腦機接口技術(shù)作為一項前沿而又酷炫的技術(shù)，一直備受矚目，近日，腦機接口技術(shù)取得了高價值進展，從大腦活動中解碼完整句子，使得癱瘓失語者可以交流，讓很多人看到了曙光。
該項目是 Facebook 與加州大學舊金山分校聯(lián)合研究，研究員通過在一位失語十六年的癱瘓患者大腦中植入電極陣列，解碼從運動皮層發(fā)送到聲道的大腦信號，機器學習算法自動識別出他腦中出現(xiàn)的單詞，實時在屏幕中轉(zhuǎn)換為句子，讓嚴重癱瘓的失語患者重獲交流能力，雖然只是簡單的語句交流，但讓患者們建立了與世界重新交互的希望。
近年來，腦機接口技術(shù)新的進展也越來越多。最近剛閉幕的世界人工智能大會上，也有跟腦機接口相關(guān)的高價值進展項目，并且還獲得了世界人工智大會最高獎項 SuperAILeader(卓越人工智能引領獎)，其團隊來自中科院上海微系統(tǒng)所，展示的技術(shù)成果 —— 免開顱微創(chuàng)植入式高通量柔性腦機接口，因為其在腦機接口技術(shù)的創(chuàng)新與突破性進展獲得殊榮。
腦機接口技術(shù)的快速發(fā)展算起來也走過了二十個年頭，從患有中風的病人被植入腦機接口控制其他設備，到現(xiàn)在植入式腦機接口可以讓猴子打游戲，讓腦干受損患者意念控制喝水、交流等，在技術(shù)革新的路上，腦機接口技術(shù)的安全性似乎變得越來越有保障了。
此前的腦機接口醫(yī)學研究方案中，我們可以發(fā)現(xiàn)，試驗對象頭上需要頂著一個盒子，還得連著線，極大地限制了受試者的活動以及安全。而腦機接口近兩年的革新幾乎都是朝著簡化設備，減少侵入式的創(chuàng)口以及無線傳輸數(shù)據(jù)信號的方向進行。
微創(chuàng)、無創(chuàng)腦機接口技術(shù)并駕齊驅(qū)
腦機接口工作的方式是通過電極元器件進行信號的采集，PC 對信號進行解碼、編碼處理等，最后反饋給大腦的過程，技術(shù)的實現(xiàn)主要有兩種方案，分別為非侵入式方案與侵入式方案，他們之間最大的區(qū)別是，是否對大腦采用有創(chuàng)口的手術(shù)方式獲取神經(jīng)元信息。
傳統(tǒng)的侵入式方案，將成千上萬的電極插入到大腦中獲取神經(jīng)信號，因為需要進行開顱手術(shù)，會對大腦造成損傷;侵入大腦的元器件長期在腦內(nèi)安置，其安全性以及性能方面也會大打折扣，這也一直是侵入式腦機接口方案最大的缺點。因為其安全性以及倫理方面的限制，侵入式腦機接口系統(tǒng)在動物上應用較多，相關(guān)人體研究目前僅限于神經(jīng)系統(tǒng)損傷和疾病患者等臨床特殊患者群體。
而此次世界人工智能大會上公開的免開顱微創(chuàng)植入式高通量柔性腦機接口技術(shù)有望打破侵入式方案的桎梏，提高植入的安全性。中科院上海微系統(tǒng)所的方案是通過免開顱方式進行微創(chuàng)植入電極，植入尺度小于輸液針孔口徑。
團隊獨創(chuàng)的蠶絲蛋白包裹電極的技術(shù)可以把柔性的電極暫時硬化，這樣只需要開一個很小的孔，類似做針灸一樣將包裹后的電極直接放入腦袋里，而它到了腦后又會逐漸變軟，留在大腦內(nèi)部的神經(jīng)電極就可以把實驗體的腦電波傳入電腦，后期可進行解碼與人工智能預測。
柔性讓“腦機接口”更加接近臨床轉(zhuǎn)化，技術(shù)人員有個很巧妙的比喻，可以很好地理解柔性電極的功效，如果把大腦比作豆腐，柔性“腦機接口”就仿佛把一根蠶絲插入到一塊豆腐中，它可隨著豆腐一同晃動，不會對豆腐造成傷害。
柔性電極化極大地提高了侵入元器件的安全性，并且柔性的方案很好地固化了電極，其無創(chuàng)的方式降低了腦損傷的傷害，目前，該系統(tǒng)已應用于鼠、兔、猴等多種動物模型，并能夠?qū)崿F(xiàn)術(shù)后急性信號采集和長達 8 個月的穩(wěn)定神經(jīng)信號跟蹤，對后續(xù)的臨床試驗有很大的裨益。
