如今，人類雖然未能達(dá)到科幻世界的彼岸，但技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)讓我們摸到了科幻世界的諸多入口。就像“數(shù)字化人類”，它的入口很可能就藏在腦機(jī)接口技術(shù)中。
馬斯克旗下腦機(jī)接口公司宣布獲準(zhǔn)啟動(dòng)人體臨床試驗(yàn)。本月初，全球首例非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物介入式腦機(jī)接口試驗(yàn)在北京獲得成功。連接不斷的進(jìn)展似乎已經(jīng)明示，現(xiàn)實(shí)層面的腦機(jī)接口技術(shù)正醞釀著無限的潛力，當(dāng)然，這其中包括應(yīng)用的前景，也同樣包括可能產(chǎn)生的安全、倫理風(fēng)險(xiǎn)。
超級(jí)編解碼
公開資料顯示，腦機(jī)接口技術(shù)可以將腦電信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制指令，從而幫助運(yùn)動(dòng)功能障礙患者如腦卒中、漸凍癥等與外部設(shè)備交互，提升生活質(zhì)量。整個(gè)工作過程大致可以分為信號(hào)的采集、降噪、增強(qiáng)，信息的編解碼以及信號(hào)的輸出等。
北京腦科學(xué)與類腦研究中心和北京師范大學(xué)雙聘研究員、博士生導(dǎo)師柳昀哲對(duì)北京商報(bào)記者表示，讀懂大腦是世界性難題，在讀懂之前，首先要理解我們的大腦是怎樣表征外部世界的，也就是編碼過程，所以讀懂是一個(gè)編解碼過程。而腦機(jī)接口就是實(shí)現(xiàn)神經(jīng)編解碼的重要手段，并高度依賴于上述對(duì)應(yīng)關(guān)系的構(gòu)建和深層次理解。采用腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)神經(jīng)編解碼，使用了腦機(jī)接口的腦到機(jī)方向，即如何使用機(jī)器讀取腦的信號(hào)。
正在進(jìn)行的2023中關(guān)村論壇展覽（科博會(huì)）上，北京腦科學(xué)與類腦研究中心便展示了腦機(jī)接口編解碼技術(shù)。據(jù)悉，該研究基于TEM-神經(jīng)活動(dòng)重現(xiàn)類腦智能算法，嘗試對(duì)于人類概念的形成和表征進(jìn)行解碼。柳昀哲提到，在TEM基礎(chǔ)上，我們統(tǒng)合了海馬-內(nèi)嗅皮層系統(tǒng)在認(rèn)知地圖形成過程中的重要作用。將海馬對(duì)于認(rèn)知地圖形成的核心機(jī)制加入原有TEM模型中，提升TEM在新環(huán)境中的泛化性。
但編解碼還有一個(gè)關(guān)鍵前提，即信號(hào)的提取。從技術(shù)手段上看，腦機(jī)接口主要分為侵入式和非侵入式，但這兩種方法也一直面臨精度與安全難兩全的取舍。穩(wěn)定、高通量的神經(jīng)信號(hào)記錄是腦機(jī)接口的第一要素。國(guó)家納米科學(xué)中心和北京腦科學(xué)與類腦研究中心雙聘研究員、博士生導(dǎo)師方英則對(duì)北京商報(bào)記者提到，傳統(tǒng)電極的材質(zhì)是硅和金屬，而剛性的硅基或金屬微絲電極在手術(shù)植入柔軟的腦組織后，由于尺寸和力學(xué)性能的巨大差異，使電極與腦組織間發(fā)生相對(duì)微移動(dòng)并引起炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致剛性微電極難以對(duì)神經(jīng)電信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定讀取。
科博會(huì)期間，國(guó)家納米科技中心方英研究員團(tuán)隊(duì)展示千通道柔性神經(jīng)流蘇電極，與傳統(tǒng)電極相比，柔性神經(jīng)流蘇電極非常柔軟，能匹配腦組織的力學(xué)性，從而更穩(wěn)定、更安全。
醫(yī)療搶先落地
腦機(jī)接口還有第三種技術(shù)路線——介入式腦機(jī)接口。本月初，由南開大學(xué)段峰教授團(tuán)隊(duì)牽頭的全球首例非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物介入式腦機(jī)接口試驗(yàn)在北京獲得成功。
據(jù)悉，介入式腦機(jī)接口通過介入手術(shù)將介入腦電傳感器貼附在猴腦血管壁上，無需開顱手術(shù)即可采集到顱內(nèi)腦電信號(hào)，相較于傳統(tǒng)侵入式和非侵入式腦機(jī)接口，兼顧安全性、識(shí)別穩(wěn)定性。在該試驗(yàn)中，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院神經(jīng)外科醫(yī)生也參與其中，此次科博會(huì)期間，宣武醫(yī)院便展示了針對(duì)脊髓損傷方面的腦機(jī)接口臨床應(yīng)用。
