近日，埃隆·馬斯克旗下的腦機(jī)接口公司Neuralink在推特上宣布，其腦植入物已獲得FDA的批準(zhǔn)，將啟動(dòng)首次人體臨床研究，目前該臨床試驗(yàn)尚未開始招募參與人員，未來將很快發(fā)布更多相關(guān)信息。

這個(gè)消息迅速引發(fā)熱烈討論與市場(chǎng)追捧。此前，Neuralink 已經(jīng)試過在老鼠、豬和猴子的大腦植入腦機(jī)接口芯片，2022年3月還曾遞交人體試驗(yàn)的申請(qǐng)被拒。但不得不說，Neuralink 動(dòng)作還是挺快，僅用3個(gè)月就將被拒理由的材料補(bǔ)齊，獲得了FDA的批準(zhǔn)。

(資料圖片僅供參考)

Neuralink這項(xiàng)即將進(jìn)行人體試驗(yàn)的技術(shù)，希望通過向人腦植入電極、芯片等裝置，建立連接人腦與外部設(shè)備的通信和控制通道，即腦機(jī)接口，從而實(shí)現(xiàn)用大腦生物電信號(hào)直接操控外部設(shè)備或以外部刺激調(diào)控大腦活動(dòng)的目的。

在Open AI“大殺四方”的當(dāng)下，若這一技術(shù)取得進(jìn)展和成功，相信在不遠(yuǎn)的將來對(duì)癱瘓患者恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能，治愈帕金森氏癥、阿爾茨海默氏癥等腦部疾病，以及幫助恢復(fù)失明患者視力等方面有著非凡的意義。未來，也許真的可以像馬斯克所期望的那樣“讓人腦與計(jì)算機(jī)融合，成為“半機(jī)械人”，幫助人類與 AI 實(shí)現(xiàn)共生，避免 AI 對(duì)人類造成“生存威脅”。

什么是腦機(jī)接口？

腦機(jī)接口（Brain computer interface，BCI）是在人腦與計(jì)算機(jī)或其它電子設(shè)備之間建立的直接交流和控制通道。

通過這種通道，一方面用戶可以直接通過大腦活動(dòng)來表達(dá)思想或操控設(shè)備；另一方面，外部設(shè)備則不斷地給大腦發(fā)送各種反饋信息，讓大腦及時(shí)調(diào)整控制策略，維持整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

從原理來看，腦機(jī)接口的實(shí)現(xiàn)，大致可以分為四步：腦電采集 → 信號(hào)獲取及處理?→?信號(hào)輸出（執(zhí)行）→?反饋。

根據(jù)“侵入性”，可將腦機(jī)接口分為侵入式、非侵入式和半侵入式腦機(jī)接口三類。

侵入式腦機(jī)接口通過手術(shù)等方式將信號(hào)采集裝置(電極)直接植入患者大腦皮層，以獲得高強(qiáng)度、高質(zhì)量的信號(hào)，但此種方式經(jīng)濟(jì)成本和安全風(fēng)險(xiǎn)均較高，極有可能引發(fā)免疫反應(yīng)和腦膠質(zhì)細(xì)胞結(jié)痂等炎癥反應(yīng)，從而導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降。

侵入式腦機(jī)接口技術(shù)難度最大，若有突破對(duì)人類發(fā)展貢獻(xiàn)也會(huì)更大，其目前主要應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域，最有可能率先落地并帶來市場(chǎng)收益的是神經(jīng)替代、神經(jīng)調(diào)控相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品，其技術(shù)難度也是最大的。目前，侵入式腦機(jī)接口公司中，進(jìn)入人體臨床試驗(yàn)階段的有Synchron、Onward 和 Neuralink三家。

Synchron 早在 2021 年就已獲得 FDA 批準(zhǔn)，開始試驗(yàn)，并于 2022 年 7 月宣布在美國首次植入腦機(jī)接口。其技術(shù)是微創(chuàng)的，通過一種類似血管支架的電極放置在大腦血管的內(nèi)部，來采集血管附近的神經(jīng)信號(hào)。

Neuralink 的侵入性方案則屬于“皮層刺入”路線，它直接將柔性電極絲植入大腦皮層之中。一般而言，越深入和靠近腦組織本身，腦電信號(hào)就越清晰和準(zhǔn)確。但畢竟要將外物植入大腦，很容易引起免疫反應(yīng)，人體可能會(huì)在電極和神經(jīng)組織之間生成疤痕組織，導(dǎo)致信號(hào)傳輸?shù)乃ネ耍踔料?。所以，這次的人體試驗(yàn)結(jié)果如何，的確很值得期待。

