一代腦機(jī)接口，特點(diǎn)是無(wú)線、微型、多通道、采集刺激一體。”

雖然腦機(jī)接口的概念早在幾十年前就已經(jīng)提出，但直到馬斯克創(chuàng)立了Neuralink才真正被引爆，腦機(jī)接口正式進(jìn)入大眾視野，同時(shí)也得到了資本的青睞。

寧矩科技聯(lián)合創(chuàng)始人白碩

寧矩科技成立于2019年11月，是清華大學(xué)電子系孵化的科技公司，主要聚焦腦機(jī)接口材料、芯片與系統(tǒng)。該公司整合集成電路技術(shù)和生物材料技術(shù)于一體開(kāi)發(fā)下一代腦機(jī)接口， 自主研發(fā)可長(zhǎng)期植入的無(wú)線超小信息交互終端設(shè)備， 為高數(shù)據(jù)通量的神經(jīng)信號(hào)獲取與解析、神經(jīng)行為的干預(yù)與調(diào)控提供解決方案。

據(jù)悉， 寧矩科技于今年3月完成數(shù)百萬(wàn)美元的Pre-A輪融資，投資方為經(jīng)緯創(chuàng)投;11月， 完成億元人民幣的A輪融資，由華蓋資本、Prosperity7Ventures聯(lián)合領(lǐng)投，經(jīng)緯創(chuàng)投跟投。

首款腦機(jī)接口商用芯片完成流片

腦機(jī)接口可以看作是芯片技術(shù)和生物材料這兩個(gè)毫不相干領(lǐng)域的有機(jī)融合，存在一定技術(shù)壁壘，寧矩科技的研發(fā)團(tuán)隊(duì)均來(lái)自生物材料、芯片及軟件等專業(yè)，博士占比超過(guò)70%。

目前，寧矩科技自研的首款腦機(jī)接口專用系統(tǒng)級(jí)芯片已經(jīng)流片成功，預(yù)計(jì)明年搭載自研芯片的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。據(jù)了解，這款芯片面積約0.5cm?，擁有128通道，同時(shí)還集成了采集刺激模塊、無(wú)線發(fā)射模塊以及算法模塊。

寧矩科技腦機(jī)接口專用芯片

“內(nèi)在驅(qū)動(dòng)外在，芯片技術(shù)升級(jí)驅(qū)動(dòng)整個(gè)設(shè)備升級(jí)，而這帶來(lái)的是應(yīng)用場(chǎng)景顛覆性的變化?！卑状T表示。伴隨著芯片的升級(jí)，比如通道更多、抗噪更強(qiáng)、體積更小、功耗更低、集成度更高，同時(shí)還兼具無(wú)線傳輸。

雖然國(guó)內(nèi)也有一些腦機(jī)接口公司從事芯片設(shè)計(jì)，但大部分只是用于展示，并沒(méi)有真正落地實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)和商用?！癗euraMatrix專用芯片設(shè)計(jì)是內(nèi)核驅(qū)動(dòng)，并且已經(jīng)推出了國(guó)內(nèi)首款商用芯片，未來(lái)可以搭載在醫(yī)療設(shè)備中進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)和使用。技術(shù)，可以說(shuō)是我們核心的競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)也是資本比較看好的原因?！彼赋?。

明年計(jì)劃推進(jìn)到人體試驗(yàn)階段

大腦中的神經(jīng)元通過(guò)電信號(hào)（神經(jīng)元放電）執(zhí)行功能，這也是腦機(jī)接口所需要獲取的信號(hào)，頻率范圍在2Hz～20000Hz之間。電信號(hào)由大腦的神經(jīng)元發(fā)出經(jīng)過(guò)組織、顱骨等傳導(dǎo)到腦外，高頻信號(hào)大幅衰減，因此在腦外只能采集到<100Hz的低頻信號(hào)。

所以，非侵入式的腦機(jī)接口設(shè)備（如腦電帽）只能執(zhí)行一些“初級(jí)功能”，比如在安靜的環(huán)境中監(jiān)測(cè)睡眠質(zhì)量等。

“在我看來(lái)，非侵入式腦機(jī)接口更多的應(yīng)用僅僅是一種輔助手段，而侵入式腦機(jī)接口才是真正能給我們帶來(lái)顛覆性變革的技術(shù)?！彼a(bǔ)充說(shuō)。