馬斯克的 Neuralink 最新方案中，對安全性能也做了很大的革新，相較于之前的方案，最新的技術(shù)讓開顱的尺寸縮小到硬幣大小，減少了對腦部組織的創(chuàng)傷，使得開顱手術(shù)較以往變得完全了許多。
關(guān)于有創(chuàng)傷的手術(shù)操作方面，因為大腦的精細與復雜性，手術(shù)的過程不得出現(xiàn)任何閃失，Neuralink 還研制了一種植入機器人。這臺機器人能自動避開血管等大腦關(guān)鍵精細的部位，把比頭發(fā)還要細的微小電極和傳感器植入到大腦深處。
有創(chuàng)的侵入式方案，一般都是神經(jīng)系統(tǒng)受損嚴重的患者選擇，以治療為目的，風險和收益比較而言，有時候是值得冒險一試。但是這個冒險的前提是侵入式方案盡可能的安全，對大腦的損傷少一些。
設備的簡化以及安全性必須要求苛刻，不能讓患者陷入病沒治好，還把腦子給戳壞了的處境。傳統(tǒng)的侵入式腦機接口需要通過開顱手術(shù)來實現(xiàn)，由于此種方式侵入性太大，使用者面臨的風險是極高的。最新技術(shù)的革新趨勢讓腦機接口侵入式方案的安全性大大提高了。相比傳統(tǒng)開顱手術(shù)，這種方法對大腦的損傷更小，風險也降低。如果未來有更創(chuàng)新的植入技術(shù)，可能還會繼續(xù)降低各種創(chuàng)傷風險。
道阻且長，腦機接口的安全“地雷”
雖然微創(chuàng)與無創(chuàng)的方案提高了腦損傷事故的安全性，但是我們知道侵入的方案歸根結(jié)底還是將大量的電極預埋到大腦里，還是有安全的風險存在。
技術(shù)的發(fā)展讓腦機接口看起來減少了危險，但并沒有完全遠離危險，微創(chuàng)的電極還是會入侵大腦，對人的身心帶來危害。風險包括針對人腦的手術(shù)創(chuàng)傷、出血、感染等。長期安置在大腦中，元器件的功能作用會產(chǎn)生弱化的問題，信號失真，信號傳輸有誤等，而弱化的功能可能會導致腦機接口系統(tǒng)的操作失誤，增加許多難以預料的風險。
相比侵入式腦機接口技術(shù)，非侵入式腦機接口技術(shù)是企業(yè)和健康人士更青睞的方式，但其技術(shù)方面也存在一些安全問題，不容忽視。
在信號的傳輸與分析階段，腦電信號存在干擾以及被誤讀的風險。由于顱骨對神經(jīng)信號存在阻擋，目前非侵入式腦機接口裝置難以獲得持續(xù)穩(wěn)定的腦電信號，特別是在一些需要高精度操作的腦控場景下，例如控制輪椅、駕駛汽車等，如果因腦電信號誤讀造成操作失誤，造成的后果就非常嚴重。
再者就是佩戴電極帽也有一些安全風險，人在使用電極帽之后可能會有頭疼、發(fā)熱和視覺模糊等狀況，如果是長時間佩戴的話，也有電磁波輻射的損傷，長期使用會使人腦發(fā)生不可逆的改變，帶來未知的負面影響。
技術(shù)的創(chuàng)新伴隨著潛在的和未知的風險，因為腦機接口技術(shù)涉及到人類最重要最精密最復雜的器官 —— 大腦，所以其迭代發(fā)展的過程中風險一定需要考慮及重視，并且在所有的風險中應該首先關(guān)注技術(shù)本身的安全性，特別是當可能涉及到嚴重的危險時，必須將安全置于最高的地位。
無論是哪種技術(shù)方案，腦機接口的安全“地雷”問題還是很多，整體來說，雖然微創(chuàng)的技術(shù)減少了腦損傷的部分安全隱患問題，向著安全的方向靠近了一些，但是腦機接口技術(shù)畢竟在發(fā)展的初始階段，整體的安全性進度條還在初步階段，談論腦機接口技術(shù)已經(jīng)變得安全了有些夸張，只能說是向著安全的方向在進化中，不過，有變化總是好的事情。隨著資金、人才的大量涌入帶來技術(shù)的革新，腦機接口技術(shù)的風險和成本會逐漸降低，向著大帶寬、便攜化、可穿戴化方向發(fā)展。
