腦機接口未來已來？

猴子被植入Neuralink腦機接口芯片后能夠用意念打字

電影《阿凡達》中，人類可以通過腦機接口控制“替身”（Avatar）的活動；《黑客帝國》中，人類通過腦機接口與母體連接并維系溝通……如今，這些只存在于科幻電影中的情節(jié)正一步步走進現(xiàn)實。

最近，由埃隆·馬斯克掌門的腦機接口公司Neuralink，讓猴子通過屏幕和植入大腦的傳感設備來追蹤屏幕上的移動光標，拼出了“Can I please have snacks”（我能吃點零食嗎？）的英文短句。猴子全程和鍵盤沒有物理接觸，馬斯克稱，它在用意念移動光標。

過去三年，這家腦機接口公司每年都會公布其腦機接口技術的進展，實驗對象也從小鼠、豬變成了大腦復雜程度接近人類的猴子。人們也看到，在腦機接口領域，傳感設備的體積不斷優(yōu)化、縫合速度不斷加快。不僅如此，馬斯克還表示首款Neuralink設備有望在未來5-6個月內(nèi)進入人腦試驗。

腦機接口作為人腦與外界（計算機或其他外部裝置）實現(xiàn)連接進行直接通信的“黑科技”，已經(jīng)成為資本追捧和科技巨頭爭搶的風口。不僅僅是馬斯克的Neuralink公司，華為、谷歌、Meta等海內(nèi)外大型科技公司均在這一領域有所布局。麥肯錫（McKinsey）預測，未來10到20年，全球腦機接口產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生多達2000億美元的經(jīng)濟價值。

面臨技術路線之爭

在馬斯克的設想中，一枚芯片可以在大腦和計算機之間建立一條通路。根據(jù)他的描述，腦機接口是通過手術向腦中植入計算機芯片，利用電流讓計算機和腦細胞產(chǎn)生“互動”，短期目標可以幫助治療阿爾茨海默氏癥、癡呆癥和脊髓損傷等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。而對于健康人來說，腦機接口則能夠?qū)崟r監(jiān)測健康，通過控制激素水平減輕焦慮，甚至可以存儲一個人的記憶。

目前，腦機接口有公認的三類技術路線——侵入式、半侵入式、非侵入式。馬斯克的Neuralink是典型的采用侵入式路線的明星公司。

過去三年，Neuralink每年都公布其腦機接口技術進展。2019年，Neuralink宣布，通過線程、機器、芯片、算法四個具體方向，利用手術機器人、N1傳感器和柔性電極三大工具，以侵入式方式建立腦-機系統(tǒng)，并成功在小鼠身上進行了實驗；2020年，Neuralink為三只小豬植入了“硬幣”大小的芯片，一小時內(nèi)將1024個柔性電極嵌入豬腦；2021年，首次在猴腦中植入腦機接口芯片，讓這只猴子在沒有游戲操縱桿的情況下，僅用大腦意念在電腦上打乒乓球。

侵入式腦機接口手術概念圖

最近，Neuralink為猴子成功植入了升級設備——N1芯片。據(jù)介紹，這枚芯片只有四分之一硬幣大小，還改進了芯片的充電系統(tǒng)，將電池壽命延長了一倍。對于下一代Neuralink產(chǎn)品，馬斯克透露，除了腦機接口的芯片與電極、手術機器人兩大產(chǎn)品外，該團隊正在開發(fā)有可能恢復癱瘓患者運動能力的脊髓植入物，以及一種恢復視力的眼部植入物——植入兩只猴子的視覺皮層，目標是讓那些在黑暗中生活了幾十年的人重見光明。

馬斯克和他的Neuralink的研究成果，在腦機接口行業(yè)中并不稀奇?！袄蠈嶒灒略O備?！睆娔X科技創(chuàng)始人兼CEO韓璧丞這樣評價。亦有業(yè)內(nèi)專家表示，Neuralink的這一成果在腦機領域沒有絲毫創(chuàng)新，“鼠狗豬”都是必經(jīng)之路。

