7月19日，特斯拉CEO埃隆·馬斯克在社交媒體上提到，他已經(jīng)將自己的大腦上傳到云端，并已經(jīng)與自己的虛擬版本交談過。消息一出，迅速登上微博熱搜，人腦工程概念股走強。
腦機接口（Brain Computer Interface）指在人或動物大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接，實現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。
自七十年代腦機接口概念被提出，至今在全球已經(jīng)進行過多次試驗。從動物到人體、從單邊到雙邊，2022年3月約翰·霍普金斯大學(xué)對癱瘓患者雙邊植入腦機接口，實現(xiàn)控制兩只機械臂使用餐刀餐叉實現(xiàn)自主進食，BCI技術(shù)迎來爆發(fā)階段。
BCI系統(tǒng)由四個核心部分組成：信號采集、信號處理、信號執(zhí)行、神經(jīng)反饋（如圖）。根據(jù)系統(tǒng)的信息流走向，BCI被分為輸出式、輸入式及雙向閉環(huán)式系統(tǒng)。輸出式BCI通過讀取大腦信號，向外部設(shè)備輸出通信或控制指令。輸入式BCI由外部設(shè)備向大腦輸入電、磁、光等刺激，從而調(diào)控大腦中樞神經(jīng)活動。雙向閉環(huán)式BCI融合了以上兩類，同時具備讀取和刺激功能，實現(xiàn)腦-機信號交互的閉環(huán)。
01 侵入式腦機接口 想象空間巨大，臨床試驗受限 按接入方式不同，BCI可分為侵入式與非侵入式。國內(nèi)企業(yè)普遍主攻非侵入式技術(shù)，而國外則是侵入式為主。 侵入式需要通過開顱手術(shù)或者鉆透顱骨將腦電傳感器植入腦內(nèi)，腦電信號更加保真，應(yīng)用范圍也更加廣泛，創(chuàng)傷較大。代表企業(yè)有馬斯克的Neuralink以及國內(nèi)的腦虎科技。 Neuralink由埃隆·馬斯克投資1億多美元組建，2020年發(fā)布新一代的腦機接口設(shè)備：利用一臺神經(jīng)手術(shù)機器人向人腦中植入數(shù)十根直徑只有4-6微米的“線”以及專有技術(shù)芯片和信息條，然后可以直接通過USB－C接口讀取大腦信號。 圖源：Neuralink 在技術(shù)路徑上，國內(nèi)的腦虎科技選擇了與Neuralink相似的高通量柔性微電極陣列的方式。通過將可控降解的生物材料蠶絲蛋白包裹在電極外作為植入載具，植入大腦皮層后自行降解，避免了載具需撤出的缺陷。目前，該技術(shù)已通過臨床試驗倫理審查，成為國內(nèi)首家開展侵入式柔性腦機接口臨床試驗的公司。 02 非侵入式腦機接口 已有商業(yè)化應(yīng)用 與侵入式腦機接口直接采集神經(jīng)元的沖動不同，非侵入的腦機接口采集到的信息是頭皮腦電，識別準(zhǔn)確率和實時性受限，從技術(shù)路徑來看，主要以腦電圖（EEG，采集頭皮電信號） 為主。還包括功能近紅外光譜 （fMIRS）、功能核磁共振成像 （fMRI）、腦磁(MEG)。應(yīng)用場景包括消費端及醫(yī)療端，在醫(yī)療端方面，國內(nèi)代表企業(yè)主要有強腦科技、博?？怠⒄樘┲悄?、腦陸科技等。 強腦科技創(chuàng)立于 2015 年，是哈佛大學(xué)創(chuàng)新實驗室孵化的第一支華人團隊。創(chuàng)始人韓璧丞是哈佛大學(xué)腦科學(xué)中心博士，目前獲得了中國電子、招商局資本、光大控股、騰訊聯(lián)合創(chuàng)始人、華登國際、鼎暉投資等機構(gòu)的投資。 該公司已有兩款商用的產(chǎn)品。其中一款可以利用腦電波神經(jīng)反饋訓(xùn)練來提升認(rèn)知能力，追蹤專注力數(shù)據(jù)、并對其進行量化和提升。另外一款BrainRobotics為智能仿生手，是一款將腦機接口技術(shù)與人工智能算法結(jié)合的高科技康復(fù)輔具。 博?？党闪⒅两褚淹瓿?