每經(jīng)記者 李孟林    每經(jīng)編輯 蘭素英    

用思想控制計(jì)算機(jī)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)下載和上傳記憶，通過(guò)腦波與他人交流……這些聽(tīng)起來(lái)像是科幻小說(shuō)中的情節(jié)，但在不久的將來(lái)，可能會(huì)因腦機(jī)接口（BCI）的發(fā)展而成為現(xiàn)實(shí)。這是一種能顛覆傳統(tǒng)人機(jī)交互的技術(shù)，代表了神經(jīng)科學(xué)和技術(shù)的突破性融合，在人腦和機(jī)器之間建立直接的通信和控制通道。

腦機(jī)接口概念源于1973年美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校計(jì)算機(jī)科學(xué)家雅克·維達(dá)爾的設(shè)想，即通過(guò)放置在頭皮上的電極可檢測(cè)到大腦發(fā)出的實(shí)時(shí)信號(hào)翻譯后用于控制計(jì)算機(jī)。

2023年是腦機(jī)接口概念提出的50周年。這一年，無(wú)論是理論研究還是設(shè)備研發(fā)，腦機(jī)接口技術(shù)都迎來(lái)了飛速的發(fā)展：馬斯克旗下Neuralink在美國(guó)獲準(zhǔn)開(kāi)展將設(shè)備植入人腦的臨床試驗(yàn)；斯坦福大學(xué)和加州大學(xué)舊金山分校的研究團(tuán)隊(duì)使用不同類(lèi)型的植入物收集志愿者大腦中的電子信號(hào)，并使用不同的算法進(jìn)行解釋?zhuān)籅itbrain 開(kāi)發(fā)了可穿戴大腦傳感設(shè)備，可以在人工智能的幫助下監(jiān)測(cè)腦電圖信號(hào)……

咨詢機(jī)構(gòu)Acumen Research and Consulting在今年10月發(fā)布的一份預(yù)測(cè)報(bào)告中稱，全球腦機(jī)接口市場(chǎng)未來(lái)幾年將繼續(xù)擴(kuò)張，將主要得益于市場(chǎng)對(duì)輔助技術(shù)的需求不斷增長(zhǎng)、神經(jīng)技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的進(jìn)步、與虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)集成，以及與AI技術(shù)之間的協(xié)作。

2030年BCI應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)400億美元

在概念提出50年后，腦機(jī)接口（BCI）行業(yè)迎來(lái)了發(fā)展的關(guān)鍵一年，在理論研究和設(shè)備發(fā)展上都出現(xiàn)重要的進(jìn)展。

圖片來(lái)源：每經(jīng)編輯蘭素英制圖

“這確實(shí)可以說(shuō)是突破性的一年，雖然實(shí)際上這是學(xué)院研究幾十年的積累。我想我們才剛剛開(kāi)始感受到指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的效應(yīng)，”加州理工大學(xué)客座研究員Sumner Norman表示。他在2023年10月創(chuàng)立了腦機(jī)接口非營(yíng)利研究組織Forest Neurotech。

各類(lèi)新進(jìn)展也引發(fā)了新一輪的投融資熱潮。據(jù)《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者的不完全統(tǒng)計(jì)，光Neuralink就在2023年獲得兩次投資，總共3.23億美元，估值上漲至50億美元；Precision Neuroscience也獲得了4100萬(wàn)美元的B輪融資。

圖片來(lái)源：每經(jīng)編輯蘭素英制圖

從市場(chǎng)前景看，麥肯錫也給出了一份測(cè)算，認(rèn)為全球腦機(jī)接口醫(yī)療應(yīng)用的潛在市場(chǎng)規(guī)模在2030年有望達(dá)到400億美元，2040年達(dá)到1450億美元。其中，以中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療為主的嚴(yán)肅醫(yī)療的潛在應(yīng)用規(guī)模2030年預(yù)計(jì)為150億美元，2040年為850億美元，而以情緒評(píng)估與干預(yù)為主的消費(fèi)醫(yī)療的潛在應(yīng)用規(guī)模2030年預(yù)計(jì)為250億美元，2040年為600億美元。

圖片來(lái)源：每經(jīng)編輯蘭素英制圖

植入數(shù)量將邁上新臺(tái)階

盡管腦機(jī)接口已經(jīng)走過(guò)了半個(gè)世紀(jì)，然而目前為止，真正接受腦部設(shè)備植入的人數(shù)只有50人左右，而能夠離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，在真實(shí)世界場(chǎng)景中使用的人更是屈指可數(shù)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)腦機(jī)接口設(shè)備都需要線束連接到外部設(shè)備上。

