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)索硬化癥患者正在接受一場手術(shù)：神經(jīng)介入外科醫(yī)生馬吉迪博士將一塊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)動皮層內(nèi)的血管中。隨后，當(dāng)導(dǎo)管被移除時，一個圓柱形的空心金屬絲網(wǎng)將會打開，并逐漸與血管的外緣融合……

這場手術(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)喪失了行動和說話能力的捷克可以通過意識操控電子設(shè)備，實(shí)現(xiàn)發(fā)送短信、在線購物等目的。

而實(shí)施這場手術(shù)的是一家叫作Synchron的美國腦機(jī)接口技術(shù)公司。就在一年前，該公司研發(fā)的植入式腦機(jī)接口產(chǎn)品Stentrode的臨床研究性器械豁免申請獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局的批準(zhǔn)。在此之前，Synchron已經(jīng)在澳大利亞的4位病人身上實(shí)施了這個手術(shù)。

“腦機(jī)接口”雖然已經(jīng)被提出了幾十年，但依然是一個充滿科幻感的概念。不少讀者對腦機(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”的活動。

植入患者血管中的Stentrode設(shè)備

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，《麻省理工科技評論》將腦機(jī)接口評為“全球十大突破性技術(shù)”之一。

20余年時間過去了，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)動障礙診療、意識與認(rèn)知障礙診療、神經(jīng)疾病診療等場景發(fā)揮著作用。根據(jù)國際市場研究機(jī)構(gòu)IMARC的數(shù)據(jù)，全球腦機(jī)接口的市場規(guī)模在2021年達(dá)到了15億美元，該機(jī)構(gòu)預(yù)測，腦機(jī)接口領(lǐng)域在2022年～2027年間將達(dá)到14.2%的年均復(fù)合增長率，市場規(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。以人類目前對大腦的認(rèn)知來看，大腦運(yùn)動的本質(zhì)是神經(jīng)電信號的運(yùn)動，而要解讀大腦活動或指揮大腦，就需要對腦電信號進(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。

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可以將腦電信號轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)控制信號的系統(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，彼時腦機(jī)接口更多還是處于一個科學(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。

2 0 0 0年，《自然》雜志刊登了一篇文章，首次報(bào)道了從猴子的大腦皮層成功獲取腦電信號并對千里之外的機(jī)器人進(jìn)行了實(shí)時控制，實(shí)現(xiàn)了“猴子想機(jī)器動”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比賽上開出了第一球；2017年，臉書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，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)豬的大腦活動通過無線傳輸?shù)礁浇慌_電腦上展示，當(dāng)馬斯克撫摸實(shí)驗(yàn)豬的鼻子時，它們的大腦神經(jīng)元有所反應(yīng)。

猴子在玩乒乓球游戲

到了2021年4 月，實(shí)驗(yàn)對象從豬變成猴子。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于2022年10月31日舉行“進(jìn)度更新展示和講述”。

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利福尼亞州的Kernel，該公司成立于2000年，其神經(jīng)科學(xué)服務(wù)平臺NaaS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2 0 1 7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獲得了美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(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研究計(jì)劃局和國防部資助的墨爾本大學(xué)的一個實(shí)驗(yàn)室。2020年，美國食品藥品監(jiān)督管理局授予其產(chǎn)品stentrde“突破性設(shè)備”稱號。

不管馬斯克是否樂于見到這種來自同行的激烈競爭，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，中國腦機(jī)接口領(lǐng)域也正在迎來越來越多的競爭者。2015年前后，包括BrainCo、念通智能、腦陸科技等企業(yè)都先后成立，參與到這場腦機(jī)接口的競技中來。

那么，中國的腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)又是一個怎樣的發(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)院沈陽自動化研究所唐鳳珍課題組針對頭皮腦電信號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，對推進(jìn)腦機(jī)接口在癱瘓病人運(yùn)動康復(fù)上的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

再往前的2022年9月5日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院正高級工程師、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)接口的成果發(fā)布在國際頂級期刊《自然》子刊上。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)動皮層信號精準(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。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。

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《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006年～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；2 0 1 6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)和社會發(fā)展第十四個五年規(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“下一個千億市場”的腦機(jī)接口，無論是技術(shù)層面還是非技術(shù)層面，都還有很多待解的難題。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，相信會有越來越多的人選擇進(jìn)入這一賽道。