2022科技大赏 | “疯狂”的脑机

编者按：2022年，在元宇宙、AI、量子等众多前沿领域，不仅有大厂和创业公司，还有更多传统机构也蜂拥而入。无论是大洋彼岸的Roblox、Meta，还是身边的AR、VR、脑机、算力，各种概念和产品层出不穷。前沿科技领域卷起的商业旋风，正从上游加速传导下游，通过由虚入实场景化应用，匹配真实需求与未来世界，在彼此细分的商业赛道上大浪淘沙，这究竟是一个酝酿巨大机会的“新风口”，还是看破不说破的商业谎言？

马斯克又在脑机接口上“整活”了。当地时间12月1日，马斯克旗下脑机接口公司Neuralink公布了新进展，在猴子以“意念打字”引爆外界讨论的时候，马斯克更是预告，可能在6个月内进行人体实验。

几乎是同一天，有媒体发现，华为技术有限公司正在申请注册“脑海”商标，国际分类为科学仪器。不久前，华为刚刚与天津大学公开了一项名为“人机交互方法、人机交互装置及存储介质”的新专利，也就是当下大火的脑机接口技术。

始于科幻，发于科学。从国内到国外，从医疗到消费，被巨头抢滩的脑机接口市场正变得越发热闹。在《阿凡达2》即将归来的时候，人们也更加期待，那个曾经以“意念操控”而勾画出的潘多拉星球的故事，将再次以怎样的想象力为脑机接口的发展开启新的一页。

读懂神经元

Neuralink正保持着一年一度的频率更进展。在12月1日的发布会上，Neuralink展示了一段植入脑机接口设备的猴子使用意念打字、玩游戏的视频。马斯克透露，已经向美国食品药品监督管理局提交了大部分文书，“我们认为可能在大约6个月内，将Neuralink安装在人体中”。

据悉，该设备的原型机是一款小型化的接受端设备，依靠多达1024根直径为5微米的导线“缝”进参与实验者的大脑灰质中。通过与周围神经元形成链接，对大脑电辐射进行高分辨率的采样，并将其在模拟电脉冲和计算机代码之间自动转换。

这也概括出了脑机接口大致的工作原理。公开资料显示，脑机接口是一种在脑与外部设备之间建立通讯和控制通道，用脑的生物电信号直接操控外部设备，或以外部刺激调控脑的活动，从而增强、改善和延伸大脑功能的技术。

这项始于20世纪70年代的探索已经从科学原理的范畴逐渐落地到了技术优化、临床转化以及商业应用。但真正走热却要感谢马斯克，毕竟自带话题的他涉足脑机接口领域，就足以引爆话题。

事实上，脑机接口并不只是一个“接口”。成立于2019年的宁矩科技是国内唯一一个拥有全自主知识产权底层芯片的脑机接口平台，其生态完成了从电极芯片到设备集成以及应用的全过程。在接受北京商报记者采访时，宁矩科技副总裁仲雄称，脑机接口是一个平台级或者系统级的应用，所涉及到的科学门类非常复杂。

脑机接口大致可以分为三个部分，首先是离人体最近的电极或者传感器，通常会涉及生物相容性的材料制备以及结构设计。第二部分是信号传感和无线传输，即将电极采集到的信号，通过处理放大、压缩、编码，然后以无线的手段从生物体传感到应用端，期间需要的是芯片设计和硬件集成方面的能力。

最后一个部分就是人机交互，即用户怎样使用这种技术，怎样获取信号并解读，或者想要进行调控的时候如何操作，这部分涉及的是算法、人工智能、数据处理等技术，就需要软件工程相关的能力。

换句话说，脑机接口的实现需要经过信号采集、信息解码以及信号输出这三个最基础的过程，最重要的一点便是读懂神经元，但大脑的复杂意味着要实现这一过程并不容易。公开资料显示，一个完整的人类大脑包含大约860亿个神经元，几乎相当于银河系中恒星的估计数量。

准确地解读仿佛成了天方夜谭。仲雄提到，目前人类对于神经科学的认知还处在一个比较原始的阶段，但对于大脑功能分区的认知已经足够，而且得益于机器学习技术的发展，虽然人们无法准确地捕捉到某一个电信号所表达的特定含义，却也能在大量杂乱的信号中找到相对较准的对应关系。

比如要确定被测试者是否注意力集中，在采集了一堆电信号之后，通过机器学习算法处理，基本能够达到80%的准确度，并能够将注意力程度分为若干个等级。

“打洞”还是无创

然而在读懂神经元之前，脑机接口还有一项关键的任务——提取信号，这便涉及到了一个安全和精度的两难选择。据了解，根据硬件接入的方式，脑机接口主要可以分为侵入式和非侵入式两种。

前者通常需要通过神经外科手术，将电极等硬件设备与大脑皮层接触或植入大脑皮层某个特定部位，Neuralink主导的就是这一方式。后者通常是将硬件设置在颅骨外，具有无创特性。

人的颅骨是一个具有很强屏蔽作用的结构，多个脑内形成的神经信号汇集之后传到脑外再被获取，就像隔了一道门，其质量和精度都会减弱。这意味着侵入式的信息提取要比非侵入式更为精确，但这也自然引申出了人们对于安全的担忧。

对于这样的担忧，仲雄举了一个癫痫病人治疗的例子。传统的手术方案中，需要在病人的颅骨上打10-20个洞，每一个洞上插入特殊的电极，待到癫痫发作之后收集信号确定病灶位置，再进行开颅手术将病灶切除。

