未来产业研究系列⑥：“意念”想天开，“脑机”接未来
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脑机接口实是脑科学最具有吸引力的研究领域。脑机接口有着“脑联万物”的技术变革雄心：通过脑机接口可实现大脑与智能终端的互联，将作为生物体的人类打造成“超人”；同时也有着“悲天悯人”的现实情感：它能有效修复运动感知功能，帮助高位截瘫、渐冻人、失明病人恢复独立生活的能力……
梦想的足音在地球生命中，无论是八爪鱼捕猎的吸盘手臂、或是国宝“滚滚”爬树的黑皮靴、还是可敬的“打工人”勤劳的双手，都在执行大脑的指令。相较于其他生物，人类大脑的进化无疑是最优秀的，它所展现的惊人创造力，以至于我们的身体不借助外在工具几乎不能将其变为现实……
电影《黑客帝国》中，人类通过脑机接口与母体连接并维系沟通……电影《阿凡达》中，人类可以通过脑机接口控制“替身”（Avatar）的活动……
时间在不紧不慢的前行，而今我们听到了梦想的脚步声：2022年11月30日，神经技术初创公司Neuralink在硅谷展示了一只名为Sake的猴子。猴子通过屏幕和植入大脑的传感设备来追踪屏幕上的移动光标，拼出了“Can I please have snacks”（我能吃点零食吗？）的英文短句——猴子全程和键盘没有物理接触……
看到这里，你或许会惊叹：通过意念来控制这个世界的时代真的到来了吗？我们每个人或有可能成为尼奥或崔妮蒂？各位看官先莫要激动，让我们先了解一下脑机接口到底是怎么回事。
天才的构想大脑的奥秘一直令人类群体中最聪明的那群“大神”深深着迷——百年来，科学家们不断尝试创造记录、操纵和引导大脑电信号的新方法……“脑机接口”则是其中最为大胆的构想。1973年科学家雅克·维达尔发表文章——《通向直接的脑机交流》，首次提出“脑机接口”这一术语，畅想通过建立大脑与外部设备的直接连接，从而实现信息的交换与响应。该文证明人们可以在精神上引导光标穿过一个简单的虚拟迷宫。2000年代初，杜克大学神经科学家米格尔·尼科莱利斯和他的合作者研究表明，植入神经接口的猴子可以用他们的思想控制机器人假肢。中科院上海微系统与信息技术研究所副所长、国家2020前沿实验室创始主任、上海脑虎科技有限公司创始人陶虎认为：“脑机接口作为人类大脑和世界沟通的渠道，已成为脑科学领域最重要的底层核心工具。”
群雄的逐鹿美国政府于1989年率先提出脑科学计划，并把20世纪最后10年命名为“脑的10年”。奥巴马政府于2013年正式宣布启动该计划，成为继人类基因组计划、曼哈顿工程、阿波罗计划之后，又一国家技术工程。未来该计划将持续投入超45亿美元。目前来看，美国脑机接口的研究推进最快，有超过30个大学机构、数百个研究组在从事该领域的研究。
欧盟几乎与美国同步启动了人类脑计划，并将其列入欧盟委员会未来和新兴技术的旗舰项目，有26个国家的135个合作机构参与。作为多国参与的科研项目，欧盟脑计划受到成员国的广泛质疑，目前欧盟决定停止对人类脑计划的下一个十年的资助。但欧盟各成员国的研究并未停止，英国、法国、荷兰、奥地利、瑞士等仍是全球脑机接口研究的重要参与者。
日本于2014年提出“日本脑/思维计划（Brain/MINDS） ”，提出在10 年内由日本教育部、文化部以及日本医学研究与发展委员会提供500亿日元的研发经费资助。理化研究所、国家生理科学研究所、东京大学、京都大学、大阪大学等一些科研机构已在该领域取得重大研究进展。
我国早在《国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006—2020年)》中，把“脑科学与认知”列入基础研究8个科学前沿问题之一。2013年“中国脑计划”便开始酝酿，2016年正式启动，在上海和北京分别成立南北研究中心，目前已持续推进数年。2021年3月，国家“十四五”规划纲正式将脑机接口列入“十四五”时期科技前沿领域攻关项目。中国科学院、清华大学、浙江大学、上海交大、复旦大学、电子科大、华南理工等高校院所是我国脑机接口研究的中间力量。
创新的殊途脑机接口有公认的三类技术路线——“侵入式”“非侵入式”“半侵入式”。其中“半侵入式”是前两种技术的折中路线。