“2024年我們可以預(yù)期腦機(jī)接口領(lǐng)域的幾項(xiàng)重大進(jìn)步，特別值得注意的是幾家領(lǐng)先腦機(jī)接口企業(yè)的首次人體臨床試驗(yàn)完成。這些試驗(yàn)的結(jié)果預(yù)計(jì)將提供關(guān)于尖端神經(jīng)接口技術(shù)以及其提高腦機(jī)接口性能潛力的關(guān)鍵洞見(jiàn)。這些突破可能會(huì)影響腦機(jī)接口的未來(lái)發(fā)展和應(yīng)用方向。”哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院助理教授劉嘉對(duì)《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者表示。劉嘉曾入選《麻省理工科技評(píng)論》“35歲以下科技創(chuàng)新35人”全球榜單，是研究利用柔性納米電子材料實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口的領(lǐng)先專(zhuān)家。

Neuralink的試驗(yàn)規(guī)劃尤為宏大，該公司計(jì)劃在2024年進(jìn)行11例設(shè)備植入手術(shù)，2025年為27例，2026年為79例，而到2030年，這一數(shù)字將超過(guò)22000人。Neuralink的植入設(shè)備尺寸約為5枚10美分硬幣疊在一起，包含1024個(gè)電極，由特別研發(fā)的機(jī)器人進(jìn)行開(kāi)顱植入，收集到的腦部信號(hào)則由用戶端App進(jìn)行解讀。

從2019年開(kāi)始，馬斯克就數(shù)次對(duì)外宣告，Neuralink的臨床試驗(yàn)很快就會(huì)展開(kāi)。經(jīng)過(guò)幾次“狼來(lái)了”之后，2024年將是見(jiàn)真章的一年。馬斯克說(shuō)話一向高調(diào)任性，而據(jù)多家媒體揭露的內(nèi)部情況，馬斯克對(duì)Neuralink的進(jìn)度很不滿意，急切想要加快速度，而此前動(dòng)物試驗(yàn)階段因?yàn)閯?dòng)物死亡過(guò)多而頻遭激烈批評(píng)。2024年的臨床試驗(yàn)是否會(huì)出“幺蛾子”，將是重要看點(diǎn)之一。

2024年也是Synchron美國(guó)臨床試驗(yàn)的階段匯報(bào)點(diǎn)。過(guò)去半年多以來(lái)，6名嚴(yán)重癱瘓者用Synchron的設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)字設(shè)備操作，如發(fā)送信息和瀏覽網(wǎng)頁(yè)等。據(jù)Synchron提交的試驗(yàn)文件，本次可行性試驗(yàn)將于2024年8月結(jié)束，屆時(shí)Synchron可能將向FDA申請(qǐng)開(kāi)展規(guī)模更大的臨床試驗(yàn)。

值得注意的是，Synchron植入設(shè)備的方式是通過(guò)靜脈注射，無(wú)需像Neuralink等企業(yè)采取的路徑那樣切開(kāi)大腦，因而更加安全。Synchron的設(shè)備結(jié)構(gòu)類(lèi)似心臟支架，只有16個(gè)電極，從頸部靜脈注射后將“游到”大腦運(yùn)動(dòng)皮層附近，在那里采集大腦電信號(hào)，并通過(guò)胸部安裝的“天線”向外部設(shè)備傳輸信號(hào)。

安全性帶來(lái)的劣勢(shì)是電極少，收集的信號(hào)較差。目前，Synchron系統(tǒng)唯一可以生成的計(jì)算機(jī)命令是點(diǎn)擊和滾動(dòng)功能。盡管Synchron采取的路徑不夠“科幻”，但是不少業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為這是目前落地性最強(qiáng)、最有可能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的設(shè)備。

“Synchron 是第一個(gè)以有意義的方式將 BCI概念商業(yè)化的公司，他們正在為整個(gè)領(lǐng)域鋪平道路，”荷蘭烏得勒支大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的臨床神經(jīng)科學(xué)家Nick Ramsey表示，“它很可能會(huì)率先實(shí)現(xiàn)上市，過(guò)很久才有其他設(shè)備與之競(jìng)爭(zhēng)。”