但下一代侵入式的脑机接口技术可以通过直接植入柔性电极的术式，替代现有术前探察和手术切除这种大面积反复创伤性术式；且柔性电极不侵入脑组织，对大脑本身的伤害降到了最低：“虽然也需要‘打洞’，但这样的创伤程度不会比人工耳蜗大多少。”

宁矩科技业务也侧重侵入式脑机接口研发。目前宁矩科技推出从芯片、硬件到软件全自主知识产权的第三代无线电生理工作站产品，是神经科学研究必须的基础科研仪器，面向科研院所、高校和医院等客户神经科学的前研科研场景。有望成功升级替代目前进口的第二代电生理工作站，解决神经科学前沼研究仪器设备的“卡脖子”问题。

这样的例子也恰恰说明了侵入式脑机接口应用的一个大方向——医疗康复。据了解，在临床医学治疗中，脑机接口主要应用于瘫痪、聋哑、残疾者等，对其进行感觉恢复、运动恢复等康复治疗，其中人工耳蜗也可以当做是侵入式脑机接口商业化的最典型例子。

今年年初，成立刚刚几个月的脑虎科技便已完成9700万元天使轮及Pre-A轮融资，成为当前脑机接口领域国内最大规模的早期融资。据了解，脑虎科技也是国内侵入式脑机接口领域最具代表性的公司之一。

脑虎科技创始人、CEO彭雷曾表示，脑机接口将成为未来二十年医疗健康领域最重要的创新和投资趋势，是值得全球投资者关注的前沿科技，具有巨大的投资价值。

然而对安全以及伦理等问题的担心却也始终掣肘着侵入式脑机接口的发展。《2022年脑机接口行业研究报告》显示，2020年，非侵入式脑机接口占脑机接口市场规模的86%。

这便成了众多企业争相入局的关键突破口。事实上，早在Neuralink成立的前一年，BrainCo强脑科技便已成立。今年11月初，BrainCo强脑科技发布了他们的首款C端产品，深海豚睡眠仪。而据国信证券(002736)的相关研报，2014年后，阿里、百度、科大讯飞(002230)等公司以投资并购方式入局脑机接口领域，陆续推出各自人工智能脑计划。

值得一提的是，11月25日，华为与天津大学刚刚公开了一项名为“人机交互方法、人机交互装置及存储介质”的新专利，业内普遍预计，该技术有望率先应用于华为智能驾驶领域。几天之后，我国首个脑机接口综合性开源软件平台MetaBCI正式发布。

“产学研”的摸索

不断入局的企业，也为脑机接口的商业化落地打开了想象空间。根据麦肯锡的预测，未来10到20年，全球脑机接口产业将产生700亿-2000亿美元的经济价值，市场应用前景广阔。

聚焦国内，中研产业研究院的统计数据显示，目前中国的脑机接口市场规模在10亿元，还不到全球市场规模的十分之一。预计到2040年，中国脑机市场规模预计会达到1250亿元，年均复合增长率在26%。

国信证券曾提到，当前脑机接口相关技术尚处于早期，但是从应用领域和未来商业价值上均具备较大潜力，并建议重点关注两条主线，其一是技术驱动下的软硬件领域，关注采集、外控、医疗设备、消费电子等领域进展。其二是长期视角下，脑机接口相关软硬件技术有望在VR/AR、元宇宙等领域成熟落地并带来全新交互体现。

然而在消费端广泛落地之前，在工业领域的应用恰恰成为外界观察脑机接口商业化的一个绝佳窗口。为了实现平衡、完整的工业数字化产业升级，北京华脑技术发展有限公司（以下简称“北京华脑”）在注重机器数字化的同时，也开始思考如何将人“数字化”，比如在事故预防方面，发挥脑机接口的作用，创新安全监管模式。

在接受北京商报记者采访时，北京华脑创始人唐再汐介绍称，很多施工场景下的工作人员，比如龙门吊司机或盾构机司机本身劳动强度大，需要监控众多参数，肩负的安全责任也大，一旦出现事故就是重大事故。

由于缺少作业过程中的人员本身的实时安全数据，传统对于重点岗位的人盯人的安全监管方式无法做到对人员安全事故的预测预警。而脑机接口通过实时读取和解析一线作业人员的大脑状态，以数字化的方式呈现，就可能对即将出现的安全隐患进行预警。

目前，北京华脑的系统已经落地在隧道施工中，在广州、重庆以及北京等地的地铁建设中也多有运用。

施工方曾给北京华脑反馈过一个很典型的例子，一名盾构机司机在施工过程中被“报警”，事后的问询得知，前一晚这名司机的孩子生病，没能休息好，第二天依旧上岗了。在他们看来，警报存在的意义并不一定预示着作业人员肯定会出现问题，但确实在一定程度上降低了整体的作业风险，且提高了作业的效率。

值得一提的是，乘风元宇宙，脑机接口将会成为“终极入口”的讨论也越来越多，当大多数人认为脑机接口将会在C端市场爆发的时候，北京华脑却给我们提供了一个看待脑机接口产业发展的新角度。据了解，在创办华脑之前，唐再汐主要从事智能制造行业，如今的这一系统则是与客户进行了大量的磨合和验证后才得以落地的。

“这不是靠我们单纯地想想就能做到的，这是产学研三方共同摸索出来的一条路径”，唐再汐说。

北京商报记者 陶凤 杨月涵