次融資，據(jù)醫(yī)械數(shù)據(jù)云數(shù)據(jù)顯示，博睿康目前已有3款腦電信號采集、監(jiān)測、輔助診斷產(chǎn)品獲批，主要針對癲癇、中風(fēng)、老年癡呆、抑郁等神經(jīng)、精神類疾病進行診斷治療。 03 醫(yī)療健康成重點應(yīng)用領(lǐng)域 無論是侵入式還是非侵入式，醫(yī)療健康為其最主要、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，主要的應(yīng)用場景為神經(jīng)、神經(jīng)類疾病的改善與治療，如癲癇、帕金森、精神分裂、抑郁癥、焦慮癥、藥物成癮等。 全球大部分國家已經(jīng)步入老齡化社會，中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病率提升，與此同時，治療藥物稀缺，研發(fā)難度高，美國全球生物科技創(chuàng)新組織的研究表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)藥物從臨床 I 期到上市的成功率僅為 8.4%，因此中樞神經(jīng)系統(tǒng)的臨床未滿足需求仍然十分巨大，BCI技術(shù)在醫(yī)療器械上的應(yīng)用前景值得期待。 其中腦起搏器技術(shù)（DBS）運用電刺激的方式干預(yù)大腦的功能，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于帕金森等腦疾病的臨床治療，是腦機接口在 醫(yī)療領(lǐng)域的有效嘗試。 DBS還有望應(yīng)用到更多疾病上，包括慢性疼痛、強迫癥（OCD）和抑郁癥等。目前，瑞金醫(yī)院正在將嘗試將該類技術(shù)結(jié)合腦機接口應(yīng)用在抑郁癥治療上，該臨床項目目前已在7位抑郁癥患者上取得了良好效果。 目前國內(nèi)的DBS市場主要由美敦力、波士頓科學(xué)、雅培三家外資品牌把控，國內(nèi)也有眾多企業(yè)布局在DBS設(shè)備領(lǐng)域，具有代表性的有樂普醫(yī)學(xué)、神奕醫(yī)療、學(xué)國生物、邁普再生醫(yī)學(xué)、邁普再生醫(yī)學(xué)、軒承科貿(mào)、品馳醫(yī)療、景昱醫(yī)療、常州瑞神安等企業(yè)。 此外在康復(fù)領(lǐng)域，BCI也具有十分廣闊的應(yīng)用前景，具體而言，腦機接口技術(shù)在康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用方式主要有兩種：一種是輔助性腦機接口，通過腦機接口設(shè)備獲取患者的運動意圖，實現(xiàn)對假肢或外骨骼等外部設(shè)備的控制；另一種是康復(fù)性腦機接口，經(jīng)過腦機接口設(shè)備直接作用于大腦進行重復(fù)性反饋剌激，從而增強神經(jīng)元突觸之間的聯(lián)系，實現(xiàn)修復(fù)。代表性公司是臻泰智能，其發(fā)布的“BCI+VR+機器人”腦機智能康復(fù)整體解決方案，首先通過計算機視覺圖像來刺激運動神經(jīng)，讓非侵入式腦機捕捉患者的運動意念，然后驅(qū)動康復(fù)機器人帶動患者的肢體運動。 作為下一代人機交互技術(shù)，腦機接口近年來也收到政策重點關(guān)注，十四五規(guī)劃100個重大項目清單中“腦科學(xué)與類腦研究”位列其中，《“十四五”醫(yī)療裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》明確提出加快研發(fā)基于機器人、智能視覺與語音交互、腦機接口、人機交互與智能控制技術(shù)的新型護理康復(fù)裝備。 雖然研發(fā)難度極高，收獲期甚長，但腦機接口在醫(yī)療領(lǐng)域的探索與應(yīng)用，仍然十分值得期待。
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