21世紀經(jīng)濟報道記者 朱萍 實習生朱益孝 北京報道“腦機接口雖然是一個非常復雜的系統(tǒng)，目前為止已經(jīng)不存在非常難以突破的技術(shù)難關(guān)，更多的是工程性的開發(fā)。大概在5年以內(nèi)會誕生真正能夠應用于臨床的腦機接口。在此基礎上，后續(xù)包括像增強型腦機接口會得到進一步的發(fā)展。” 在日前舉行的第三屆紅杉全球醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)峰會上，智冉醫(yī)療聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO宋麒博士向21世紀經(jīng)濟報道等媒體表示。
5月26日，埃隆·馬斯克旗下腦機接口公司Neuralink宣布，公司已獲得FDA批準，準許啟動其植入式腦機接口設備（BCI）首次人體臨床研究。馬斯克介紹，公司將首先專注于兩方面應用：恢復失明者視力，以及幫助肌肉運動受損者控制智能設備，甚至恢復脊髓受損者的全身功能。
2020年，馬斯克在直播中展示了一只大腦中植入計算機芯片的豬，以體現(xiàn)大腦植入物的安全性和記錄神經(jīng)活動的能力。2021年Neuralink公司發(fā)布了一段視頻，內(nèi)容是一只植入芯片的猴子用腦電波玩電子乒乓球游戲，引起社會廣泛關(guān)注。
(相關(guān)資料圖)
中國信息通信研究院《腦機接口總體愿景與關(guān)鍵技術(shù)研究報告2022》（下稱《研究報告》）指出，腦科學問題是人類理解自然和人類本身的“終極疆域”，而腦機接口是破解該“終極疆域”的有效手段之一。腦機接口已成全球科技前沿，在面向未來的科技發(fā)展中占有重要地位。
宋麒認為，現(xiàn)在腦機接口最主要的應用場景是針對各種腦科學研究的科研場景，瞄準包括運動、視覺等初級功能，能對神經(jīng)相關(guān)的醫(yī)療器械和神經(jīng)類藥物研發(fā)做出貢獻。2024-2028年階段，真正實現(xiàn)臨床落地的腦機接口將會誕生，更關(guān)注記憶、學習、意識等高級腦功能，應用場景也會拓展，實現(xiàn)真正的大腦增強，參與神經(jīng)功能恢復、神經(jīng)調(diào)控等治療。
中美腦機接口產(chǎn)業(yè)競賽如火如荼
Neuralink不是第一個獲得FDA批準進行人體試驗的腦機接口企業(yè)。成立于2012年的Synchron在2021年成為第一家獲FDA批準在人類患者身上進行永久植入式BCI實驗的企業(yè)，并且在2022年獲得7500萬美元C輪融資。比爾?蓋茨和杰夫?貝索斯都參與了本輪融資。
據(jù)報道，截至2023年2月，Synchron已經(jīng)在7名患者身上植入了設備，幫助嚴重癱瘓或者漸凍癥患者恢復與外界交流的能力。例如，漸凍癥患者Pholip O"Keefe植入設備后成功在個人主頁上發(fā)表推文。
中國也在加快發(fā)展腦機接口技術(shù)。5月29日，在2023中關(guān)村論壇的“腦機接口創(chuàng)新發(fā)展論壇”上，工信部總工程師趙志國表示，將把腦機接口作為培育未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，加強腦機接口應用場景的探索，加速推動腦機接口產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。
據(jù)行業(yè)媒體智庫數(shù)據(jù)，主要省/直轄市已將腦機接口納入五年規(guī)劃，從省/直轄市級進行宏觀統(tǒng)籌。重大疾病康復成為部分省/直轄市腦機接口先鋒陣地，浙江、上海重點支持腦機接口在智能假肢、眼腦健康、外骨骼機器人、康復機器人等方面的應用。
按照信號采集方式不同，腦機接口主要分為植入和非植入兩種技術(shù)路線。
《研究報告》介紹，植入式腦機接口技術(shù)主要應用在醫(yī)療領域，最有可能率先落地并帶來市場收益的是神經(jīng)替代、神經(jīng)調(diào)控相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品。非植入式腦機接口技術(shù)可應用在更廣泛的生產(chǎn)生活領域，正逐步在康復訓練、教育娛樂、智能生活、生產(chǎn)制造等眾多方面為人類帶來福祉。