寧矩科技主導(dǎo)“采集刺激一體化”的侵入式腦機(jī)接口，除了電信號(hào)采集，還能夠進(jìn)行電刺激干預(yù)。從發(fā)病機(jī)理角度來(lái)看，帕金森綜合癥、癲癇等疾病其實(shí)是不同腦區(qū)的一些核團(tuán)存在異常電信號(hào)，這些信號(hào)通常為高頻信號(hào)且位于大腦深處，非侵入式腦機(jī)接口難以監(jiān)測(cè)和刺激。

動(dòng)物試驗(yàn)植入電極

侵入式腦機(jī)接口通過(guò)將電極植入到大腦該區(qū)域，即可精確地獲得該腦區(qū)從低頻到高頻的所有信號(hào)，同時(shí)還可以通過(guò)實(shí)時(shí)地、精準(zhǔn)地電信號(hào)刺激進(jìn)行“干預(yù)”，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)該疾病的治療?！皩?duì)于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究和治療，甚至未來(lái)對(duì)于人體機(jī)能增強(qiáng)、記憶的讀寫(xiě)等， 只能通過(guò)侵入式腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)?！卑状T指出。

以帕金森病為例，目前緩解或治療該病通常是在患者大腦植入腦起搏器（DBS）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。DBS是誕生于20年前的醫(yī)療設(shè)備，“而我們要做的（腦機(jī)接口）屬于下一代設(shè)備。” 他說(shuō)。DBS治療需要進(jìn)行開(kāi)顱手術(shù)植入電極以及皮下走線，將DBS主機(jī)（約半個(gè)手掌大小）植入到患者鎖骨位置，對(duì)患者造成的痛苦和風(fēng)險(xiǎn)都比較大。

另外，DBS搭載的是通用芯片，大都為單通道刺激，無(wú)法進(jìn)行信號(hào)采集，整個(gè)設(shè)備功耗較高?！拔覀兡X機(jī)接口無(wú)線設(shè)備體積為骰子大小，通過(guò)微創(chuàng)手術(shù)即可完成植入，整個(gè)設(shè)備功耗為微瓦級(jí)別，搭載專用芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)多通道采集刺激一體化?！?他補(bǔ)充道。

目前，寧矩科技已經(jīng)與國(guó)內(nèi)公司展開(kāi)合作，在帕金森綜合癥和癲癇等疾病的信號(hào)采集方面取得了較大進(jìn)展，不但體積更小，而且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控、無(wú)線傳輸?shù)??！拔磥?lái)一年內(nèi)我們或可推進(jìn)到人體試驗(yàn)階段?！?白碩指出。

現(xiàn)階段主攻科研設(shè)備，未來(lái)轉(zhuǎn)向醫(yī)療器械

目前， 我國(guó)的高端科研設(shè)備和醫(yī)療器械主要依賴于進(jìn)口。從事腦科學(xué)研究離不開(kāi)腦機(jī)接口設(shè)備，而就在不久前，美國(guó)商務(wù)部計(jì)劃將腦機(jī)接口技術(shù)列入出口管制，研發(fā)具有中國(guó)自主產(chǎn)權(quán)的腦機(jī)接口迫在眉睫。

現(xiàn)階段， 寧矩科技正為一些科研院所（比如中科院、清華等）以及大型醫(yī)院（比如天壇醫(yī)院、宣武醫(yī)院等）提供科研設(shè)備，另外，也將基于客戶需求進(jìn)行設(shè)備的優(yōu)化改進(jìn)和迭代升級(jí)，同時(shí)，還針對(duì)帕金森綜合癥、癲癇、脊髓癱瘓和面癱等疾病與醫(yī)院一起探索全新的治療方案。

“現(xiàn)階段，NeuraMatrix的主要業(yè)務(wù)是科研設(shè)備，而未來(lái)將會(huì)轉(zhuǎn)向醫(yī)療器械，包括二類以及三類醫(yī)療器械。”白碩表示。據(jù)介紹，寧矩科技將開(kāi)發(fā)一種“電子顱骨”，通過(guò)在顱骨開(kāi)小孔進(jìn)行電極植入，將把芯片、電池等設(shè)備鑲嵌在顱骨上，全程只需要一個(gè)微創(chuàng)手術(shù)即可完成，減少患者所受痛苦，手術(shù)的難度和風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)大幅降低。

