猴子带来的新风口

大脑也是大国竞争的前沿阵地。

一个星期前，埃隆·马斯克的大脑技术公司Neuralink宣布启动大脑控制机械臂的可行性试验。一个多月前，华为的“脑机接口”相关专利在中国国家知识产权局网站公布。

两年前，植入Neuralink芯片、会“打字”和玩电子游戏的猴子令人大受震撼。两年后，人体应用已经取得一定进展。

今年7月，中国工信部提出了脑机接口标准化技术委员会的筹建方案。10月，国家药监局发布两项相关医疗器械行业标准制修订项目。

根据麦肯锡测算，全球脑机接口医疗应用的潜在市场规模在2030年有望达到400亿美元。到2040年，该数字将达1450亿美元，如果再加上医疗、社交、娱乐，整个市场的规模可达到3万亿美元左右。

随着侵入式脑机接口设备陆续进入人体临床试验阶段，脑机接口的竞赛开始“卷”了起来。

脑机接口进入大众视野，全靠马斯克的极力推广。

脑机接口是一种大脑和计算机交互的“通信”技术。针对某个视觉刺激，大脑会专门发出的一种独特的“电信号回应”。将灵敏的电极阵列植入人的大脑皮层，就能捕捉到大脑神经元活动产生的电信号。

脑电信号非常微弱，平均只有几十微伏的水平，需要在预处理阶段放大信号，过滤掉干扰噪声，留下核心信息。

芯片对这些信号进行分析后，找出能够代表大脑意图的关键特征，将处理后的信号传输给计算机等设备，转化成具体的指令或反馈信息，就可以控制机器设备。

由此，碳基人脑和硅基电脑实现了直接通讯。

马斯克于2016年创立了公司Neuralink，研究对象为脑机接口技术。脑机接口是将极小的电极植入大脑，利用电流让电脑和神经元“互动”，实现“人脑与机器交互”。一开始，Neuralink发力的就是侵入式设备——“开颅”植入芯片。

该公司的首个系统名为“心电感应”，以64条直接插入大脑的“线”为中心。这些线比人的头发还要细，通过1024个电极，记录脑部神经信号。

2020年，Neuralink公布了硬币大小、电池供电的N1芯片植入计划；2021年4月，Neuralink演示了一只植入设备的猴子玩“乒乓”游戏的视频；2023年5月，美国食品药品监督管理局（FDA）批准Neuralink设备进行人体试验。

其实，侵入式脑机接口设备的代价很高，这也是FDA迟迟不同意人体临床研究的原因。

侵入式需要开颅。医生用头皮刀切开头皮，剥离覆盖在颅骨上的骨膜，用电动钻头在颅骨上钻孔，再使用颅骨切割器将这些孔连接起来，形成一块可移除的颅骨片。取下颅骨片后，切开脑膜，先用锋利的显微刀初步切割脑膜，随后使用硬脑膜剪扩大切口。

切割完毕，医生使用硬脑膜钩，轻轻抬起切开的硬脑膜边缘，令脑膜下的大脑皮层组织暴露出来。植入电极后，还需要修复硬脑膜。

2021年，Neuralink的动物实验中，部分猴子因实验失败或设备植入后出现的并发症被安乐死，而且它们在实验过程中遭受了极大痛苦。

大脑对感染极其敏感，脑内血管网络也非常丰富，而且大脑的自我修复能力相较其他器官较弱，轻微损伤也可能导致认知、感觉或者运动方面的问题。因此，来自监管部门的全过程监管格外重要。

2023年5月，Neuralink终于获得植入式人体试验批准，允许其对少数几名四肢瘫痪的患者手术植入设备并进行试验。2024年1月，Neuralink公司的第一个临床患者诺兰完成植入手术。然而，植入的设备很快出现问题，只有约15%的电极丝正常工作。

在人体比如大脑、脊椎、眼球等部位植入芯片，这一做法并不新颖，一些技术早已在临床中得到验证，其中最成熟的一类应用当属人工耳蜗。

早在20世纪70年代，人工耳蜗技术就已经出现。人工耳蜗主要包括体外和体内两部分，体外部分负责收集声音，把声音转换成电信号，体内部分主要是阵列电极，把电信号传递给听神经，再通过听神经传入中枢产生听觉。

美国在脑机接口领域的研究超过20年。其早期通过植入大脑的电极板和外部的大型设备来读取和利用大脑信号，这是脑机接口技术发展过程中的一个重要阶段。随着技术的发展，这些设备已经变得更小，更有效。

