每经记者：李孟林
用思想控制计算机，通过互联网下载和上传记忆，通过脑波与他人交流……这些听起来像是科幻小说中的情节，但在不久的将来，可能会因脑机接口（BCI）的发展而成为现实。这是一种能颠覆传统人机交互的技术，代表了神经科学和技术的突破性融合，在人脑和机器之间建立直接的通信和控制通道。
脑机接口概念源于1973年美国加州大学洛杉矶分校计算机科学家雅克·维达尔的设想，即通过放置在头皮上的电极可检测到大脑发出的实时信号翻译后用于控制计算机。
2023年是脑机接口概念提出的50周年。这一年，无论是理论研究还是设备研发，脑机接口技术都迎来了飞速的发展：马斯克旗下Neuralink在美国获准开展将设备植入人脑的临床试验；斯坦福大学和加州大学旧金山分校的研究团队使用不同类型的植入物收集志愿者大脑中的电子信号，并使用不同的算法进行解释；Bitbrain 开发了可穿戴大脑传感设备，可以在人工智能的帮助下监测脑电图信号……
咨询机构Acumen Research and Consulting在今年10月发布的一份预测报告中称，全球脑机接口市场未来几年将继续扩张，将主要得益于市场对辅助技术的需求不断增长、神经技术和机器学习技术的进步、与虚拟现实和增强现实系统集成，以及与AI技术之间的协作。
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2030年BCI应用市场规模有望达400亿美元
在概念提出50年后，脑机接口（BCI）行业迎来了发展的关键一年，在理论研究和设备发展上都出现重要的进展。
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“这确实可以说是突破性的一年，虽然实际上这是学院研究几十年的积累。我想我们才刚刚开始感受到指数级增长的效应，”加州理工大学客座研究员Sumner Norman表示。他在2023年10月创立了脑机接口非营利研究组织Forest Neurotech。
各类新进展也引发了新一轮的投融资热潮。据《每日经济新闻》记者的不完全统计，光Neuralink就在2023年获得两次投资，总共3.23亿美元，估值上涨至50亿美元；Precision Neuroscience也获得了4100万美元的B轮融资。
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从市场前景看，麦肯锡也给出了一份测算，认为全球脑机接口医疗应用的潜在市场规模在2030年有望达到400亿美元，2040年达到1450亿美元。其中，以中枢神经系统疾病治疗为主的严肃医疗的潜在应用规模2030年预计为150亿美元，2040年为850亿美元，而以情绪评估与干预为主的消费医疗的潜在应用规模2030年预计为250亿美元，2040年为600亿美元。
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植入数量将迈上新台阶
尽管脑机接口已经走过了半个世纪，然而目前为止，真正接受脑部设备植入的人数只有50人左右，而能够离开实验室环境，在真实世界场景中使用的人更是屈指可数，因为大多数脑机接口设备都需要线束连接到外部设备上。
“2024年我们可以预期脑机接口领域的几项重大进步，特别值得注意的是几家领先脑机接口企业的首次人体临床试验完成。这些试验的结果预计将提供关于尖端神经接口技术以及其提高脑机接口性能潜力的关键洞见。这些突破可能会影响脑机接口的未来发展和应用方向。”哈佛大学工程与应用科学学院助理教授刘嘉对《每日经济新闻》记者表示。刘嘉曾入选《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”全球榜单，是研究利用柔性纳米电子材料实现无创脑机接口的领先专家。
Neuralink的试验规划尤为宏大，该公司计划在2024年进行11例设备植入手术，2025年为27例，2026年为79例，而到2030年，这一数字将超过22000人。Neuralink的植入设备尺寸约为5枚10美分硬币叠在一起，包含1024个电极，由特别研发的机器人进行开颅植入，收集到的脑部信号则由用户端App进行解读。
