什么是腦機(jī)接口技術(shù)？腦機(jī)接口技術(shù)的三個(gè)發(fā)展趨勢(shì)

智慧芽海外團(tuán)隊(duì) 撰文

創(chuàng)新研究中心 鄒欣欣編譯

人的大腦有1000億個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元與其他1萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元相連。在你肩膀上方的是已知宇宙中最復(fù)雜的物體。?

——Michio Kaku

想象一下，僅憑你的思想就能控制外部世界，同時(shí)還能直接在頭腦中獲得目前在網(wǎng)絡(luò)上能找到的所有信息。雖然這聽(tīng)起來(lái)像一部科幻電影，但這是一個(gè)可信的未來(lái)場(chǎng)景。這項(xiàng)技術(shù)被稱(chēng)為腦機(jī)接口（BCI: Brain Computer Interface），有望幫助互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的人類(lèi)在不使用傳統(tǒng)神經(jīng)肌肉通路的情況下實(shí)現(xiàn)上述所有目標(biāo)。

近年來(lái)，人們對(duì)腦機(jī)接口技術(shù)的研究興趣急劇上升。它逐漸成為全球創(chuàng)業(yè)社區(qū)最熱門(mén)的話(huà)題之一。去年，這一領(lǐng)域迎來(lái)了破紀(jì)錄的融資，在46筆交易中籌集了14億美元。

圖1：2012-2022腦機(jī)接口技術(shù)領(lǐng)域融資情況一覽

（數(shù)據(jù)來(lái)源：智慧芽Discovery）

在這篇文章中，我們將探討推動(dòng)腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新趨勢(shì)。

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什么是腦機(jī)接口技術(shù)？

簡(jiǎn)單地說(shuō)，腦機(jī)接口技術(shù)是您的大腦和外部設(shè)備之間的橋梁，利用多個(gè)零部件和復(fù)雜的算法，分析大腦信號(hào)并提取大腦運(yùn)作模式，然后由一個(gè)設(shè)備進(jìn)行記錄和解析。這使人類(lèi)有能力在不受身體限制的情況下直接控制機(jī)器。

最初，腦機(jī)接口技術(shù)的開(kāi)發(fā)是為了幫助癱瘓者利用他們的思維來(lái)控制輔助設(shè)備。越來(lái)越多的科技創(chuàng)業(yè)公司以大腦為研發(fā)目標(biāo)，最終目的是將人腦與計(jì)算機(jī)界面連接起來(lái)?！皠?chuàng)造廉價(jià)、小巧、人人都能使用的腦機(jī)接口產(chǎn)品”的競(jìng)賽正在進(jìn)行。

雖然這是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻，但也有大量的倫理問(wèn)題需要考慮。許多人不同意進(jìn)行永久性大腦植入的想法。幸運(yùn)的是，市場(chǎng)上也有可穿戴的腦機(jī)接口產(chǎn)品，不需要進(jìn)行手術(shù)或植入進(jìn)你的大腦。

02

腦機(jī)接口技術(shù)的三個(gè)發(fā)展趨勢(shì)

圖2：2012 腦機(jī)接口領(lǐng)域的技術(shù)關(guān)鍵詞體系

（數(shù)據(jù)來(lái)源：智慧芽Discovery）

腦機(jī)接口領(lǐng)域的研究已較為成熟，圖2展示了腦機(jī)接口的技術(shù)關(guān)鍵詞體系。相關(guān)技術(shù)或主題是根據(jù)該特定領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究成熟度來(lái)描述的。較深的圓圈描述了較高的研究成熟度（如腦電圖，也稱(chēng)為EEG或人工智能），而較淺的圓圈則描述了新興技術(shù)或?qū)W術(shù)研究較少的技術(shù)或主題。例如，“心靈上傳”現(xiàn)在沒(méi)有學(xué)術(shù)成熟度，但隨著研究的進(jìn)一步發(fā)展，它可能在未來(lái)幾年變得越來(lái)越重要。

