上善若水

《黑客帝國(guó)》中那個(gè)人類通過(guò)腦機(jī)接口與母體連接并維系溝通的未來(lái)離我們的生活越來(lái)越近了?！豆C(jī)動(dòng)隊(duì)》《銀翼殺手》《黑客帝國(guó)》等科幻片中的腦機(jī)接口黑科技，是無(wú)數(shù)科幻迷眼中賽博朋克文化的標(biāo)配，而在特斯拉、華為等眾多科技企業(yè)的努力下，這樣的場(chǎng)景正漸漸同現(xiàn)實(shí)世界重疊在一起。

2014年巴西世界杯開(kāi)幕式上，在全球超10億觀眾的見(jiàn)證下，一名身穿鋼鐵俠式緊身衣的截癱青年借助一副“機(jī)械戰(zhàn)甲”外骨骼裝置，用腦電波控制自己的“腳”踢出了第一球。這一瞬間無(wú)疑令人驚嘆，又無(wú)不充滿感動(dòng)。這是科技史上首個(gè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械外骨骼裝置受癱瘓患者大腦活動(dòng)控制的案例，人腦與機(jī)器之間的交互迎來(lái)了歷史性突破。近年來(lái)，伴隨神經(jīng)科學(xué)與相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，人機(jī)交互的模式也在不斷演進(jìn)與變化。作為神經(jīng)科學(xué)最前沿的領(lǐng)域，腦機(jī)接口成為當(dāng)下最新一代的人機(jī)交互方式，得到了世界各國(guó)的充分重視與布局支持。

公開(kāi)資料顯示，腦機(jī)接口（Brain-computer interface，BCI）是一種不依賴由外圍神經(jīng)和肌肉組成的正常輸出通路的通信系統(tǒng)。狹義的腦機(jī)接口是腦機(jī)連接通路概念，廣義的腦機(jī)接口則是實(shí)現(xiàn)腦機(jī)交互的通信系統(tǒng)。BCI主要包括四個(gè)部分：信號(hào)采集、信號(hào)處理、控制外設(shè)和神經(jīng)反饋。神經(jīng)反饋是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它將輸出式BCI與輸入式BCI連接在一起形成交互式的閉環(huán)系統(tǒng)，即交互式BCI，從而真正實(shí)現(xiàn)腦機(jī)交互。

通俗來(lái)講，腦機(jī)接口系統(tǒng)由七大部分組成：大腦、腦信號(hào)采集、腦信號(hào)預(yù)處理、信號(hào)解析、控制接口、外部控制設(shè)備和神經(jīng)反饋，形成了一個(gè)閉環(huán)。外部設(shè)備可以是不同型號(hào)的計(jì)算機(jī)或各類器械設(shè)備，如日常的筆記本電腦，用于治療用途的腦起搏器，或是輪椅、假肢等外部控制設(shè)備。

1924年，德國(guó)精神醫(yī)學(xué)家貝格爾發(fā)現(xiàn)腦電波，開(kāi)啟人類對(duì)腦電的數(shù)字化記錄。1970年，腦機(jī)接口的第一篇論文出現(xiàn)，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局也開(kāi)始涉足腦機(jī)接口領(lǐng)域。2004年，腦機(jī)接口從科學(xué)論證階段跨越到了應(yīng)用實(shí)驗(yàn)階段，代表事件是元老級(jí)BCI企業(yè)BrainGate實(shí)現(xiàn)了用侵入式腦機(jī)接口治療癱瘓患者，而這位癱瘓患者于2014年借助腦機(jī)接口與外骨骼在巴西世界杯完成開(kāi)球。

歷經(jīng)50多年的研究，當(dāng)前腦機(jī)接口終于開(kāi)始進(jìn)入技術(shù)爆發(fā)期。

作為生命科學(xué)和信息技術(shù)交叉融合的主戰(zhàn)場(chǎng)，腦機(jī)接口有著龐大的市場(chǎng)空間。腦機(jī)接口既是神經(jīng)修復(fù)最有效的工具，也是目前能完全解決癱瘓、中風(fēng)、帕金森等患者神經(jīng)功能受損的有效手段，此外它還是全面解析認(rèn)識(shí)大腦的核心關(guān)鍵技術(shù)，是國(guó)際腦科學(xué)最前沿研究的重要工具。

