李雪

近日，美國(guó)企業(yè)家埃隆· 馬斯克宣布， 其所創(chuàng)辦的腦機(jī)接口公司Neuralink 正式開(kāi)始招募第二個(gè)接受腦機(jī)植入的患者。此前，第一位腦機(jī)設(shè)備植入實(shí)驗(yàn)的患者已經(jīng)成功手術(shù)100 余天。

腦機(jī)接口，這一未來(lái)產(chǎn)業(yè)引人關(guān)注。其在醫(yī)療、工業(yè)、教育、航天航空、交通等多種領(lǐng)域具有廣闊發(fā)展前景和巨大市場(chǎng)潛力。2024 中關(guān)村論壇期間，《加快北京市腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案（2024-2030）（征求意見(jiàn)稿）》發(fā)布。在腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)加速演進(jìn)的當(dāng)下，北京市正搶抓產(chǎn)業(yè)“奇點(diǎn)”機(jī)遇，打造高水平腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)高地。

顛覆性技術(shù)實(shí)現(xiàn)“讀腦”

所謂腦機(jī)接口，通俗來(lái)講是一種“讀腦”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)讓人的大腦和電腦或其他電子設(shè)備直接“對(duì)話”。通過(guò)這種技術(shù)，可以把大腦的想法轉(zhuǎn)換成電腦可以理解的信號(hào)，或者把電腦的信號(hào)轉(zhuǎn)換成大腦可以理解的指令。它可以讓殘疾人或者腦部疾病的患者恢復(fù)一定的運(yùn)動(dòng)能力，獲得一些簡(jiǎn)單的交互能力。

研究數(shù)據(jù)顯示，1990 年至2021 年，全球超過(guò)三分之一的人口受到神經(jīng)系統(tǒng)疾病的困擾，包括中風(fēng)、嬰兒腦損傷、癡呆癥、癲癇、孤獨(dú)癥等，給醫(yī)療系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)巨大負(fù)擔(dān)。

“腦機(jī)接口為神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療開(kāi)辟新路。”神經(jīng)外科醫(yī)學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士趙繼宗在2024 中關(guān)村論壇上公開(kāi)表示，腦機(jī)接口可以替代、恢復(fù)、增強(qiáng)、補(bǔ)充腦功能，為腦功能損傷患者帶來(lái)希望。

近年來(lái)，隨著生物醫(yī)學(xué)、通信和人工智能技術(shù)的顯著提升，腦機(jī)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，其在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。目前，利用腦機(jī)接口控制電腦、機(jī)械臂已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室逐漸走向臨床試驗(yàn)。

目前，世界上最受關(guān)注的腦機(jī)接口企業(yè)無(wú)疑是美國(guó)企業(yè)家埃隆· 馬斯克的腦機(jī)接口公司Neuralink。其在今年1 月宣布完成了第一次向人體移植腦機(jī)接口設(shè)備的工作。3 月底，參與移植的首位人類受試者諾蘭· 阿博在社交媒體直播露面。這位因潛水事故導(dǎo)致肩部以下癱瘓8 年的29 歲男子，表示自己現(xiàn)在可以躺在床上玩幾個(gè)小時(shí)的電子游戲：“我只需要在大腦里想象光標(biāo)在移動(dòng)，就可以真的移動(dòng)電腦上的光標(biāo)?！?/p>

實(shí)際上，我國(guó)完成無(wú)線微創(chuàng)腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)比馬斯克公司進(jìn)行得更早。去年10 月，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院趙國(guó)光教授團(tuán)隊(duì)、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院洪波教授團(tuán)隊(duì)共同完成了無(wú)線微創(chuàng)腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)。試驗(yàn)中，科研人員將2 枚硬幣大小的腦機(jī)接口處理器植入癱瘓患者顱骨中，再通過(guò)采集顱內(nèi)神經(jīng)信號(hào)，使他利用腦電活動(dòng)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)手套實(shí)現(xiàn)了自主“腦控”喝水。

我國(guó)在腦機(jī)接口領(lǐng)域的科研投入、產(chǎn)出已經(jīng)走在世界前列，正成為重要的腦機(jī)接口技術(shù)原創(chuàng)地