当前的脑机接口技术主要有两大方向——侵入和非侵入式。这两个方向主要根据信号采集方式划分。侵入式指的是在大脑中植入芯片、电极，人脑中有上千亿个神经元，植入电极可以精准地监测到单个神经元的放电活动——Neuralink就主攻这个方向。

Synchron是Neuralink的有力竞争对手，不需要开颅。Synchron的技术是，将芯片通过患者的颈静脉送入大脑，芯片始终留在血管内，反正听起来比锯开头骨安全。

FDA给它的审批就宽容多了，Synchron目前已经为10人安装了设备，第一批在2019年就开展测试，比Neuralink早了三年。

非侵入式则无需侵入大脑，但这个方式所获取的信号精度弱于侵入式，相关技术比较成熟和常见。

笔者就参与过北京师范大学心理学部的非侵入式实验过程，整个流程是：洗头、抹医用导电膏、贴电极，用时20分钟；调整模型15分钟。初次受试者要接受十几分钟的简单培训。

准备工作做完后，受试者保持专注盯着跳动各种符号的屏幕，不同区域的字符开始以每秒5—30次（即5—30赫兹）的频率规律性闪烁，这一范围的频率能够诱发出较强的脑电信号，且容易检测。受试者注视自己选择的符号，系统自动记录下其大脑皮层产生的相应脑电信号。

如今，中国有“微创”技术，本质上还是侵入式脑机接口技术，但“侵入”范围较小。

2023年10月，清华大学医学院洪波教授带领团队设计研发的无线微创植入脑机接口NEO（Neural Electronic Opportunity），在宣武医院成功进行首例临床植入试验。

同年12月，洪波教授团队再次联合天坛医院贾旺主任团队成功进行第二例临床植入试验。两枚硬币大小的脑机接口处理器植入高位截瘫患者颅骨中，成功采集感觉运动脑区神经信号。

据了解，该患者在三个月的居家脑机接口康复训练后，可通过脑电活动驱动气动手套，实现自主喝水等脑控功能，抓握解码准确率超过90%。

2024年8月，瑞士洛桑联邦理工学院的科研团队宣布，成功开发出名为MiBMI的超小型芯片，这款芯片仅8平方毫米。MiBMI在将脑信号转化为文本输出的测试中表现出色，准确率高达91%，为运动障碍患者提供了全新的沟通方式。

中国政府在研发方面的战略投资投入不小。据悉，2023年中国的研发投入约4590亿美元，是全球第二大研发支出国。包括脑机接口技术在内的人工智能以及医疗健康的融合产业，被认为是中国未来经济增长的重要驱动力。

除了上文提到的清华大学医学院团队研发的 “无线微创植入脑机接口NEO系统”，2021年，清华大学孵化企业宁矩科技脑机接口芯片正式完成流片。2024年巴黎奥运会期间，宁矩科技利用非侵入式的穿戴设备，实时监测运动员的生理参数，为运动员提供技战术分析，助力国家拳击队取得3金2银的成绩。

北京脑科学与类脑研究所孵化的北京芯智达神经技术有限公司推出了半侵入式采集脑皮层电信号的“北脑一号”，和侵入式采集单神经元电信号的“北脑二号”。

2024年9月，华为哈勃入股时识科技。时识科技由苏黎世神经信息研究所孵化而来，是一家类脑芯片公司。目前已经研发的全球首款可商用感存算一体的类脑智能SoC Speck，这是第一款量产并在商业化进程上取得突破性进展的产品。

今年10月，据国家知识产权局网站，一份名为“控制刺激器的方法、刺激器、脑机接口系统和芯片”的专利公布，专利发明人为华为技术有限公司。这并不是华为首次公开脑机接口的相关专利。在2023年6月，华为公布过一项名为“一种脑机接口装置和信息获取方法”的专利。

在马斯克的展望中，Neuralink和他的汽车特斯拉、人形机器人擎天柱以及火箭SpaceX将形成一个技术互补的集合。只要是计算机，人脑都可以控制，不管是什么以形式出现的计算机。

“即使有人失去了语言能力，他们可以通过蓝牙与擎天柱进行心灵感应，他们仍然可以控制机器人、电脑或手机。”马斯克说。

虽然暂时没有中国企业公开宣布马斯克这种雄心勃勃的“全盘”计划，但是，在今年5月的一个技术论坛上，有中国公司已经推出国产脑机接口设备，令一只猴子有效控制了机械臂的操作。

6个月后的11月26日，Neuralink才获准测试通过脑机接口控制机械臂。

值班主编 | 张来

排版 | 菲菲

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