什么是脑机接口技术？脑机接口技术的三个发展趋势

智慧芽海外团队 撰文

创新研究中心 邹欣欣编译

人的大脑有1000亿个神经元，每个神经元与其他1万个神经元相连。在你肩膀上方的是已知宇宙中最复杂的物体。 

——Michio Kaku

想象一下，仅凭你的思想就能控制外部世界，同时还能直接在头脑中获得目前在网络上能找到的所有信息。虽然这听起来像一部科幻电影，但这是一个可信的未来场景。这项技术被称为脑机接口（BCI: Brain Computer Interface），有望帮助互联网时代的人类在不使用传统神经肌肉通路的情况下实现上述所有目标。

近年来，人们对脑机接口技术的研究兴趣急剧上升。它逐渐成为全球创业社区最热门的话题之一。去年，这一领域迎来了破纪录的融资，在46笔交易中筹集了14亿美元。

图1：2012-2022脑机接口技术领域融资情况一览

（数据来源：智慧芽Discovery）

在这篇文章中，我们将探讨推动脑机接口技术发展的创新趋势。

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什么是脑机接口技术？

简单地说，脑机接口技术是您的大脑和外部设备之间的桥梁，利用多个零部件和复杂的算法，分析大脑信号并提取大脑运作模式，然后由一个设备进行记录和解析。这使人类有能力在不受身体限制的情况下直接控制机器。

最初，脑机接口技术的开发是为了帮助瘫痪者利用他们的思维来控制辅助设备。越来越多的科技创业公司以大脑为研发目标，最终目的是将人脑与计算机界面连接起来。“创造廉价、小巧、人人都能使用的脑机接口产品”的竞赛正在进行。

虽然这是一个激动人心的时刻，但也有大量的伦理问题需要考虑。许多人不同意进行永久性大脑植入的想法。幸运的是，市场上也有可穿戴的脑机接口产品，不需要进行手术或植入进你的大脑。

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脑机接口技术的三个发展趋势

图2：2012 脑机接口领域的技术关键词体系

（数据来源：智慧芽Discovery）

脑机接口领域的研究已较为成熟，图2展示了脑机接口的技术关键词体系。相关技术或主题是根据该特定领域的学术研究成熟度来描述的。较深的圆圈描述了较高的研究成熟度（如脑电图，也称为EEG或人工智能），而较浅的圆圈则描述了新兴技术或学术研究较少的技术或主题。例如，“心灵上传”现在没有学术成熟度，但随着研究的进一步发展，它可能在未来几年变得越来越重要。

发展趋势一：

美国和中国在研究方面占持续主导地位

脑机接口领域的研究者高度集中在美国和中国。尤其是天津大学和加州大学旧金山分校（UCSF），在研发规模（表现为专利数量）和技术影响力（表现为专利被引次数）上都遥遥领先于其他研发主题。一个值得注意的新技术是加州大学旧金山分校的专利“CA2886095A1”，名为“感官和认知分析的系统和方法”，根据智慧芽的专利价值评估，其价值约为234万美元。根据专利文件描述，这一技术提供了一种识别人体感知的方法和系统，可以通过对人体生理信息的处理，生成包括一系列定量值的特征数据。

图3：中美脑机接口领域头部研究机构的技术规模与技术影响力

（数据来源：智慧芽Discovery）

注：其中横轴为专利申请数量，代表技术规模

纵轴为专利被引次数，代表技术影响力

发展趋势二：

脑机接口技术高增长创业公司正在崛起

随着脑机接口技术在全球的持续发展，许多高增长的创业公司开始出现。根据智慧芽对各方行业研究预测数据的综合梳理，脑机接口技术行业预计将在2021-2027年以14.3%的年复合增长率大幅增长。脑机接口在医疗保健领域的增长潜力尤其巨大，特别是与神经疾病的治疗有关的项目。国防领域涉及脑机接口技术的研究也在增加。这些都是推动全球脑机接口市场增长的主要因素。

图4：脑机接口技术领域代表性创业公司的专利和融资情况分析

（数据来源：智慧芽Discovery）

分析过去10年成立的公司，我们可以从图4中看到脑机接口领域最活跃的部分公司和机构。

其中，Cognixion是一家专门从事人工智能、机器学习和生物技术的计算机软件公司，在融资中筹集了约1500万美元，最近一次融资是来自亚马逊Alexa基金。Cognixion有一个感官交流系统软件，使人们能够使用脑机接口技术直接将脑电波转化为语言进行交流。

另一个值得注意的创业公司是马斯克（Elon Musk）的Neuralink（也是一家从事脑机接口技术研究的公司），这可能是该领域最知名的创业公司。Neuralink正致力于开发超高带宽的脑机接口，以连接人类和计算机，在即将到来的人工智能AI时代中生存。马斯克将这项技术比作 “Fitbit（一种记录器）在你的脑中”。

图5：Neuralink在脑机接口技术领域的表现

（数据来源：智慧芽Discovery）

注：其中蓝色代表Neuralink，黄色代表行业均值，绿色代表行业最高水平

与其他脑机接口技术公司相比，Neuralink在创新的规模（专利总数）和创新的势头（过去三年内的专利数）方面表现出色，远远高于行业平均水平。然而，当涉及到创新的原创性（专利引用总数）和创新的价值（平均专利估值）时，Neuralink却低于平均水平。许多人报告说，虽然Neuralink拥有坚实的工程基础，但神经科学则很平庸。

无论如何，Neuralink给脑机接口技术行业带来了巨大的关注度，特别是通过对一只名叫Pager的猴子的活体实验。Neuralink在Pager的大脑中安装了硬币大小的芯片，经过训练后，它能够通过大脑活动来玩乒乓球游戏。

如果一只猴子通过简单的训练就能做到这一点，想想如果我们的大脑与计算机相连，人类能做什么？在应用方面，Neuralink希望帮助四肢瘫痪者恢复数字自由。从长远来看，该公司认为芯片将帮助人类意识与人工智能融合在一起。Neuralink最近在其C轮融资中筹集了2.05亿美元，这将加速其产品的开发。据估计，其人体试验将在今年晚些时候开始。

发展趋势三：

人体临床试验正式开启

2022年5月5日，第一个商业脑机接口产品进入人体试验。

血管内脑机接口公司Synchron在美国的一项临床试验中招收了第一位病人，经过试验成功，则该公司的植入物有望获得监管部门批准，用于截瘫者和经历瘫痪的人的商业使用。

该公司首席执行官Thomas Oxley在一份公司声明中说：“永久植入式脑机接口产品的首次患者植入是脑机接口领域的一个重要里程碑，我们正在为美国500万瘫痪患者推进我们的解决方案。”

成立于2016年的Synchron已经为脑机接口行业取得了多项重要突破。2016年，该公司使用其产品Stentrode制作了第一个来自羊血管内的血管ECoG的大脑记录。这项研究后来发表在《自然生物技术》上。两年后，Synchron展示了如何通过血管实现局部的大脑刺激，而不需要开脑手术。最后，在2021年，该公司展示了两个植入支架的人类如何能够控制外部设备，仅通过使用他们的思想来开发电子邮件通信、短信以及网上银行。

虽然脑机接口技术的研发仍处于早期阶段，有许多挑战尚待解决，但人类进化的潜力令人振奋。从帮助截瘫者到提高全世界人类的日常生活，脑机接口技术肯定会在将来改变许多人的生活。随着围绕第五次工业革命的报道增多，脑机接口技术将成为下一个突破性技术时代的一部分。

编辑：黄飞