上善若水

《黑客帝國》中那個人類通過腦機接口與母體連接并維系溝通的未來離我們的生活越來越近了?！豆C動隊》《銀翼殺手》《黑客帝國》等科幻片中的腦機接口黑科技，是無數(shù)科幻迷眼中賽博朋克文化的標配，而在特斯拉、華為等眾多科技企業(yè)的努力下，這樣的場景正漸漸同現(xiàn)實世界重疊在一起。

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

公開資料顯示，腦機接口（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)。狹義的腦機接口是腦機連接通路概念，廣義的腦機接口則是實現(xiàn)腦機交互的通信系統(tǒng)。BCI主要包括四個部分：信號采集、信號處理、控制外設和神經(jīng)反饋。神經(jīng)反饋是關鍵環(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，從而真正實現(xiàn)腦機交互。

通俗來講，腦機接口系統(tǒng)由七大部分組成：大腦、腦信號采集、腦信號預處理、信號解析、控制接口、外部控制設備和神經(jīng)反饋，形成了一個閉環(huán)。外部設備可以是不同型號的計算機或各類器械設備，如日常的筆記本電腦，用于治療用途的腦起搏器，或是輪椅、假肢等外部控制設備。

1924年，德國精神醫(yī)學家貝格爾發(fā)現(xiàn)腦電波，開啟人類對腦電的數(shù)字化記錄。1970年，腦機接口的第一篇論文出現(xiàn)，美國國防高級研究計劃局也開始涉足腦機接口領域。2004年，腦機接口從科學論證階段跨越到了應用實驗階段，代表事件是元老級BCI企業(yè)BrainGate實現(xiàn)了用侵入式腦機接口治療癱瘓患者，而這位癱瘓患者于2014年借助腦機接口與外骨骼在巴西世界杯完成開球。

歷經(jīng)50多年的研究，當前腦機接口終于開始進入技術爆發(fā)期。

作為生命科學和信息技術交叉融合的主戰(zhàn)場，腦機接口有著龐大的市場空間。腦機接口既是神經(jīng)修復最有效的工具，也是目前能完全解決癱瘓、中風、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識大腦的核心關鍵技術，是國際腦科學最前沿研究的重要工具。

腦機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”，科學家在猴子身上實現(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采集設備，但受制于人的頭骨材質(zhì)不導電，天然想象空間受限。而除了在康復醫(yī)療、助老助殘、疾病診斷等醫(yī)療服務領域外，還可以應用在軍事、智能家居、娛樂、教育等領域。侵入式主要應用在醫(yī)療場景，解決不可逆的腦功能受損病患的治療，非侵入式以安全、保守的特點優(yōu)選為娛樂等消費級場景應用。

豐富的應用場景往往對應著龐大的市場空間，雖然腦機接口目前仍處于發(fā)展初期，但市場前景仍較為廣闊。據(jù)中國電子技術標準化研究院公布的《腦機接口標準化白皮書2021》顯示，2019年全球腦機接口市場規(guī)模約12億美元，預計2027年達37億美元，CAGR15.5%，目前下游醫(yī)療保健領域占比62%，其次為疾病治療。麥肯錫預測未來10到20年，全球腦機接口產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生700億～2000億美元經(jīng)濟價值。

而億歐智庫研報也顯示，從2019年至2024年，全球腦機市場規(guī)模由12億美元增長至24.9億美元，復合增長率為15.5%。據(jù)預測，2025年，全球腦機市場規(guī)模將迎來第1個突破性增長至50億美元。至2027年，全球腦機接口將實現(xiàn)突破100億美元市場規(guī)模。2031年，全球腦機市場規(guī)模將達到450億美元。至2035年，全球腦機市場規(guī)模將達到千億級美元。