發(fā)展趨勢(shì)一：

美國(guó)和中國(guó)在研究方面占持續(xù)主導(dǎo)地位

腦機(jī)接口領(lǐng)域的研究者高度集中在美國(guó)和中國(guó)。尤其是天津大學(xué)和加州大學(xué)舊金山分校（UCSF），在研發(fā)規(guī)模（表現(xiàn)為專(zhuān)利數(shù)量）和技術(shù)影響力（表現(xiàn)為專(zhuān)利被引次數(shù)）上都遙遙領(lǐng)先于其他研發(fā)主題。一個(gè)值得注意的新技術(shù)是加州大學(xué)舊金山分校的專(zhuān)利“CA2886095A1”，名為“感官和認(rèn)知分析的系統(tǒng)和方法”，根據(jù)智慧芽的專(zhuān)利價(jià)值評(píng)估，其價(jià)值約為234萬(wàn)美元。根據(jù)專(zhuān)利文件描述，這一技術(shù)提供了一種識(shí)別人體感知的方法和系統(tǒng)，可以通過(guò)對(duì)人體生理信息的處理，生成包括一系列定量值的特征數(shù)據(jù)。

圖3：中美腦機(jī)接口領(lǐng)域頭部研究機(jī)構(gòu)的技術(shù)規(guī)模與技術(shù)影響力

（數(shù)據(jù)來(lái)源：智慧芽Discovery）

注：其中橫軸為專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量，代表技術(shù)規(guī)模

縱軸為專(zhuān)利被引次數(shù)，代表技術(shù)影響力

發(fā)展趨勢(shì)二：

腦機(jī)接口技術(shù)高增長(zhǎng)創(chuàng)業(yè)公司正在崛起

隨著腦機(jī)接口技術(shù)在全球的持續(xù)發(fā)展，許多高增長(zhǎng)的創(chuàng)業(yè)公司開(kāi)始出現(xiàn)。根據(jù)智慧芽對(duì)各方行業(yè)研究預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合梳理，腦機(jī)接口技術(shù)行業(yè)預(yù)計(jì)將在2021-2027年以14.3%的年復(fù)合增長(zhǎng)率大幅增長(zhǎng)。腦機(jī)接口在醫(yī)療保健領(lǐng)域的增長(zhǎng)潛力尤其巨大，特別是與神經(jīng)疾病的治療有關(guān)的項(xiàng)目。國(guó)防領(lǐng)域涉及腦機(jī)接口技術(shù)的研究也在增加。這些都是推動(dòng)全球腦機(jī)接口市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要因素。

圖4：腦機(jī)接口技術(shù)領(lǐng)域代表性創(chuàng)業(yè)公司的專(zhuān)利和融資情況分析

（數(shù)據(jù)來(lái)源：智慧芽Discovery）

分析過(guò)去10年成立的公司，我們可以從圖4中看到腦機(jī)接口領(lǐng)域最活躍的部分公司和機(jī)構(gòu)。

其中，Cognixion是一家專(zhuān)門(mén)從事人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和生物技術(shù)的計(jì)算機(jī)軟件公司，在融資中籌集了約1500萬(wàn)美元，最近一次融資是來(lái)自亞馬遜Alexa基金。Cognixion有一個(gè)感官交流系統(tǒng)軟件，使人們能夠使用腦機(jī)接口技術(shù)直接將腦電波轉(zhuǎn)化為語(yǔ)言進(jìn)行交流。

另一個(gè)值得注意的創(chuàng)業(yè)公司是馬斯克（Elon Musk）的Neuralink（也是一家從事腦機(jī)接口技術(shù)研究的公司），這可能是該領(lǐng)域最知名的創(chuàng)業(yè)公司。Neuralink正致力于開(kāi)發(fā)超高帶寬的腦機(jī)接口，以連接人類(lèi)和計(jì)算機(jī)，在即將到來(lái)的人工智能AI時(shí)代中生存。馬斯克將這項(xiàng)技術(shù)比作 “Fitbit（一種記錄器）在你的腦中”。

圖5：Neuralink在腦機(jī)接口技術(shù)領(lǐng)域的表現(xiàn)