據(jù)介紹，該系統(tǒng)采用無(wú)線微創(chuàng)設(shè)計(jì)，體內(nèi)機(jī)埋在患者顱骨內(nèi)，電極覆蓋在硬膜外（硬膜位于顱骨和大腦皮層之間，起到保護(hù)神經(jīng)組織作用），不損傷大腦細(xì)胞。使用時(shí)，體外機(jī)利用近場(chǎng)無(wú)線供電和信號(hào)傳輸技術(shù)，隔著頭皮給體內(nèi)機(jī)供電，并接收腦內(nèi)的神經(jīng)信號(hào)，傳送到電腦或者手機(jī)上，借助解碼算法實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口通信。經(jīng)過(guò)數(shù)月的居家康復(fù)訓(xùn)練，患者抓握準(zhǔn)確率超過(guò)90%，脊髓損傷的臨床評(píng)分和感覺(jué)誘發(fā)電位響應(yīng)也有了顯著改善。2023 年12 月，這套系統(tǒng)的第二例脊髓損傷患者植入手術(shù)在首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院成功進(jìn)行，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的康復(fù)訓(xùn)練，患者不但能夠抓握水瓶，還可控制電腦屏幕上的光標(biāo)移動(dòng)。

值得注意的是，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院洪波教授團(tuán)隊(duì)研究的是半侵入式手段，而馬斯克公司采用的技術(shù)路線是侵入式腦機(jī)接口。目前，腦機(jī)接口分為三種不同的技術(shù)路徑——侵入式、非侵入式和半侵入式。侵入式腦機(jī)接口，需要通過(guò)開(kāi)顱手術(shù)放入電極，采集神經(jīng)元活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)的獲取及解碼。在半侵入式路徑中，腦機(jī)接口的電極就是放在硬腦膜上，將硬幣大小的接口植入癱瘓患者的顱骨中。而非侵入式腦機(jī)接口，則是在頭皮外側(cè)以無(wú)創(chuàng)的方式采集腦信號(hào)，目前在商業(yè)化場(chǎng)景中被廣泛采用，也更易被大眾接受。

我國(guó)腦機(jī)接口發(fā)展處于世界第一梯隊(duì)

目前，腦機(jī)接口的應(yīng)用主要在醫(yī)療領(lǐng)域。未來(lái)，腦機(jī)接口技術(shù)有望在醫(yī)療、康復(fù)、娛樂(lè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，例如元宇宙、腦機(jī)接口游戲等。

根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2022 年全球腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)模接近17.4億美元。麥肯錫咨詢公司預(yù)測(cè)，未來(lái)10至20 年，全球腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生最多2000 億美元的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

多年來(lái)，美國(guó)、歐盟、日本等都在戰(zhàn)略層面對(duì)腦機(jī)接口進(jìn)行布局。2013 年，美國(guó)宣布啟動(dòng)腦科學(xué)計(jì)劃，歐盟、日本隨即分別啟動(dòng)“歐洲腦計(jì)劃”以及“日本腦計(jì)劃”。我國(guó)高度重視腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展，“腦科學(xué)與類腦研究”分別在“十三五”“十四五”規(guī)劃中被列為重大科技項(xiàng)目。中國(guó)科學(xué)院也于2022 年初成立腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心。今年，腦機(jī)接口被工信部等七部門列為《關(guān)于推動(dòng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》的10 大標(biāo)志性產(chǎn)品之一。

目前，全球有近40 個(gè)國(guó)家和地區(qū)開(kāi)展腦機(jī)接口技術(shù)創(chuàng)新，相關(guān)科研項(xiàng)目的投入金額和科研產(chǎn)出持續(xù)增長(zhǎng)，發(fā)明專利申請(qǐng)持續(xù)活躍。而我國(guó)在腦機(jī)接口領(lǐng)域的科研投入、產(chǎn)出已經(jīng)走在世界前列，正成為重要的腦機(jī)接口技術(shù)原創(chuàng)地。

在2024 中關(guān)村論壇年會(huì)“腦機(jī)接口創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用論壇”上，腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布首批《2024 腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新十大案例》，包括大腦360 認(rèn)知能力與心理健康腦電測(cè)訓(xùn)系統(tǒng)、便攜式腦機(jī)接口駕駛安全智能防控系統(tǒng)、高場(chǎng)強(qiáng)磁共振兼容藍(lán)牙可感知腦起搏器等，涵蓋多個(gè)腦機(jī)接口核心器件、系統(tǒng)產(chǎn)品及行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，展示了我國(guó)在腦機(jī)接口技術(shù)及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面的創(chuàng)新成果。

其中，“北腦二號(hào)”智能腦機(jī)系統(tǒng)作為2024 中關(guān)村論壇年會(huì)重大發(fā)布成果之一全新亮相。據(jù)介紹，“北腦二號(hào)”實(shí)現(xiàn)了自主研發(fā)的高密度柔性微絲電極、千通道神經(jīng)電信號(hào)采集系統(tǒng)，以及實(shí)時(shí)編解碼算法等關(guān)鍵技術(shù)，填補(bǔ)了我國(guó)高性能侵入式腦機(jī)接口空白，解決了大規(guī)模單細(xì)胞信號(hào)長(zhǎng)期穩(wěn)定記錄和實(shí)時(shí)解碼的國(guó)際前沿難題，也是全球首次實(shí)現(xiàn)獼猴通過(guò)“意念”控制對(duì)二維動(dòng)態(tài)目標(biāo)的腦控?cái)r截。