“侵入式”脑机接口技术需通过手术将信号采集电极侵入大脑灰质，其优点是采集到的脑电信号信息量大、信号质量和时空分辨率高，可以更好地实现对外部设备即时、精确的控制。“侵入式”脑机接口在实验室里主攻的是解决更庞大的脑科学和神经科学的问题，比如治疗癫痫、ALS、阿尔兹海默病、自闭症、抑郁症等疾病。侵入式脑机接口技术为有创手术，存在对人脑造成不可逆伤害的风险。脑虎创始人陶虎认为：“侵入式”脑机接口经历了三次重大技术创新，其一是Utah硬质电极系统，但需要通过开颅手术侵入；其二是Stentrode血管电极系统，可颈静脉侵入；其三是Neuralink柔性电极系统，前文提到的猴子Sake就是该项技术的应用。总体来看，目前的“侵入式”和“半侵入式”脑机接口主要处于实验阶段，面临的核心瓶颈还有待突破：一是脑机植入的安全性仍然难以保障，大规模推广使用还有很多医学和伦理风险；二是技术性能与实际需求还有很大差距。目前脑机电极系统的记录带宽提升缓慢，通道只能做到1000个左右，而大脑却有高达800多亿神经元。
“非侵入式”脑机接口技术将信号采集装置置于颅骨之外，虽无需手术，但也面临不少技术瓶颈。由于隔着头骨，并且大脑神经元信号一直在变化，导致信号采集和分析的难度很大。正如强脑科技（BrainCo）公司创始人韩璧丞所言：“在不开颅的情况下去听一个人的脑电波，好比在8万人的世界杯球赛场馆墙外去听主教练讲话的内容，中间需要过滤掉8万球迷的噪音。”不过“非侵入式”脑机接口技术应用的风险和阻力则要小很多，目前已有成功商用的产品。
进击的先锋脑机接口已经成为资本追捧和科技巨头争抢的风口，据有关机构预测，未来10到20年，全球脑机接口产业将产生多达2000亿美元的经济价值，已经涌现一批著名的先锋企业。
1）Synchron。该企业脱胎于美国国防部高级研究计划局资助的墨尔本大学的一个脑类科学实验室，目前总部位于美国纽约。Synchron是全球第一家获得FDA批准对永久植入性设备进行人体临床试验的脑机接口公司，得到来自微软联合创始人比尔·盖茨和亚马逊创始人杰夫·贝佐斯的风险投资。Synchron采用颈静脉注射方式将脑机设备植入到大脑运动皮层下，然后与血管壁进行融合固定，此方法避免开颅，安全性更高，感染风险更小。
2）Neuralink。该企业由埃隆马·马斯克联合多名学者和工程师成立的侵入式脑机接口科技公司，总部设在美国旧金山。Neuralink构建了小而灵活的电极“线”阵列，每个阵列有三千多个电极分布在96个“线”上。Neuralink还建立了一个神经外科手术机器人，该机器人工作精度可以达到微米级，最大程度减少对脑功能的损害。该机器人每分钟可以插入6根线，两个小时可以完成植入手术。
3）脑虎科技。该企业位于中国上海，依托中科院上海微系统和信息技术研究所强大的科研力量，借用集成电路的开发模式，致力于侵入式脑机接口的研究。脑虎科技目前已在柔性深部电极、皮层电极、集成式BCI、高通量神经信号采集系统等领域实现核心技术突破，成功研制关键器件，产品在部分性能上超过了Neuralink。4）强脑科技。强脑科技总部位于浙江杭州，是首家入选哈佛大学创新实验室的中国团队，目前已是全球融资总量最高的脑机领域科技企业之一，已成为全球领先的非侵入式脑机接口技术解决方案供应商。相较于其他公司，强脑科技更加关注于科技成果的商业化应用，目前在康复、健康、教育领域已经有数款产品上市，发展前景不可小觑。
注：本文部分素材来源于脑虎科技创始人陶虎博士在“上海市产业技术创新大会未来产业高峰论坛”的演讲。内容未经演讲者审议，仅代表编者观点。
参考资料：
[1]让猴子“意念打字”：脑机接口研究新成果[J].中国总会计师,2022(12):188-189.
[2]钱丽娜，王倩.“脑机接口”从科幻走进现实[J].经营管理者，2023(02):39-43.
[3]Nature.美脑机接口最新研究进展[J].机器人技术与应用,2022(06):4.
[4]中关村产业研究院，七家值得关注的全球脑机接口代表性企业，https://cpu.baidu.com/pc/1022/275122716/detail/75008631304734605/news?chk=1.
[5]中国神经科学学会，https://www.cns.org.cn/
[6]Synchron：https://synchron.com/about-us.
[7]Neuralink：https://neuralink.com/about/.
[8]脑虎科技: https://www.neuroxess.com/.
[9]强脑科技：https://www.brainco.cn/.
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编者：任柯柯
编辑：龙彦霖
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原标题：《未来产业研究系列⑥：“意念”想天开，“脑机”接未来》