行將終至，腦機接口的漫漫征途
創(chuàng)新推廣的新技術(shù)只能排除部分的安全風險，但是技術(shù)的發(fā)展也不能因為困難因噎廢食，腦機接口的科學愿景和錢景還是很有吸引力，其應用覆蓋的領域較為廣泛，在醫(yī)療、教育、娛樂、軍事等，尤其是在醫(yī)療領域中，除了治療腦干受損的患者外，原則上也可以治療重度抑郁癥、自閉癥、腦癲癇、阿爾茲海默癥、帕金森綜合征等目前難解的神經(jīng)疾病。
廣闊的商業(yè)化前景吸引了資本的注意，有關(guān)腦機接口的融資事件不少。公開數(shù)據(jù)顯示，2018 年以來國內(nèi)腦機接口行業(yè)融資不斷增多，如專注腦控康復技術(shù)的臻泰智能 2019 年 9 月獲得聯(lián)想創(chuàng)投獨家投資的數(shù)百萬天使輪融資，聚焦腦機接口系統(tǒng)相關(guān)設備研發(fā)的博瑞康在 2021 年 3 月獲得紅杉中國領投的上億元 B 輪融資，NeuraMatrix 獲得由經(jīng)緯中國數(shù)百萬美元 Pre-A 輪融資，腦陸科技在 2020 年 12 月獲得 1 億元 A 輪融資。
雖然腦機接口技術(shù)吸金，但是其技術(shù)整體來說還是屬于發(fā)展的初期階段，商業(yè)化落地的話路徑蹣跚，目前主要還是在醫(yī)療領域發(fā)力，比如康復訓練已經(jīng)進入了臨床試驗的階段。腦機接口技術(shù)還遠未成風口，談競爭似乎也是有點牽強了。
腦機接口產(chǎn)業(yè)領域的發(fā)展還是以學術(shù)界研究機構(gòu)領頭，他們的科研實力較強，巨頭企業(yè)或者是牽手合作，或者是收購等方式，進行早期的布局。Facebook 通過收購腦機接口(BCI)創(chuàng)企 CTRL-Labas，開發(fā)一種可以與其他設備直接連接的外設。馬斯克家的 Neuralink 主要是從侵入式方面進行探索。
國內(nèi)的玩家比如博?？?、腦陸科技等，大都從非侵入方面的設備層面進行切入，阿里與 NeuraMatrix 公司牽手合作，共同探索未來的腦機接口應用淘寶意念購。整體來說行業(yè)內(nèi)主要研究的方向還是以非侵入式腦機接口為主，落地的應用在醫(yī)療領域。
對于大腦的物理結(jié)構(gòu)層面的研究，人類幾乎已經(jīng)走完了觀乎其外、入乎其內(nèi)的過程，但是馭乎其外的境界還遠沒有達到。對于大腦中各個分區(qū)以及功能物理結(jié)構(gòu)等人類已經(jīng)有了很好的理解，但是大腦擁有上百億個神經(jīng)元，他們之間怎么通過連接、傳遞信號完成信息的處理，中間的過程是黑盒子。
映射到腦機接口技術(shù)中，充當神經(jīng)元的電極數(shù)量遠遠小于大腦的神經(jīng)元，再加上本身技術(shù)層面的信號帶寬與失真以及安全性的桎梏因素等，目前的腦機接口技術(shù)還是只能實現(xiàn)一些不太復雜的腦電信號的讀取和轉(zhuǎn)換。
要想實現(xiàn)更為復雜的交互和功能，像電影《黑客帝國》或者是《攻殼機動隊》中所想即所得，通過“下載”能夠熟練地掌握新知識、新技能，需要很漫長的路要走。
道阻且長，行將終至，腦機接口技術(shù)是人機交互、人人交互的終極形態(tài)，但是發(fā)展到這一步還需要時間的打磨，很多人擔心腦機接口技術(shù)會打開潘多拉的盒子，但是正如《超體》電影的臺詞所述，帶來混沌的是無知而不是知識與技術(shù)，未來腦機接口技術(shù)是對人腦的增強而不是控制與干預，是促進人類交互的蓬勃發(fā)展的工具，去更好地理解自然、宇宙。
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