與Neuralink略顯“激進”的路線有所不同，另一家腦機接口公司Synchron選擇了一條折衷的技術路線——半侵入式腦機接口技術，將裝置植入顱骨內(nèi)部的腦膜外而非灰質(zhì)內(nèi)，從而治療包括肌萎縮側索硬化癥（ALS）在內(nèi)的癱瘓患者，恢復其某些機體功能。

Synchron表示，他們已經(jīng)在美國和澳大利亞實施了兩項人體臨床試驗。美國人體臨床試驗項目的首位患者于今年7月在紐約植入了Synchron 腦機接口，已經(jīng)能讓患者利用腦皮層電圖（ECoG）反饋與控制平板電腦，憑“意念”移動屏幕上的光標發(fā)短信和瀏覽新聞。值得注意的是，相比Neuralink“頭頂開洞”式植入手術，Synchron采用靜脈植入式，將傳感器推到合適的位置，患者只需48小時就能回家。

12月15日，Synchron宣布公司完成7500萬美元C輪融資，主要資方包括亞馬遜創(chuàng)始人貝索斯和微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨。這筆新的融資，將使Synchron的融資總額達到1.45億美元（約合10.11億元）。盡管融資總額低于Neuralink公司，但鑒于Synchron已經(jīng)搶先于Neuralink獲得美國食品藥品管理局（FDA）批準進行人體臨床試驗，Synchron有望超越Neuralink，成為世界上首個實現(xiàn)腦機接口商業(yè)化的公司。

“腦機接口的愿景，是讓絕大多數(shù)的人，主要是健康人群實現(xiàn)大腦和電腦的直接互動?！笔⒋蠹瘓F創(chuàng)始人、天橋腦科學研究院（TCCI）創(chuàng)始人陳天橋表示。在這一點上，他并不認可馬斯克的觀點，“我們不能炸開健康人大腦的城墻強行連接和傳輸”。

如今，Neuralink已經(jīng)出現(xiàn)了一些挑戰(zhàn)性問題。早前有消息稱，Neuralink涉嫌殺死大約1500只猴子和豬等動物用于Neuralink實驗?；蛞驗槿绱?，Synchron這種不開腦顱、且精準性高于非侵入式的腦機接口技術，近年來受到資本追捧。

萬億級市場正在形成

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年將達37億美元，復合年均增長率15.5%，目前下游醫(yī)療保健領域占比62%，其次為疾病治療。麥肯錫則做出了更為大膽的預測：未來10年-20年，全球腦機接口產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生最多2000億美元（約合人民幣1.42萬億元）經(jīng)濟價值。

萬億級的產(chǎn)業(yè)價值令資本市場趨之如騖，并加速對腦機行業(yè)的投資布局。據(jù)研究公司Pitchbook的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2022年至今，風投機構已經(jīng)支持了37家腦機接口初創(chuàng)公司，總額為2.63億美元。據(jù)不完全統(tǒng)計，2022年我國腦機接口相關融資事件創(chuàng)近年來最高，截至2022年11月已經(jīng)超過20起。

最初業(yè)內(nèi)普遍認為，腦機接口技術未來將主要應用于醫(yī)療康復行業(yè)。但近年來，其下游應用場景不斷擴容，賦予了腦機接口更廣泛的商業(yè)價值。

記者注意到，就在Neuralink讓猴子實現(xiàn)“意念打字”的前幾天，華為和天津大學公開了腦機接口專利“人機交互方法、人機交互裝置及存儲介質(zhì)”。資料顯示，該專利能夠使用戶無須直視視覺刺激且快速下發(fā)不同的操作命令。有業(yè)內(nèi)專家分析認為，華為的這項技術專利有望率先應用于華為智能駕駛領域。

此外，腦機接口在商業(yè)及生活服務方面的適用領域也十分廣泛，例如測謊、游戲娛樂、身份識別、虛擬世界導航等。這類腦機技術多采用非植入式，具更加安全、更加便捷、更易被大眾接受。

國內(nèi)腦機接口企業(yè)BrainCo于今年11月推出首款腦機接口消費級產(chǎn)品——深海豚（Easleep）腦機智能安睡儀。據(jù)韓璧丞介紹，該產(chǎn)品是腦機接口產(chǎn)品首次大規(guī)模進軍C端市場，為未來腦機技術普及提供了可能。