據(jù)動脈橙產(chǎn)業(yè)智庫統(tǒng)計，目前非植入式腦機接口企業(yè)占行業(yè)主導，占比超過60%。中美腦機接口企業(yè)數(shù)量接近，截至2022年底，中美腦機接口企業(yè)數(shù)量占全球企業(yè)總量比例分別為38%、36%。但中美發(fā)展路徑迥異，中國以非植入式腦機接口企業(yè)為主，美國以植入式腦機接口企業(yè)為主。
在2021年國內(nèi)外腦機接口融資總額、事件數(shù)創(chuàng)下新高后，2022年行業(yè)進入冷靜期。資本不再廣散網(wǎng)，而聚焦于投資那些有產(chǎn)品且正在開展或即將開展臨床試驗的公司，下一步將關(guān)注臨床試驗后的商業(yè)化落地。2022年國內(nèi)獲得融資的主要是植入式腦機接口企業(yè)，投資機構(gòu)越來越看重植入式腦機接口產(chǎn)品的未來發(fā)展。
柔性電極：下一代技術(shù)的發(fā)展方向
宋麒指出，植入式電極從首次臨床應用到現(xiàn)在已經(jīng)過去了15年，目前為止還沒有真正大規(guī)模地應用到臨床上。主要有兩個問題。
第一是通道。目前腦機接口僅約一百個通道，能夠轉(zhuǎn)換的信息相對有限。
第二是材質(zhì)。現(xiàn)在臨床使用的剛性電極生物力學性能和大腦組織有較大差異，植入過程中容易對大腦產(chǎn)生損傷，植入以后會和大腦軟組織發(fā)生相對運動，容易引起大腦組織免疫炎癥反應，使得植入電極在幾個月甚至幾周內(nèi)就失效，很大程度上限制了腦機接口的應用。
解決信號長期穩(wěn)定性問題的答案，就是新一代高通量柔性電極。
宋麒進一步指出，新一代高通量柔性電極能夠達到微米級別，接近甚至小于神經(jīng)元細胞突觸大小，可以采集到單個神經(jīng)元信號。電極通道數(shù)可以做到上千、上萬，增加信息帶寬和存儲量。
新一代電極采用超薄柔性材料，可以盡可能減少植入創(chuàng)傷。植入以后電極跟隨大腦一起運動，不容易發(fā)生免疫炎癥反應，從而長期穩(wěn)定讀取信號。例如，智冉醫(yī)療創(chuàng)始人和首席科學家方英團隊研發(fā)了能夠支持1024通道信號采集，同時最小尺寸僅3*1.5微米級別的高通量神經(jīng)流蘇電極，實現(xiàn)了長達6個月的動物神經(jīng)信號采集，為將來高通量柔性腦機接口在人身上的臨床應用打下了基礎。
上述《研究報告》提出，腦機接口系統(tǒng)應滿足“準確、高效、穩(wěn)定、易用和安全”五大需求，應從性能指標和可用性指標兩個方面衡量腦機接口是否滿足五大需求。性能指標主要體現(xiàn)在響應時間、識別正確率、可輸出指令數(shù)量和菲茲吞吐量（Fitts Throughput）四個量化指標。可用性指標體現(xiàn)在易用性、長效性、魯棒性、安全性和互操作性五個指標。
腦機接口的初步臨床應用僅是腦機接口發(fā)展的開始，隨著腦機接口大規(guī)模投入到臨床應用，人類對大腦功能的研究也會有更加深刻的理解，腦機接口的應用范圍也會進一步拓展。
根據(jù)中國殘聯(lián)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國肢體殘疾2472萬人，視覺障礙群體將近1800萬，有聽力殘疾人數(shù)達2780萬人。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國老年癡呆患病率有6%，抑郁癥和焦慮癥的患病率接近7%，其它神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者過千萬，并隨著老齡化程度提高而快速增長。
《研究報告》認為，盡管當前腦機接口核心軟硬件產(chǎn)品全球市場估算僅十多億美元，但如果腦機接口技術(shù)得到長足發(fā)展，將會撬動數(shù)千乃至萬億規(guī)模的神經(jīng)重塑、神經(jīng)替代、神經(jīng)調(diào)控的市場。
腦機接口產(chǎn)業(yè)在發(fā)展中對“多學科協(xié)作，多行業(yè)協(xié)同”訴求非常強烈，有必要面向腦機接口領域形成“產(chǎn)學研用醫(yī)政”體系。由此《研究報告》建議以科研資源共享機制推動學術(shù)協(xié)同，以聯(lián)盟合作方式推動產(chǎn)業(yè)協(xié)同，以標準和測試研究推動應用落地，最后以科技倫理保障應用安全。