“NeuraMatrix中長(zhǎng)期的發(fā)展規(guī)劃主要是針對(duì)疾病，特別是神經(jīng)系統(tǒng)疾病?！卑状T表示。據(jù)了解，如今包括癲癇、帕金森病、阿爾茨海默病等在內(nèi)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病已經(jīng)超過(guò)腫瘤成為全球第一大類疾病，依托腦機(jī)接口微型化和多通道等優(yōu)勢(shì)，能夠讓先前難以治愈的疾病得到很好的治療。另外，以前做動(dòng)物試驗(yàn)過(guò)程中并沒(méi)有建模規(guī)范，未來(lái)可以通過(guò)腦機(jī)接口對(duì)治療前中后期的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。

技術(shù)層面國(guó)內(nèi)外差距不大

關(guān)于國(guó)內(nèi)外的腦機(jī)接口企業(yè)， “ 我認(rèn)為，國(guó)內(nèi)外的公司其實(shí)不存在特別大的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，因?yàn)槟壳斑€遠(yuǎn)沒(méi)到‘星火燎原的地步，這些公司都在不同的技術(shù)層面、應(yīng)用層面進(jìn)行各種探索和嘗試?！卑状T說(shuō)道。

公司層面，目前國(guó)外從事腦機(jī)接口研究的企業(yè)數(shù)量并不算多，較有代表性的是馬斯克的Neuralink，而國(guó)內(nèi)的腦機(jī)接口企業(yè)根據(jù)側(cè)重點(diǎn)不同，主要分為幾類：

提及為什么選擇從底層技術(shù)進(jìn)行推進(jìn)，白碩認(rèn)為，“我們基于自身的技術(shù)積累，從底層技術(shù)、芯片設(shè)計(jì)做起，以期在未來(lái)的一些應(yīng)用場(chǎng)景提供全新的解決方案，畢竟，只有底層技術(shù)進(jìn)步才能為腦機(jī)接口整體應(yīng)用帶來(lái)質(zhì)的飛躍。”

“技術(shù)層面，我覺(jué)得國(guó)內(nèi)外的差距不是很大，寧矩科技自主研發(fā)的芯片、設(shè)備等參數(shù)并不比馬斯克的Neuralink落后很多，甚至一些參數(shù)指標(biāo)（比如功耗、抗噪等）還更有優(yōu)勢(shì)?！卑状T指出?！皩幘乜萍紙F(tuán)隊(duì)成員大都是海外歸國(guó)，時(shí)間上也基本與馬斯克的Neuralink同時(shí)起步。更為關(guān)鍵的是，未來(lái)依托中國(guó)龐大的市場(chǎng)規(guī)模，醫(yī)療受眾、落地場(chǎng)景等甚至可能比國(guó)外還要更好?！彼a(bǔ)充道。

隨著對(duì)侵入式腦機(jī)接口研究的不斷深入，“醫(yī)療領(lǐng)域肯定是首先獲益的?！卑状T指出。未來(lái)只需要通過(guò)微創(chuàng)手術(shù)植入一個(gè)微型設(shè)備，就能讓神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者能夠像正常人一樣生活。

從本質(zhì)上來(lái)講，腦機(jī)接口解決的其實(shí)是通訊問(wèn)題（即信號(hào)的收發(fā)），相較于低效的聲波，腦電波顯然是一種更為高效快速的信息交互方式，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，腦機(jī)接口未來(lái)將會(huì)替代人類目前這種交流方式。正如劉慈欣在科幻小說(shuō)《鄉(xiāng)村教師》中所描述的：高等文明的交流方式不應(yīng)該是通過(guò)聲波傳遞的。

不久的將來(lái)，隨著6G、量子通信等技術(shù)解決了超大數(shù)據(jù)量的傳輸問(wèn)題，屆時(shí)其搭配的終端很有可能就是腦機(jī)接口設(shè)備，通過(guò)植入一個(gè)微型設(shè)備與人體神經(jīng)系統(tǒng)直連，人們可以通過(guò)意念進(jìn)行交流， 甚至是視覺(jué)的共享、記憶的交互等都能夠?qū)崿F(xiàn)。

“ 不夸張地說(shuō)， 科幻電影中的很多場(chǎng)景，10年之后就可以變成現(xiàn)實(shí)。”白碩總結(jié)道。