从2019年开始，马斯克就数次对外宣告，Neuralink的临床试验很快就会展开。经过几次“狼来了”之后，2024年将是见真章的一年。马斯克说话一向高调任性，而据多家媒体揭露的内部情况，马斯克对Neuralink的进度很不满意，急切想要加快速度，而此前动物试验阶段因为动物死亡过多而频遭激烈批评。2024年的临床试验是否会出“幺蛾子”，将是重要看点之一。
2024年也是Synchron美国临床试验的阶段汇报点。过去半年多以来，6名严重瘫痪者用Synchron的设备进行简单的数字设备操作，如发送信息和浏览网页等。据Synchron提交的试验文件，本次可行性试验将于2024年8月结束，届时Synchron可能将向FDA申请开展规模更大的临床试验。
值得注意的是，Synchron植入设备的方式是通过静脉注射，无需像Neuralink等企业采取的路径那样切开大脑，因而更加安全。Synchron的设备结构类似心脏支架，只有16个电极，从颈部静脉注射后将“游到”大脑运动皮层附近，在那里采集大脑电信号，并通过胸部安装的“天线”向外部设备传输信号。
安全性带来的劣势是电极少，收集的信号较差。目前，Synchron系统唯一可以生成的计算机命令是点击和滚动功能。尽管Synchron采取的路径不够“科幻”，但是不少业内人士认为这是目前落地性最强、最有可能实现商业化的设备。
“Synchron 是第一个以有意义的方式将 BCI概念商业化的公司，他们正在为整个领域铺平道路，”荷兰乌得勒支大学医学中心的临床神经科学家Nick Ramsey表示，“它很可能会率先实现上市，过很久才有其他设备与之竞争。”
Precision Neuroscience是另一家值得关注的公司，其创始人Benjamin Rapoport实际上也是当年Neuralink的联合创始人之一。这家公司的植入系统“第7层皮层界面”为一个类似透明胶带的柔性薄膜，在1平方厘米的面积上有1024个电极，植入后与大脑皮层贴合，可避免损伤大脑组织。
Precision Neuroscience希望能在2024年获得FDA批准，将其设备用于医学诊断用途的电生理学映射程序，持续时间最长达30天。不过该公司亦强调，“第7层皮层界面”仍然是一个科研性的设备，暂不会在美国销售。
得克萨斯州Paradromics目前正在进行动物安全试验，该公司希望能在2024年上半年开展人体试验。
脑科学与AI将协同进化
虽然脑机接口在年初被《自然·电子学》列为2023年的年度技术，但毫无疑问，大模型和生成式AI在科技圈的风头更盛。然而，两项前沿科技并非此消彼长的竞争关系，而是存在协同进化。咨询机构Acumen Research and Consulting在报告中指出，结合脑机接口和AI开发沟通、控制和康复类的新工具，是脑机接口领域发展的主要趋势之一。
“大型语言模型和AI与脑机接口研究之间的协同作用有可能互相催化重大进步。大模型和AI可以显著优化大脑解码器的解释能力，从而使脑机接口设备更准确、更具响应性。反过来，从脑机接口获取的高保真数据可以用于训练更复杂的AI模型。这种共生关系预计将加速自然和人工认知系统的融合，为智能技术的变革性发展奠定基础。”刘嘉对《每日经济新闻》记者表示。
微软亚洲研究院首席研究员李东胜近日撰文指出，AI与脑科学的跨学科交叉研究，既可以借助AI更好地理解大脑，也可以通过借鉴人类大脑结构来设计更好的AI。
据悉，该院开发了首个跨数据集的脑电预训练模型，并在此基础上开发了AI Neurologist 系统，帮助医生和神经科学家提高脑电信号分析效率和准确度。另一方面，受人脑神经元相互作用的多种模式启发，该院提出了一种创新的回路神经网络 CircuitNet，能够以更少的参数实现更好的效果，为机器学习提供了一种新的基础架构。
在马斯克对未来的畅想中，AI的发展将对人类造成“生存性威胁”，人类只有通过脑机接口技术实现与AI共生，才能避免被取代的命运。这个设想无疑过于科幻和遥远，但在2024年，我们将看到更多AI与脑机接口的协同研究。
而正如AI技术一样，脑机接口在突破性进展前夕也急需监管补位。2021年，联合国教科文组织制定了指导AI的伦理推荐意见，获得了193个成员国的通过。2023年7月，该组织发布了一份关于神经科技的报告，呼吁对此类技术进行全球监管，并制定一套普遍使用的伦理框架。
脑机接口涉及手术安全、隐私等多重伦理话题，可以预见的是，2024年相关的监管讨论还将继续深化。