（數(shù)據(jù)來(lái)源：智慧芽Discovery）

注：其中藍(lán)色代表Neuralink，黃色代表行業(yè)均值，綠色代表行業(yè)最高水平

與其他腦機(jī)接口技術(shù)公司相比，Neuralink在創(chuàng)新的規(guī)模（專(zhuān)利總數(shù)）和創(chuàng)新的勢(shì)頭（過(guò)去三年內(nèi)的專(zhuān)利數(shù)）方面表現(xiàn)出色，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于行業(yè)平均水平。然而，當(dāng)涉及到創(chuàng)新的原創(chuàng)性（專(zhuān)利引用總數(shù)）和創(chuàng)新的價(jià)值（平均專(zhuān)利估值）時(shí)，Neuralink卻低于平均水平。許多人報(bào)告說(shuō)，雖然Neuralink擁有堅(jiān)實(shí)的工程基礎(chǔ)，但神經(jīng)科學(xué)則很平庸。

無(wú)論如何，Neuralink給腦機(jī)接口技術(shù)行業(yè)帶來(lái)了巨大的關(guān)注度，特別是通過(guò)對(duì)一只名叫Pager的猴子的活體實(shí)驗(yàn)。Neuralink在Pager的大腦中安裝了硬幣大小的芯片，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后，它能夠通過(guò)大腦活動(dòng)來(lái)玩乒乓球游戲。

如果一只猴子通過(guò)簡(jiǎn)單的訓(xùn)練就能做到這一點(diǎn)，想想如果我們的大腦與計(jì)算機(jī)相連，人類(lèi)能做什么？在應(yīng)用方面，Neuralink希望幫助四肢癱瘓者恢復(fù)數(shù)字自由。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，該公司認(rèn)為芯片將幫助人類(lèi)意識(shí)與人工智能融合在一起。Neuralink最近在其C輪融資中籌集了2.05億美元，這將加速其產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。據(jù)估計(jì)，其人體試驗(yàn)將在今年晚些時(shí)候開(kāi)始。

發(fā)展趨勢(shì)三：

人體臨床試驗(yàn)正式開(kāi)啟

2022年5月5日，第一個(gè)商業(yè)腦機(jī)接口產(chǎn)品進(jìn)入人體試驗(yàn)。

血管內(nèi)腦機(jī)接口公司Synchron在美國(guó)的一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中招收了第一位病人，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)成功，則該公司的植入物有望獲得監(jiān)管部門(mén)批準(zhǔn)，用于截癱者和經(jīng)歷癱瘓的人的商業(yè)使用。

該公司首席執(zhí)行官Thomas Oxley在一份公司聲明中說(shuō)：“永久植入式腦機(jī)接口產(chǎn)品的首次患者植入是腦機(jī)接口領(lǐng)域的一個(gè)重要里程碑，我們正在為美國(guó)500萬(wàn)癱瘓患者推進(jìn)我們的解決方案?！?/p>

成立于2016年的Synchron已經(jīng)為腦機(jī)接口行業(yè)取得了多項(xiàng)重要突破。2016年，該公司使用其產(chǎn)品Stentrode制作了第一個(gè)來(lái)自羊血管內(nèi)的血管ECoG的大腦記錄。這項(xiàng)研究后來(lái)發(fā)表在《自然生物技術(shù)》上。兩年后，Synchron展示了如何通過(guò)血管實(shí)現(xiàn)局部的大腦刺激，而不需要開(kāi)腦手術(shù)。最后，在2021年，該公司展示了兩個(gè)植入支架的人類(lèi)如何能夠控制外部設(shè)備，僅通過(guò)使用他們的思想來(lái)開(kāi)發(fā)電子郵件通信、短信以及網(wǎng)上銀行。

雖然腦機(jī)接口技術(shù)的研發(fā)仍處于早期階段，有許多挑戰(zhàn)尚待解決，但人類(lèi)進(jìn)化的潛力令人振奮。從幫助截癱者到提高全世界人類(lèi)的日常生活，腦機(jī)接口技術(shù)肯定會(huì)在將來(lái)改變?cè)S多人的生活。隨著圍繞第五次工業(yè)革命的報(bào)道增多，腦機(jī)接口技術(shù)將成為下一個(gè)突破性技術(shù)時(shí)代的一部分。

編輯：黃飛

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