腦機(jī)接口按接入方式不同，可分為侵入式與非侵入式。侵入式接口需要經(jīng)外科手術(shù)將電極直接植入大腦皮層，理論上可以提供更高的“帶寬”，科學(xué)家在猴子身上實(shí)現(xiàn)的種種神奇都基于這一接入方式；非侵入式接口只需要在頭皮穿戴信號(hào)采集設(shè)備，但受制于人的頭骨材質(zhì)不導(dǎo)電，天然想象空間受限。而除了在康復(fù)醫(yī)療、助老助殘、疾病診斷等醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域外，還可以應(yīng)用在軍事、智能家居、娛樂(lè)、教育等領(lǐng)域。侵入式主要應(yīng)用在醫(yī)療場(chǎng)景，解決不可逆的腦功能受損病患的治療，非侵入式以安全、保守的特點(diǎn)優(yōu)選為娛樂(lè)等消費(fèi)級(jí)場(chǎng)景應(yīng)用。

豐富的應(yīng)用場(chǎng)景往往對(duì)應(yīng)著龐大的市場(chǎng)空間，雖然腦機(jī)接口目前仍處于發(fā)展初期，但市場(chǎng)前景仍較為廣闊。據(jù)中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院公布的《腦機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)化白皮書(shū)2021》顯示，2019年全球腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)模約12億美元，預(yù)計(jì)2027年達(dá)37億美元，CAGR15.5%，目前下游醫(yī)療保健領(lǐng)域占比62%，其次為疾病治療。麥肯錫預(yù)測(cè)未來(lái)10到20年，全球腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生700億～2000億美元經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

而億歐智庫(kù)研報(bào)也顯示，從2019年至2024年，全球腦機(jī)市場(chǎng)規(guī)模由12億美元增長(zhǎng)至24.9億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率為15.5%。據(jù)預(yù)測(cè)，2025年，全球腦機(jī)市場(chǎng)規(guī)模將迎來(lái)第1個(gè)突破性增長(zhǎng)至50億美元。至2027年，全球腦機(jī)接口將實(shí)現(xiàn)突破100億美元市場(chǎng)規(guī)模。2031年，全球腦機(jī)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到450億美元。至2035年，全球腦機(jī)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到千億級(jí)美元。

2021年中國(guó)腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)模約為6億元，對(duì)應(yīng)潛在需求市場(chǎng)近550億元。同時(shí)，伴隨著十四五規(guī)劃、技術(shù)爆發(fā)、數(shù)字化進(jìn)程加快等客觀條件及因素，該市場(chǎng)在未來(lái)十年被持續(xù)看好。億歐智庫(kù)預(yù)測(cè)中國(guó)腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)模將于2031年達(dá)到945億，潛在市場(chǎng)規(guī)模也將于屆時(shí)突破1300億元。

龐大的市場(chǎng)空間加上對(duì)技術(shù)體系的推動(dòng)，讓腦機(jī)接口在全球范圍內(nèi)得到大力支持。美國(guó)、日本、韓國(guó)、澳大利亞等多國(guó)政府、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)都已加速布局腦機(jī)接口，搶占全球腦科學(xué)競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略高地。中國(guó)對(duì)腦機(jī)接口技術(shù)的重視程度不亞于發(fā)達(dá)國(guó)家，近兩年已經(jīng)將此技術(shù)上升為國(guó)家戰(zhàn)略。北京、上海、杭州等城市率先響應(yīng)政策，出臺(tái)相應(yīng)地方政策鼓勵(lì)腦機(jī)企業(yè)在當(dāng)?shù)芈涞厣?/p>

從特斯拉汽車(chē)、Optimus（擎天柱）機(jī)器人到星鏈計(jì)劃、火星移民計(jì)劃……馬斯克的思維和想法總是那么跳躍，最為關(guān)鍵的是憑借龐大的財(cái)力，其想法總能得到踐行的機(jī)會(huì)。而2019年以來(lái)，馬斯克的腦機(jī)接口公司Neuralink 屢次掀起輿論熱潮。

2019年7月17日，Neuralink首次對(duì)外宣布成果——一款腦機(jī)接口系統(tǒng)。其原理是用長(zhǎng)得像縫紉機(jī)一樣的機(jī)器人，向大腦中植入超細(xì)柔性電極來(lái)監(jiān)測(cè)神經(jīng)元活動(dòng)。整個(gè)系統(tǒng)包含3000多個(gè)電極，它們與比頭發(fā)絲還細(xì)的柔性細(xì)絲相連。Neuralink還定制了一款微小芯片，可以通過(guò) USB-C 的有線連接方式傳輸數(shù)據(jù)。

Neuralink神經(jīng)外科主任Matthew McDougall當(dāng)時(shí)介紹，公司的第一個(gè)臨床試驗(yàn)將針對(duì)因脊髓上部損傷而完全癱瘓的人群，通過(guò)腦機(jī)接口將大腦信號(hào)傳遞給植入在耳后的一個(gè)小裝置，再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。

