每經(jīng)記者 李孟林    每經(jīng)編輯 蘭素英    

用思想控制計算機(jī)，通過互聯(lián)網(wǎng)下載和上傳記憶，通過腦波與他人交流……這些聽起來像是科幻小說中的情節(jié)，但在不久的將來，可能會因腦機(jī)接口（BCI）的發(fā)展而成為現(xiàn)實。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年美國加州大學(xué)洛杉磯分校計算機(jī)科學(xué)家雅克·維達(dá)爾的設(shè)想，即通過放置在頭皮上的電極可檢測到大腦發(fā)出的實時信號翻譯后用于控制計算機(jī)。

2023年是腦機(jī)接口概念提出的50周年。這一年，無論是理論研究還是設(shè)備研發(fā)，腦機(jī)接口技術(shù)都迎來了飛速的發(fā)展：馬斯克旗下Neuralink在美國獲準(zhǔn)開展將設(shè)備植入人腦的臨床試驗；斯坦福大學(xué)和加州大學(xué)舊金山分校的研究團(tuán)隊使用不同類型的植入物收集志愿者大腦中的電子信號，并使用不同的算法進(jìn)行解釋；Bitbrain 開發(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)測腦電圖信號……

咨詢機(jī)構(gòu)Acumen Research and Consulting在今年10月發(fā)布的一份預(yù)測報告中稱，全球腦機(jī)接口市場未來幾年將繼續(xù)擴(kuò)張，將主要得益于市場對輔助技術(shù)的需求不斷增長、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)實和增強(qiáng)現(xiàn)實系統(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。

圖片來源：每經(jīng)編輯蘭素英制圖

“這確實可以說是突破性的一年，雖然實際上這是學(xué)院研究幾十年的積累。我想我們才剛剛開始感受到指數(shù)級增長的效應(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)接口非營利研究組織Forest Neurotech。

各類新進(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，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4100萬美元的B輪融資。

圖片來源：每經(jīng)編輯蘭素英制圖

從市場前景看，麥肯錫也給出了一份測算，認(rèn)為全球腦機(jī)接口醫(yī)療應(yīng)用的潛在市場規(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)計為150億美元，2040年為850億美元，而以情緒評估與干預(yù)為主的消費醫(yī)療的潛在應(yīng)用規(guī)模2030年預(yù)計為250億美元，2040年為600億美元。

圖片來源：每經(jīng)編輯蘭素英制圖

植入數(shù)量將邁上新臺階

盡管腦機(jī)接口已經(jīng)走過了半個世紀(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，而能夠離開實驗室環(huán)境，在真實世界場景中使用的人更是屈指可數(shù)，因為大多數(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完成。這些試驗的結(jié)果預(yù)計將提供關(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。這些突破可能會影響腦機(jī)接口的未來發(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《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者表示。劉嘉曾入選《麻省理工科技評論》“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現(xiàn)無創(chuàng)腦機(jī)接口的領(lǐng)先專家。

Neuralink的試驗規(guī)劃尤為宏大，該公司計劃在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個電極，由特別研發(fā)的機(jī)器人進(jìn)行開顱植入，收集到的腦部信號則由用戶端App進(jìn)行解讀。

從2019年開始，馬斯克就數(shù)次對外宣告，Neuralink的臨床試驗很快就會展開。經(jīng)過幾次“狼來了”之后，2024年將是見真章的一年。馬斯克說話一向高調(diào)任性，而據(jù)多家媒體揭露的內(nèi)部情況，馬斯克對Neuralink的進(jìn)度很不滿意，急切想要加快速度，而此前動物試驗階段因為動物死亡過多而頻遭激烈批評。2024年的臨床試驗是否會出“幺蛾子”，將是重要看點之一。

2024年也是Synchron美國臨床試驗的階段匯報點。過去半年多以來，6名嚴(yán)重癱瘓者用Synchron的設(shè)備進(jìn)行簡單的數(shù)字設(shè)備操作，如發(fā)送信息和瀏覽網(wǎng)頁等。據(jù)Synchron提交的試驗文件，本次可行性試驗將于2024年8月結(jié)束，屆時Synchron可能將向FDA申請開展規(guī)模更大的臨床試驗。

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

安全性帶來的劣勢是電極少，收集的信號較差。目前，Synchron系統(tǒng)唯一可以生成的計算機(jī)命令是點擊和滾動功能。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)、最有可能實現(xiàn)商業(yè)化的設(shè)備。

“Synchron 是第一個以有意義的方式將 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，“它很可能會率先實現(xiàn)上市，過很久才有其他設(shè)備與之競爭。”

Precision Neuroscience是另一家值得關(guān)注的公司，其創(chuàng)始人Benjamin Rapoport實際上也是當(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”為一個類似透明膠帶的柔性薄膜，在1平方厘米的面積上有1024個電極，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)時間最長達(dá)30天。不過該公司亦強(qiáng)調(diào)，“第7層皮層界面”仍然是一個科研性的設(shè)備，暫不會在美國銷售。

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

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)，但毫無疑問，大模型和生成式AI在科技圈的風(fēng)頭更盛。然而，兩項前沿科技并非此消彼長的競爭關(guān)系，而是存在協(xié)同進(jìn)化。咨詢機(jī)構(gòu)Acumen Research and Consulting在報告中指出，結(jié)合腦機(jī)接口和AI開發(fā)溝通、控制和康復(fù)類的新工具，是腦機(jī)接口領(lǐng)域發(fā)展的主要趨勢之一。

“大型語言模型和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。反過來，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《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，也可以通過借鑒人類大腦結(jié)構(gòu)來設(shè)計更好的AI。

據(jù)悉，該院開發(fā)了首個跨數(shù)據(jù)集的腦電預(yù)訓(xùn)練模型，并在此基礎(chǔ)上開發(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)。

在馬斯克對未來的暢想中，AI的發(fā)展將對人類造成“生存性威脅”，人類只有通過腦機(jī)接口技術(shù)實現(xiàn)與AI共生，才能避免被取代的命運。這個設(shè)想無疑過于科幻和遙遠(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)管補位。2021年，聯(lián)合國教科文組織制定了指導(dǎo)AI的倫理推薦意見，獲得了193個成員國的通過。2023年7月，該組織發(fā)布了一份關(guān)于神經(jīng)科技的報告，呼吁對此類技術(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。

封面圖片來源：視覺中國-VCG31N1258295686