在美國紐約西奈山醫療中心，一位名叫羅伯特·捷克的肌萎縮側索硬化癥（ALS）患者正在接受一場手術：神經介入外科醫生Shahram Majidi博士將一塊1.5英寸（3.81厘米）的設備——Strentrode通過頸靜脈導管緩慢地送入捷克位于運動皮層內的血管中。

隨后，當導管被移除時，一個圓柱形的空心金屬絲網將會打開，并逐漸與血管的外緣融合…… 這場手術發生在2022年7月6日，兩天后，捷克就回到了自己家中。手術將使得已經喪失了行動和說話能力的捷克可以通過意識操控電子設備，實現發送短信、在線購物等目的。 而實施這場手術的是一家叫作Synchron的美國腦機接口（Brain-Computer Interface，簡稱BCI）技術公司。就在一年前，該公司研發的植入式BCI產品Stentrode的臨床研究性器械豁免（IDE）申請獲得美國食品藥品監督管理局（FDA）的批準。在此之前，Synchron已經在澳大利亞的4位病人身上實施了這個手術。

圖：植入患者血管中的Stentrode設備；來源：Synchron “腦機接口”雖然已經被提出了幾十年，但依然是一個充滿科幻感的概念。不少讀者對腦機接口的直接印象來自科幻電影，比如《黑客帝國》中，人類通過腦機接口與母體系統連接，被“關進”由母體虛構的世界里；《阿凡達》里，人類可以通過腦機接口控制“替身”（Avatar）的活動。 如今，這些科幻的情節正在一步步走進現實。事實上，腦機接口技術的潛力，早在20年前就受到學界、業界的認可。

2001年，《麻省理工科技評論》將腦機接口評為“全球十大突破性技術”之一。 20余年時間過去了，腦機接口已經從實驗階段逐步走向落地，正在肢體運動障礙診療、意識與認知障礙診療、神經疾病診療等場景發揮著作用。根據國際市場研究機構IMARC的數據，全球腦機接口的市場規模在2021年達到了15億美元，該機構預測，腦機接口領域在2022年到2027年間將達到14.2％的年均復合增長率，市場規模到2027年將達到33億美元。 那么，現階段，腦機接口發展到哪里了？

從科幻到現實

所謂腦機接口，是指在人或動物的大腦與外部設備之間創建直接連接，從而實現信息交換及控制。以人類目前對大腦的認知來看，大腦運動的本質是神經電信號的運動，而要解讀大腦活動或指揮大腦，就需要對腦電信號進行采集、解讀或是輸入。而在腦機接口系統搭建過程中，最為關鍵的一環正是解讀腦電信號。 腦機接口技術的發展，最早可以追溯到20世紀20年代。1924年，德國精神病學家漢斯·貝格爾首次記錄到了腦電波，這也被認為是科學界對腦機接口技術探索的開端。不過，直到1977年，加州大學洛杉磯分校的雅克·維達爾用腦機接口一詞來形容一個可以將腦電信號轉化為計算機控制信號的系統，腦機接口這一術語才正式被提及、應用。

當然，由于技術水平的限制，彼時腦機接口更多還是處于一個科學幻想階段。好萊塢的導演們也盡情發揮著他們的想象力，從《黑客帝國》《阿凡達》到《源代碼》，多部經典科幻電影中都用到了腦機接口元素。 2000年，《自然》雜志刊登了一篇題目為Real Brains for Real Robots的文章，首次報道了從猴子的大腦皮層成功獲取腦電信號并對千里之外的機器人進行了實時控制，實現了“Monkey Think，Robot Do”的實例。這項成果也是腦機接口技術在世紀之交所走到的發展階段的一個很好的反映。 之后，隨著神經科學及計算機技術的發展，腦機接口的相關研究成果也在加速涌現。

其中，在2014年，美國杜克大學實驗室專門研制的用腦電波控制機械假肢的技術幫助了一位下肢癱瘓的29歲病人平托在巴西世界杯首場比賽上開出了第一球；2017年，Facebook就透露了公司的硬件實驗室Building 8實現了“意念打字”，亦即能讓人通過大腦直接打字；2019年，清華大學腦機接口研究組基于20年研究積累的成果，協助漸凍人實現意念打字，等等。 近幾年，腦機接口技術也在逐漸褪去它的神秘感，變得越來越為大眾所熟知。這其中的功勞，離不開高調的埃隆·馬斯克。以Neuralink、Meta為代表的科技企業的入場，無疑正在加快腦機接口技術的商業化落地。

馬斯克不再領先

總部位于舊金山的Neuralink是馬斯克在2016年投資建立，承載著他改造人類大腦的宏大目標。過去數年里，Neuralink的腦機接口實驗對象從老鼠到豬，再到猴子，正一步步向人體靠近。 其中，在2020年8月，馬斯克向外界展示了腦機接口設備無線實時讀取豬腦信息的實驗。手術機器人在幾只實驗豬的大腦中植入了最新版的Neuralink設備，實驗豬的大腦活動通過無線傳輸到附近一臺電腦上展示，當馬斯克撫摸實驗豬的鼻子時，它們的大腦神經元有所反應。