2020年8月末，Neuralink舉行發(fā)布會(huì)，用“三只小豬”演示了可實(shí)際運(yùn)作的腦機(jī)接口芯片和自動(dòng)植入手術(shù)設(shè)備。其中一只豬已經(jīng)植入腦機(jī)接口設(shè)備兩個(gè)月并活蹦亂跳，另一只曾植入電極又取了出來(lái)，最后一只則未植入任何設(shè)備。馬斯克在直播中聲稱，Neuralink的最終潛力幾乎是無(wú)限的，例如可以用心靈感應(yīng)召喚一輛自動(dòng)駕駛中的特斯拉?！翱梢越鉀Q失明、可以解決癱瘓、可以解決聽(tīng)力”。

2021年2月，馬斯克在音頻社交應(yīng)用Clubhouse上透露，該公司已成功地在一只猴子的大腦中植入腦機(jī)接口裝置，這只猴子現(xiàn)在可以用意念玩電子游戲了。

2022年11月30日，Neuralink舉辦了技術(shù)展示活動(dòng)“Show and Tell”，向觀眾展示了一段用意念打字的技術(shù)，馬斯克在會(huì)上表示，他的腦機(jī)接口公司Neuralink正在尋求美國(guó)監(jiān)管機(jī)構(gòu)的人體實(shí)驗(yàn)批準(zhǔn)，他預(yù)計(jì)該公司研發(fā)的大腦芯片接口將在6個(gè)月內(nèi)展開(kāi)人體臨床試驗(yàn)。馬斯克為Neuralink規(guī)劃的主要目標(biāo)是：解決大腦和脊柱損傷，通過(guò)芯片植入部分恢復(fù)視力和聽(tīng)力，以及治療老年癡呆癥。

以下是Neuralink過(guò)往歷程的關(guān)鍵發(fā)展節(jié)點(diǎn)：

·2017年4月：Neuralink首次出現(xiàn)在公眾視野中；

·2019年7月：馬斯克揭開(kāi)Neuralink的面紗，介紹了公司原型植入物N1傳感器；

·2020年8月：Neuralink通過(guò)基于活體豬的大腦接口實(shí)驗(yàn)，演示肢體追蹤功能；

·2021年4月：Neuralink演示猴子憑借意念完成乒乓球游戲；

·2021年7月：Neuralink獲得2.05億美元C輪融資。

面對(duì)前景廣闊的腦機(jī)市場(chǎng)，除特斯拉持續(xù)布局外，IBM、高通、Facebook等傳統(tǒng)科技企業(yè)，以及Neuralink、Blackrock Neurotech、Synchron等眾多初創(chuàng)公司均有布局，而我國(guó)華為、科大訊飛、三七互娛、BrainCo、博睿康、NeuraMatrix、腦陸科技等也在積極推動(dòng)腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展。

2022年11月下旬，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公布了一項(xiàng)專利，名為“人機(jī)交互方法、人機(jī)交互裝置及存儲(chǔ)介質(zhì)”，這項(xiàng)專利的申請(qǐng)人是華為公司與天津大學(xué)。專利摘要中介紹，可以讓用戶無(wú)需直視視覺(jué)刺激且快速下發(fā)不同的操作指令，提高用戶體驗(yàn)。科大訊飛在2017年與華南理工大學(xué)成立了腦機(jī)協(xié)同混合智能技術(shù)及應(yīng)用聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，在2018年與同濟(jì)大學(xué)合作推進(jìn)“腦智同飛”聯(lián)合研究中心、與北京師范大學(xué)共同合作發(fā)布了“訊飛教育腦計(jì)劃”、在上海成立了科大訊飛（上海）人工智能及腦科學(xué)研究院等，開(kāi)展了前瞻布局研究。

此外， 三七互娛近期也投資了一家腦機(jī)接口企業(yè)，投資標(biāo)的是華南腦控（廣東）智能科技有限公司。官網(wǎng)顯示，華南腦控是一家專注腦機(jī)智能技術(shù)研究與應(yīng)用的人工智能前沿高科技企業(yè)。

總體而言，國(guó)內(nèi)腦機(jī)接口企業(yè)大都在2015年及以后成立，以非侵入式技術(shù)路線為主，侵入式技術(shù)較為領(lǐng)先的研究機(jī)構(gòu)主要有浙江大學(xué)和北京腦科學(xué)與類腦研究中心的團(tuán)隊(duì)，以及2019年的新進(jìn)入者NeuraMatrix公司。其中，2020年初，浙江大學(xué)附屬醫(yī)院完成了國(guó)內(nèi)首例Utaharray電極植入。

目前，腦機(jī)接口技術(shù)尚未形成從讀取到反饋的完整閉環(huán)，其重要意義在于打開(kāi)人機(jī)交互的新范式，未來(lái)有望逐步延伸至游戲、教育、智能家居、軍事等領(lǐng)域，應(yīng)用市場(chǎng)的打開(kāi)將為商用芯片/通信IP廠商打開(kāi)全新的市場(chǎng)空間。