非侵入式腦機(jī)接口無需手術(shù)，是對(duì)人體創(chuàng)傷最小，采集方法最為簡單的腦電信號(hào)采集方式，將信號(hào)采集電極置于頭皮外部的非侵入式腦機(jī)接口，但由于電極與神經(jīng)元距離較遠(yuǎn)，測(cè)得的信號(hào)噪聲較大，對(duì)信號(hào)后期的處理要求較高。

非侵入式腦機(jī)接口技術(shù)多應(yīng)用在更廣泛的生活生產(chǎn)領(lǐng)域，正逐步在康復(fù)訓(xùn)練、教育娛樂、智能生活、生產(chǎn)制造等眾多方面為人類帶來福祉。代表性產(chǎn)品有云睿智能的優(yōu)夢(mèng)思額貼式睡眠記錄儀，主要通過貼附于額前采集分析腦電信號(hào)，來幫助鑒別和改善睡眠障礙，已經(jīng)獲得國家二類醫(yī)療器械證和美國FDA認(rèn)證，并進(jìn)入多家醫(yī)院提供全方位的腦電睡眠監(jiān)測(cè)管理服務(wù)。

半侵入式腦機(jī)接口處于上述兩者之間，通過手術(shù)方式植入電極，但電極處于皮膚下或顱腔內(nèi)，未達(dá)到大腦皮層。其信號(hào)質(zhì)量比非侵入式的更好，而相較于侵入式腦機(jī)接口，雖采集到的信號(hào)較弱，但免疫反應(yīng)和炎癥反應(yīng)發(fā)生率均較低，安全系數(shù)較高。采用這一類技術(shù)的公司目前較少。

腦機(jī)接口有哪些主要應(yīng)用領(lǐng)域？

1. 提供信息增強(qiáng)技術(shù)。

簡單來說，可以為那些癱瘓或有其他嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)缺陷的人提供新的通信增強(qiáng)技術(shù)。2022年Nature Communications上的一篇研究就借助能讀取大腦信號(hào)的植入式腦機(jī)接口，使一位罹患漸凍癥的男子選擇字母，組成通順的句子，完成日常交流。

2. 康復(fù)訓(xùn)練。

通過腦機(jī)接口技術(shù)，監(jiān)測(cè)到的腦電信息可以用于加工、反饋，針對(duì)多動(dòng)癥、中風(fēng)、抑郁癥等做對(duì)應(yīng)的恢復(fù)訓(xùn)練。例如，對(duì)于運(yùn)動(dòng)皮層相關(guān)部位受損的中風(fēng)病人，腦機(jī)接口可以從受損的皮層區(qū)采集信號(hào)，其次刺激失能肌肉或控制矯形器，改善手臂運(yùn)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)想象類腦機(jī)接口可以用于孤獨(dú)癥兒童的康復(fù)訓(xùn)練，提升他們對(duì)于感覺運(yùn)動(dòng)皮層激活程度的自我控制能力，從而改善孤獨(dú)癥的癥狀，亦可以通過腦電信號(hào)的反饋，訓(xùn)練使用者的專注力。

3. 腦科學(xué)研究與腦功能診斷。

腦機(jī)接口，可以幫助研究人類大腦的認(rèn)知、運(yùn)動(dòng)、情感等方面的機(jī)制，深入探究人類大腦的奧秘。?例如腦機(jī)接口可以幫助實(shí)時(shí)監(jiān)控和測(cè)量神經(jīng)系統(tǒng)狀態(tài)，輔助臨床判讀?！氨O(jiān)測(cè)”型腦機(jī)接口應(yīng)用方向十分多樣，包括測(cè)量視/聽覺障礙患者神經(jīng)通路狀態(tài)協(xié)助醫(yī)生定位病因，評(píng)測(cè)陷入深度昏迷患者的意識(shí)等級(jí)等等。除此之外，通過結(jié)合腦電、視頻等多元信息進(jìn)行診療，能夠輔助醫(yī)生判讀腦損傷、腦發(fā)育等多種臨床適應(yīng)癥。

4. 人機(jī)交互。

通過腦機(jī)接口技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更加智能的人機(jī)交互，如控制家用電器、智能機(jī)器人、VR設(shè)備等等。??

5. 軍事安全。

腦機(jī)接口技術(shù)可以用于軍事領(lǐng)域，如控制戰(zhàn)斗機(jī)、導(dǎo)彈等，提高作戰(zhàn)效率。??