圖：實驗豬的腦電波；來源：Neuralink 到了2021年4月，實驗對象從豬變成猴子。在Neuralink公布的一段視頻里，一只大腦被植入了芯片的猴子，通過意念玩電子乒乓球游戲。 2022年8月22日，馬斯克在社交媒體推特上表示，Neuralink將于10月31日舉行“進度更新展示和講述”。

圖源：推特 而在NeuraLink前后，很多技術公司也進入到腦機接口領域。在海外腦機接口企業中，比較有代表性的如坐落在美國加州的Kernel，該公司成立于2000年，其神經科學服務平臺NaaS（Neuroscience as a Service）的腦記錄技術和設備，可幫助客戶進行遠距操作神經科學相關的實驗。 另外一家腦機接口公司Paradromics的發展也值得關注。Paradromics成立于2015年，在2017年拿到了美國國防部下屬研究機構DARPA1800萬美元的投資。該公司第一款臨床設備是為失去語言或打字能力的患者提供輔助通信設備。

目前來看，積極投入腦機接口的馬斯克已不再領先。成立于2017年的腦機接口創業公司Synchron不僅在去年搶先NeuraLink獲得了FDA批準，能夠進行人體試驗，而且在2019年該公司就已經在澳大利亞墨爾本將其研發的設備植入第一位人類患者體內。Synchron的前身是美國國防部高級研究計劃局和國防部資助的墨爾本大學的一個實驗室。2020年，FDA授予其產品stentrde“突破性設備”稱號。 不管馬斯克是否樂于見到這種來自同行的激烈競爭，但腦機接口領域歡迎創業公司們之間的這種你追我趕。當然，不光是海外市場，中國腦機接口領域也正在迎來越來越多的競爭者。2015年前后，包括BrainCo、念通智能、腦陸科技等企業都先后成立，參與到這場腦機接口的競技中來。 那么，中國的腦機接口產業又是一個怎樣的發展現狀？

腦機接口在中國

2022年9月13日，中國科學院官網一則消息顯示：中國科學院沈陽自動化研究所唐鳳珍課題組針對頭皮腦電信號的解碼問題開展研究并取得進展。消息稱，研究人員所提出的方法大幅度提高了腦信號解碼速度，有效降低腦機接口系統執行命令的延遲，對推進腦機接口在癱瘓病人運動康復上的實際應用具有重要意義。

再往前的9月5日，中國科學院深圳先進技術研究院正高級工程師、深港腦科學創新研究院研究員李驍健與其合作團隊一項關于腦機接口的成果Bioresorbable thin-film silicon diodes for the optoelectronic excitation and inhibition of neural activities發布在在國際頂級期刊《自然》子刊Nature Biomedical Engineering上。

該團隊利用光納米神經遙控技術，實現將腦機接口設備微器件化，可靈活精創植入，使用壽命可控，以及無線交互信息。 事實上，近幾年有越來越多的中國科研團隊開始在腦機接口領域取得研究成果。其中，2020年初，浙江大學完成了國內首例植入式腦機接口臨床轉化研究。該患者可以完全利用大腦運動皮層信號精準控制外部機械臂與機械手實現三維空間的運動。值得關注的是，該團隊早在2012年就已經在猴子腦中進行過腦機接口的實驗。另外在2014年，該團隊在人腦內植入皮層腦電微電極，實現“意念”控制機械手完成高難度的“石頭、剪刀、布”手指運動。 我國腦機接口領域豐富的科研成果背后，是國家政策對該領域發展的大力支持。

早在2006年，國務院發布的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》中就把“腦科學與認知科學”列入基礎研究八大科學前沿問題；2016年，《“十三五”國家科技創新規劃》將“腦科學與類腦研究”列入“科技創新2030”重大項目；2021年，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》提出要瞄準人工智能、腦科學等前沿領域，實施一批具有前瞻性、戰略性的國家重大科技項目。

腦機接口在中國的發展前景被廣泛看好。2022年8月，中科院院士、中科院腦科學與智能技術卓越創新中心學術主任蒲慕明就曾提到，未來5年內，腦機接口技術的臨床應用，幫助殘障人群、癱瘓者解決部分生活問題的產品將上市。 當然，被認為是“下一個千億市場”的腦機接口，無論是技術層面還是非技術層面，都仍有很多待解的難題。比如倫理問題、審查問題，以及科研成果轉化成臨床應用等難題。對于投身其中的角色而言，必然是任重道遠。不過在前沿科技的魅力之下，相信會有越來越多的人選擇進入這一賽道。

參考資料： 1.《超車馬斯克，腦機接口創業公司率先在美國人大腦植入設備》； 2.《沈陽自動化所在腦機接口信息處理技術研究方面取得進展》； 3.《浙江大學完成國內首例植入式腦機接口臨床轉化研究》； 4.《這家華人投資的腦機公司，會是馬斯克所投企業最大的競爭對手嗎？》； 5.《美國神經技術公司Kernel獲得5300萬美元投資》。

編輯：黃飛