神經(jīng)病學(xué)專家、首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科主任醫(yī)師、博士生導(dǎo)師唐毅告訴北京商報(bào)記者，腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練可以調(diào)動(dòng)大腦感覺和運(yùn)動(dòng)等腦區(qū)協(xié)同工作，科學(xué)地給皮層和肢體施加運(yùn)動(dòng)和感覺任務(wù)，可刺激中樞和效應(yīng)器產(chǎn)生電信號(hào)，并通過腦機(jī)接口在大腦和肢體之間建立人工的輔助傳導(dǎo)通路，使得兩者之間阻斷的信息交流能夠延續(xù)。
“這樣可以激活脊髓殘存的神經(jīng)纖維，激發(fā)出其‘殘存的潛在能力’，在功能上發(fā)揮代償作用，部分恢復(fù)脊髓對(duì)運(yùn)動(dòng)和感覺信息的傳導(dǎo)功能。最終，實(shí)現(xiàn)脊髓損傷患者重獲運(yùn)動(dòng)和感知能力。”唐毅表示。
據(jù)悉，早在2018年2月，我國(guó)首個(gè)“重拾行走計(jì)劃”項(xiàng)目就在宣武醫(yī)院?jiǎn)?dòng)，項(xiàng)目在順利推進(jìn)中，數(shù)位完全性脊髓損傷患者部分恢復(fù)行走能力。
醫(yī)療通常被認(rèn)為是腦機(jī)接口技術(shù)落地的第一站。公開資料顯示，侵入式腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域已有一定程度的應(yīng)用，如用深腦刺激來緩解帕金森癥狀、用早期實(shí)驗(yàn)性芯片來恢復(fù)視覺、植入人工耳蝸恢復(fù)聽力等。
唐毅提到，醫(yī)療領(lǐng)域中腦機(jī)接口的主要應(yīng)用方向包括輔助神經(jīng)功能恢復(fù)和肢體運(yùn)動(dòng)、輔助疾病診療、輔助信息交流、輔助增強(qiáng)記憶四個(gè)方面。其中的輔助疾病診療，主要包括癲癇、帕金森病、神經(jīng)精神類疾病的診療和康復(fù)，而癲癇診療領(lǐng)域則是腦機(jī)接口技術(shù)最早應(yīng)用的領(lǐng)域之一。
還需產(chǎn)業(yè)鏈支撐
“風(fēng)口”中的腦機(jī)接口也吸引了資本層面的關(guān)注。從國(guó)際視角上，谷歌、微軟、Facebook等科技巨頭正著力布局開發(fā)底層技術(shù)。2014年后，阿里、百度、科大訊飛等公司也開始以投資并購(gòu)方式入局腦機(jī)接口領(lǐng)域，陸續(xù)推出各自人工智能腦計(jì)劃。
國(guó)信證券統(tǒng)計(jì)，2014年以后，由于腦機(jī)接口技術(shù)成熟度提升，產(chǎn)品和服務(wù)廣泛被市場(chǎng)接受，不斷有新公司進(jìn)入該領(lǐng)域，目前每年新增公司超過10家，明顯高于2014年前水平。
從應(yīng)用層面，未名腦腦科技有限公司創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官高妍在接受北京商報(bào)記者專訪時(shí)提到，對(duì)腦疾病領(lǐng)域的科技型企業(yè)來說，腦機(jī)接口硬件、軟件以及人工智能算法，都相當(dāng)于基礎(chǔ)性的技術(shù)，企業(yè)更多是在這種技術(shù)的基礎(chǔ)上做具體領(lǐng)域的應(yīng)用。但對(duì)于這項(xiàng)“未來科技”來說，要想真正達(dá)到成熟的大規(guī)模應(yīng)用，或者說產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化，可能還有很長(zhǎng)一段路要走。高妍提到，在國(guó)內(nèi)臨床上，腦機(jī)接口技術(shù)并不完善，腦機(jī)接口軟硬件就像造車，需要完整的產(chǎn)業(yè)鏈支撐，包括單探頭的靈敏度、降噪、算法分析等能力，因此距離真正便捷性地使用，可能還需要一個(gè)過程。
中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院正高級(jí)工程師、微靈醫(yī)療創(chuàng)始人李驍健進(jìn)一步分析稱，目前我國(guó)腦機(jī)接口技術(shù)正處于產(chǎn)業(yè)化初期階段，盡管應(yīng)用前景非常廣闊，但是目前剛性需求場(chǎng)景較少?？蒲杏猛疽恢笔侵饕枨蠓?，在消費(fèi)端目前醫(yī)療用途凸顯。
能否滿足用戶要求也是腦機(jī)接口商業(yè)化面臨的主要障礙之一。李驍健提到，目前腦機(jī)接口技術(shù)的研發(fā)成本較高，研發(fā)人才較少，產(chǎn)品屬于定制化制造，生產(chǎn)成本較高。目前腦機(jī)產(chǎn)品的性能和可靠性也沒有得到充分驗(yàn)證，消費(fèi)者對(duì)此類產(chǎn)品還缺乏信任。
而且實(shí)際投資方面熱情不高，投資機(jī)構(gòu)對(duì)腦機(jī)接口這種新興高科技產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目還缺乏系統(tǒng)全面的認(rèn)知，很難準(zhǔn)確評(píng)估投資風(fēng)險(xiǎn)。此外，目前腦機(jī)接口的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范尚未統(tǒng)一，不同廠商的產(chǎn)品之間缺乏互通和互評(píng)性。美國(guó)聯(lián)邦藥監(jiān)局對(duì)植入式腦機(jī)接口發(fā)布了指南并積極參與對(duì)申報(bào)單位的指導(dǎo)是很值得借鑒的。
來源：北京商報(bào) 作者：楊月涵