“電子游戲交互設備已經(jīng)從電腦升級成手機，現(xiàn)在正在演變成VR眼鏡，如果腦機接口實現(xiàn)突破，將給人機交互的效率和速度帶來巨大提升?！敝锌圃荷虾Ｎ⑾到y(tǒng)所副所長、腦虎科技創(chuàng)始人兼首席科學家陶虎表示。

CIC灼識咨詢總監(jiān)張辰愷也認為，腦機接口是元宇宙的核心技術和重要接入方式之一。腦機技術可以通過連接人腦和機器在元宇宙中實現(xiàn)信息的輸入和輸出。未來元宇宙中腦機接口可能會替代目前依托人臉建模、語音識別的表情生產(chǎn)，通過腦活動傳遞情感元素。同時，腦機接口未來可能通過影響大腦，為人類提供視、聽、觸等多方面的體驗，讓用戶能真正做到身臨其境，最終實現(xiàn)客觀現(xiàn)實世界與算法數(shù)字構成的虛擬世界的自由切換。

仍存在諸多未知問題

多位業(yè)內(nèi)專家對記者表示，目前腦機接口技術依然處于發(fā)展早期，仍存在數(shù)據(jù)采集技術、安全、倫理等諸多未知問題。

國際電氣電子工程師協(xié)會院士、得克薩斯大學奧斯汀分校電氣和計算機工程教授何塞·米蘭表示，不同的腦機接口技術，具有不同的優(yōu)缺點。侵入式腦機接口可以通過將電極植入腦內(nèi)靠近神經(jīng)回路的位置，以高保真度和信噪比記錄大腦信號。這引領了許多重要的神經(jīng)科學發(fā)現(xiàn)，但代價是有創(chuàng)傷，因此對大多數(shù)人的應用也會相當有限；而非侵入式腦機接口可以很容易地應用于人類，不會造成倫理或安全問題，但其限制在于信號質(zhì)量低，很難實現(xiàn)腦電信號的持續(xù)、穩(wěn)定、精準地捕捉。

“現(xiàn)在的機器學習算法對于大腦信號解析是遠遠不足的?！痹谥袊茖W院院士、中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心學術主任蒲慕明看來，大腦是人體最復雜的器官，腦電波的解讀過程通常非常繁瑣，需要事先在腦信號與思維任務之間建立映射模型，而處理這樣大量的信息需要有計算大量信息的能力，計算不是簡單的靠計算機的算力就夠了，要理解大腦神經(jīng)復雜活動的意義究竟是什么，需要概念性的框架，在框架下解析大數(shù)據(jù)，在解碼過程中還需要大量的學習，已知的大腦的活動對應的行為是什么，需要更好的機器學習算法，才能夠更有效地解碼。

除了廣泛用于相關疾病的康復行業(yè)，為健康人群創(chuàng)建可用的腦機接口程序在未來是一個很大的市場?！敖】等巳旱脑V求并不是通過腦機接口去做本來就能夠完成的事情，而是希望它能夠幫助我們做不能做到的事或預測我們即將做的事，比如自動駕駛?！焙稳っ滋m指出，目前的人工智能并沒有考慮到主體的認知狀態(tài)，如果我們能將主體的認知系統(tǒng)納入人工智能，就能通過腦機接口來創(chuàng)造額外的價值。而在使用腦機接口的同時，你的大腦也會經(jīng)歷不斷學習的過程，而這又是另一種挑戰(zhàn)。

此外，不少專家還認為腦機接口存在一定的倫理風險。張辰愷認為，對于治療性腦機接口來說，會產(chǎn)生自我定義的倫理問題，即由機器控制所產(chǎn)生的情緒代替人類自發(fā)產(chǎn)生的情緒是否符合倫理。對于服務型腦機接口來說，最大的倫理問題即腦隱私保護。腦機接口很可能會侵犯用戶的行為性格隱私和健康隱私，從而導致操控、歧視與偏見。同時，在人機決策權分配上也存在倫理問題，比如如何分別分辨行為的產(chǎn)生是主體自身原因還是受機器的控制。

作者丨齊旭

編輯丨徐恒

美編丨馬利亞

監(jiān)制丨連曉東