2021年中國腦機接口市場規(guī)模約為6億元，對應潛在需求市場近550億元。同時，伴隨著十四五規(guī)劃、技術爆發(fā)、數(shù)字化進程加快等客觀條件及因素，該市場在未來十年被持續(xù)看好。億歐智庫預測中國腦機接口市場規(guī)模將于2031年達到945億，潛在市場規(guī)模也將于屆時突破1300億元。

龐大的市場空間加上對技術體系的推動，讓腦機接口在全球范圍內(nèi)得到大力支持。美國、日本、韓國、澳大利亞等多國政府、科研機構和企業(yè)都已加速布局腦機接口，搶占全球腦科學競爭戰(zhàn)略高地。中國對腦機接口技術的重視程度不亞于發(fā)達國家，近兩年已經(jīng)將此技術上升為國家戰(zhàn)略。北京、上海、杭州等城市率先響應政策，出臺相應地方政策鼓勵腦機企業(yè)在當?shù)芈涞厣?/p>

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

2019年7月17日，Neuralink首次對外宣布成果——一款腦機接口系統(tǒng)。其原理是用長得像縫紉機一樣的機器人，向大腦中植入超細柔性電極來監(jiān)測神經(jīng)元活動。整個系統(tǒng)包含3000多個電極，它們與比頭發(fā)絲還細的柔性細絲相連。Neuralink還定制了一款微小芯片，可以通過 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當時介紹，公司的第一個臨床試驗將針對因脊髓上部損傷而完全癱瘓的人群，通過腦機接口將大腦信號傳遞給植入在耳后的一個小裝置，再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C。

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

2021年2月，馬斯克在音頻社交應用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舉辦了技術展示活動“Show and Tell”，向觀眾展示了一段用意念打字的技術，馬斯克在會上表示，他的腦機接口公司Neuralink正在尋求美國監(jiān)管機構的人體實驗批準，他預計該公司研發(fā)的大腦芯片接口將在6個月內(nèi)展開人體臨床試驗。馬斯克為Neuralink規(guī)劃的主要目標是：解決大腦和脊柱損傷，通過芯片植入部分恢復視力和聽力，以及治療老年癡呆癥。

以下是Neuralink過往歷程的關鍵發(fā)展節(jié)點：

·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通過基于活體豬的大腦接口實驗，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。

面對前景廣闊的腦機市場，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，而我國華為、科大訊飛、三七互娛、BrainCo、博?？?、NeuraMatrix、腦陸科技等也在積極推動腦機接口技術的發(fā)展。

2022年11月下旬，國家知識產(chǎn)權局公布了一項專利，名為“人機交互方法、人機交互裝置及存儲介質(zhì)”，這項專利的申請人是華為公司與天津大學。專利摘要中介紹，可以讓用戶無需直視視覺刺激且快速下發(fā)不同的操作指令，提高用戶體驗?？拼笥嶏w在2017年與華南理工大學成立了腦機協(xié)同混合智能技術及應用聯(lián)合實驗室，在2018年與同濟大學合作推進“腦智同飛”聯(lián)合研究中心、與北京師范大學共同合作發(fā)布了“訊飛教育腦計劃”、在上海成立了科大訊飛（上海）人工智能及腦科學研究院等，開展了前瞻布局研究。

此外， 三七互娛近期也投資了一家腦機接口企業(yè)，投資標的是華南腦控（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智能技術研究與應用的人工智能前沿高科技企業(yè)。

總體而言，國內(nèi)腦機接口企業(yè)大都在2015年及以后成立，以非侵入式技術路線為主，侵入式技術較為領先的研究機構主要有浙江大學和北京腦科學與類腦研究中心的團隊，以及2019年的新進入者NeuraMatrix公司。其中，2020年初，浙江大學附屬醫(yī)院完成了國內(nèi)首例Utaharray電極植入。

目前，腦機接口技術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人機交互的新范式，未來有望逐步延伸至游戲、教育、智能家居、軍事等領域，應用市場的打開將為商用芯片/通信IP廠商打開全新的市場空間。