總之，腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣泛，未來還有很多新的應(yīng)用領(lǐng)域可能會(huì)涌現(xiàn)。??

腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

整體而言，腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展仍在初期階段。材料、產(chǎn)業(yè)化和倫理仍是目前腦機(jī)接口技術(shù)需要攻關(guān)的三大問題。

根據(jù)中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院的《腦機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)化白皮書 2021》，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。麥肯錫預(yù)測(cè)未來10到20年，全球腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生700-2000億美金經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

目前全球腦機(jī)接口主要以非侵入式為主，用于診療康復(fù)領(lǐng)域，其中醫(yī)療保健領(lǐng)域占比 62%，剩余為疾病治療領(lǐng)域。腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展將撬動(dòng)醫(yī)療健康、教育、游戲甚至智能家居行業(yè)。

上游的芯片、采集設(shè)備、相關(guān)算法仍在研發(fā)階段，下游應(yīng)用多集中于科研設(shè)備和康復(fù)訓(xùn)練，遠(yuǎn)期來看可能創(chuàng)造人機(jī)交互的新型網(wǎng)絡(luò)體系。具體來說，上游設(shè)備尚未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化量產(chǎn)，自研 BCI 芯片和算法成為核心技術(shù)壁壘。腦機(jī)接口的設(shè)備主要包括腦電采集設(shè)備、BCI 芯片、處理計(jì)算機(jī)以及數(shù)據(jù)集、處理算法、操作系統(tǒng)級(jí)分析軟件、外部嵌套設(shè)備等。

腦電采集設(shè)備若為非侵入式主要為采用干電極/濕電極的腦電采集帽（或?yàn)槎鷻C(jī)、頭箍形態(tài)），若為侵入式則為微電極/探針。

猶他陣列丨medicaldesignandoutsourcing.com

BCI 芯片主要實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)的預(yù)處理（包括放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、編碼等）、信號(hào)通信甚至部分信號(hào)處理環(huán)節(jié)。信號(hào)處理環(huán)節(jié)通常在計(jì)算機(jī)或云端完成，需要實(shí)現(xiàn)用戶意圖的特征提取、將提取的信號(hào)特征轉(zhuǎn)換為通信指令，之后由通信設(shè)備或輔助設(shè)備給出反饋（通常為顯示器或聲音、機(jī)械反饋）。

但由于目前業(yè)界對(duì)腦信號(hào)的模擬和“寫入”了解非常不充分，目前的腦機(jī)接口活動(dòng)尚未實(shí)現(xiàn)完全閉環(huán)。

當(dāng)前，腦機(jī)接口技術(shù)正在全球領(lǐng)域成為一個(gè)新的風(fēng)口，外國技術(shù)走在較為前列的企業(yè)包括Neuralink、Synchron、Blackrock Neurotech、ClearPoint Neuro、BrainGate、Neurable、Snap、Axoft等，其中Synchron已于2021年獲得FDA批準(zhǔn)進(jìn)行人體試驗(yàn)，2022年7月該公司完成美國首例在患者體內(nèi)植入腦機(jī)設(shè)備的手術(shù)。

在國內(nèi)，華為、科大訊飛等巨頭都已在布局腦機(jī)接口技術(shù)，同時(shí)，云睿智能、強(qiáng)腦科技、腦陸科技、柔靈科技等創(chuàng)新企業(yè)也非?；钴S。去年11月，中國首個(gè)腦機(jī)接口綜合性開源軟件平臺(tái)MetaBCI也已經(jīng)正式發(fā)布，為腦機(jī)接口技術(shù)的跨團(tuán)隊(duì)協(xié)作創(chuàng)新提供了一個(gè)基礎(chǔ)的開放平臺(tái)。

結(jié)語

馬斯克的光環(huán)確實(shí)給很多人帶上了一副眼睛，讓他們?cè)诳匆娏碎W閃發(fā)光的腦機(jī)接口。

但腦科學(xué)領(lǐng)域的復(fù)雜遠(yuǎn)超其他領(lǐng)域，如果將大腦比如一條1公里的路，人類可能才走了5厘米。

腦機(jī)接口能走多遠(yuǎn)，取決于腦科學(xué)研究有多深。

來源：人工智能學(xué)家，原文標(biāo)題：《馬斯克腦機(jī)接口真人手術(shù)獲FDA批準(zhǔn)！一文看懂得腦機(jī)接口未來的無限可能（附產(chǎn)業(yè)鏈與核心企業(yè)）》。

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