Precision Neuroscience是另一家值得關(guān)注的公司，其創(chuàng)始人Benjamin Rapoport實(shí)際上也是當(dāng)年Neuralink的聯(lián)合創(chuàng)始人之一。這家公司的植入系統(tǒng)“第7層皮層界面”為一個(gè)類(lèi)似透明膠帶的柔性薄膜，在1平方厘米的面積上有1024個(gè)電極，植入后與大腦皮層貼合，可避免損傷大腦組織。

Precision Neuroscience希望能在2024年獲得FDA批準(zhǔn)，將其設(shè)備用于醫(yī)學(xué)診斷用途的電生理學(xué)映射程序，持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)30天。不過(guò)該公司亦強(qiáng)調(diào)，“第7層皮層界面”仍然是一個(gè)科研性的設(shè)備，暫不會(huì)在美國(guó)銷(xiāo)售。

得克薩斯州Paradromics目前正在進(jìn)行動(dòng)物安全試驗(yàn)，該公司希望能在2024年上半年開(kāi)展人體試驗(yàn)。

腦科學(xué)與AI將協(xié)同進(jìn)化

雖然腦機(jī)接口在年初被《自然·電子學(xué)》列為2023年的年度技術(shù)，但毫無(wú)疑問(wèn)，大模型和生成式AI在科技圈的風(fēng)頭更盛。然而，兩項(xiàng)前沿科技并非此消彼長(zhǎng)的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，而是存在協(xié)同進(jìn)化。咨詢機(jī)構(gòu)Acumen Research and Consulting在報(bào)告中指出，結(jié)合腦機(jī)接口和AI開(kāi)發(fā)溝通、控制和康復(fù)類(lèi)的新工具，是腦機(jī)接口領(lǐng)域發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。

“大型語(yǔ)言模型和AI與腦機(jī)接口研究之間的協(xié)同作用有可能互相催化重大進(jìn)步。大模型和AI可以顯著優(yōu)化大腦解碼器的解釋能力，從而使腦機(jī)接口設(shè)備更準(zhǔn)確、更具響應(yīng)性。反過(guò)來(lái)，從腦機(jī)接口獲取的高保真數(shù)據(jù)可以用于訓(xùn)練更復(fù)雜的AI模型。這種共生關(guān)系預(yù)計(jì)將加速自然和人工認(rèn)知系統(tǒng)的融合，為智能技術(shù)的變革性發(fā)展奠定基礎(chǔ)。”劉嘉對(duì)《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者表示。

微軟亞洲研究院首席研究員李東勝近日撰文指出，AI與腦科學(xué)的跨學(xué)科交叉研究，既可以借助AI更好地理解大腦，也可以通過(guò)借鑒人類(lèi)大腦結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)更好的AI。

據(jù)悉，該院開(kāi)發(fā)了首個(gè)跨數(shù)據(jù)集的腦電預(yù)訓(xùn)練模型，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了AI Neurologist 系統(tǒng)，幫助醫(yī)生和神經(jīng)科學(xué)家提高腦電信號(hào)分析效率和準(zhǔn)確度。另一方面，受人腦神經(jīng)元相互作用的多種模式啟發(fā)，該院提出了一種創(chuàng)新的回路神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) CircuitNet，能夠以更少的參數(shù)實(shí)現(xiàn)更好的效果，為機(jī)器學(xué)習(xí)提供了一種新的基礎(chǔ)架構(gòu)。

在馬斯克對(duì)未來(lái)的暢想中，AI的發(fā)展將對(duì)人類(lèi)造成“生存性威脅”，人類(lèi)只有通過(guò)腦機(jī)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)與AI共生，才能避免被取代的命運(yùn)。這個(gè)設(shè)想無(wú)疑過(guò)于科幻和遙遠(yuǎn)，但在2024年，我們將看到更多AI與腦機(jī)接口的協(xié)同研究。

而正如AI技術(shù)一樣，腦機(jī)接口在突破性進(jìn)展前夕也急需監(jiān)管補(bǔ)位。2021年，聯(lián)合國(guó)教科文組織制定了指導(dǎo)AI的倫理推薦意見(jiàn)，獲得了193個(gè)成員國(guó)的通過(guò)。2023年7月，該組織發(fā)布了一份關(guān)于神經(jīng)科技的報(bào)告，呼吁對(duì)此類(lèi)技術(shù)進(jìn)行全球監(jiān)管，并制定一套普遍使用的倫理框架。

腦機(jī)接口涉及手術(shù)安全、隱私等多重倫理話題，可以預(yù)見(jiàn)的是，2024年相關(guān)的監(jiān)管討論還將繼續(xù)深化。

封面圖片來(lái)源：視覺(jué)中國(guó)-VCG31N1258295686