北京加快打造產(chǎn)業(yè)高地

北京作為全國(guó)科技創(chuàng)新中心，是我國(guó)腦機(jī)接口技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用的重要起源地與創(chuàng)新高地，在醫(yī)療康復(fù)、智能控制、教育培訓(xùn)等多個(gè)領(lǐng)域取得顯著突破，先發(fā)優(yōu)勢(shì)突出。腦機(jī)接口也被北京列為重點(diǎn)布局的20 個(gè)未來(lái)產(chǎn)業(yè)之一，正致力于打造高水平腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)高地。

在科研力量與企業(yè)數(shù)量、專利與論文數(shù)量方面，北京在全國(guó)遙遙領(lǐng)先。據(jù)北京市經(jīng)濟(jì)和信息化局披露的數(shù)據(jù)，截至去年12 月，北京申請(qǐng)腦機(jī)接口領(lǐng)域?qū)＠目蒲袉挝缓透咝＿_(dá)100 余家，創(chuàng)新主體擁有腦機(jī)接口相關(guān)專利總量1000余件，居全國(guó)前列。

近年來(lái)，北京研究部署腦機(jī)接口重大科技戰(zhàn)略并取得系列成果。除了前文提及的清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院洪波教授團(tuán)隊(duì)的成果，還有多項(xiàng)重大成果。

2023 年初，“智能腦機(jī)系統(tǒng)增強(qiáng)計(jì)劃”在位于昌平區(qū)的北京腦科學(xué)與類腦研究所啟動(dòng)，目標(biāo)是整合北京地區(qū)在神經(jīng)科學(xué)、信息科學(xué)、集成電路科學(xué)、材料科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等方面的優(yōu)勢(shì)，力爭(zhēng)在3 到5 年內(nèi)突破侵入式腦機(jī)接口方面的關(guān)鍵技術(shù)，推出“北腦一號(hào)”“北腦二號(hào)”腦機(jī)系統(tǒng)，并在臨床上實(shí)現(xiàn)初步應(yīng)用。

今年4 月10 日，北京市牽頭支持的侵入式腦機(jī)接口“北腦一號(hào)”已完成核心部件研發(fā)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

而在北京地區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈取得的成果方面，在上游，植入式芯片樣片流片成功，實(shí)現(xiàn)首代產(chǎn)品成功量產(chǎn)；中游，便攜式腦活動(dòng)傳感設(shè)備技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，建立起微觀腦圖譜的高通量技術(shù)體系；下游，不同場(chǎng)景的解決方案在工業(yè)安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域、神經(jīng)疾病診斷治療和康復(fù)領(lǐng)域、輔助生活等方面實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

在全球腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)加速演進(jìn)的背景下，北京立足先發(fā)優(yōu)勢(shì)，搶抓產(chǎn)業(yè)機(jī)遇，提出打造高水平腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)高地。

去年9 月，《北京市促進(jìn)未來(lái)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展實(shí)施方案》印發(fā)，腦科學(xué)與腦機(jī)接口是其中20 個(gè)細(xì)分產(chǎn)業(yè)之一。

近日印發(fā)的《加快北京市腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案（2024-2030）（征求意見(jiàn)稿）》提出，到2026 年，腦機(jī)接口核心關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，培育5 家全國(guó)引領(lǐng)龍頭企業(yè)、100 家專精特新“小巨人”單項(xiàng)冠軍，推動(dòng)5 項(xiàng)腦機(jī)接口醫(yī)療器械啟動(dòng)臨床試驗(yàn)。建成1 個(gè)特色腦機(jī)接口體驗(yàn)和展示中心，形成產(chǎn)教融合平臺(tái)并培養(yǎng)1000 人次。到2030 年，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到3000 億，成為未來(lái)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)重要增長(zhǎng)點(diǎn)。

北京市經(jīng)濟(jì)和信息化局負(fù)責(zé)人此前表示，“圍繞腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我們將會(huì)同相關(guān)部門深度推動(dòng)新材料、新型制造技術(shù)、神經(jīng)科學(xué)等交叉融合發(fā)展，聚焦多模態(tài)腦信號(hào)、腦機(jī)交互智能控制設(shè)備等領(lǐng)域，加快關(guān)鍵核心技術(shù)和設(shè)備攻關(guān)，推動(dòng)醫(yī)療康復(fù)、工業(yè)安全、教育等標(biāo)桿場(chǎng)景建設(shè)?！?/p>