腦機(jī)接口作為生命科學(xué)和信息技術(shù)深度交叉融合的前沿新興技術(shù)，是培育未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。近日，埃隆·馬斯克宣布旗下腦機(jī)接口公司Neuralink已獲得美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)，將啟動(dòng)首次人體臨床試驗(yàn)。這被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是腦機(jī)接口邁向商業(yè)化應(yīng)用的重要里程碑。

記者日前從2023中關(guān)村論壇-腦機(jī)接口創(chuàng)新發(fā)展論壇上了解到，在產(chǎn)業(yè)界的共同努力下，我國(guó)已經(jīng)形成覆蓋基礎(chǔ)層、技術(shù)層與應(yīng)用層的腦機(jī)接口全產(chǎn)業(yè)鏈，并在醫(yī)療、教育、工業(yè)、娛樂(lè)等領(lǐng)域應(yīng)用落地，將展現(xiàn)出強(qiáng)大的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力和巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

為醫(yī)療康復(fù)帶來(lái)福音

醫(yī)療健康是目前腦機(jī)接口技術(shù)最直接、最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。

據(jù)中國(guó)科學(xué)院院士、世界神經(jīng)外科聯(lián)盟執(zhí)委趙繼宗介紹，腦機(jī)接口通過(guò)在腦與機(jī)器之間建立連接，可以替代、恢復(fù)、增強(qiáng)、補(bǔ)充腦功能，為腦功能損傷患者的康復(fù)帶來(lái)福音。

據(jù)了解，Neuralink正在設(shè)計(jì)一種將大腦信號(hào)轉(zhuǎn)化為行動(dòng)的設(shè)備，將首先專(zhuān)注于兩個(gè)應(yīng)用：一是恢復(fù)人類(lèi)視力，二是幫助無(wú)法移動(dòng)肌肉的人控制智能手機(jī)等設(shè)備，甚至恢復(fù)脊髓受損者的全身功能。

記者了解到，2023年4月，北京腦科學(xué)與類(lèi)腦研究中心已經(jīng)啟動(dòng)神經(jīng)界面與神經(jīng)解碼暨智能腦機(jī)系統(tǒng)增強(qiáng)計(jì)劃。天壇醫(yī)院逐步形成了腦機(jī)接口檢測(cè)平臺(tái)、腦機(jī)交互平臺(tái)、自適應(yīng)反饋腦機(jī)訓(xùn)練平臺(tái)、腦機(jī)融合神經(jīng)調(diào)控平臺(tái)等研究平臺(tái)。

趙繼宗指出，腦機(jī)接口應(yīng)用還處在臨床試驗(yàn)階段，未來(lái)在醫(yī)療上的應(yīng)用主要在幾個(gè)方向：一是對(duì)意識(shí)障礙的患者，通過(guò)腦機(jī)接口技術(shù)判斷是否有清醒的可能。二是對(duì)脊髓損傷病人，在損傷節(jié)段植入電刺激器促進(jìn)患者行走。三是信號(hào)采集，針對(duì)手術(shù)中處于麻醉狀態(tài)的患者，通過(guò)“術(shù)中清醒”進(jìn)行更精準(zhǔn)的大腦定位。四是建立隱蔽漢語(yǔ)言通訊腦機(jī)接口系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)書(shū)寫(xiě)運(yùn)動(dòng)軌跡解碼技術(shù)，用意念把中國(guó)的方塊字打出來(lái)。

“從理論上講，未來(lái)普通人也是可以使用這項(xiàng)技術(shù)的,包括娛樂(lè)、記憶力增強(qiáng)等。但我更希望的是腦機(jī)接口最先用來(lái)解決病人的痛苦，無(wú)論是意識(shí)障礙、偏癱、截癱、漸凍癥還是阿爾茨海默癥等,對(duì)他們來(lái)說(shuō)這才是最重要的。未來(lái)，腦機(jī)接口的發(fā)展需要加強(qiáng)政產(chǎn)學(xué)研醫(yī)的通力合作，神經(jīng)外科學(xué)理當(dāng)成為腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化研究的主力軍?！壁w繼宗說(shuō)。

為工業(yè)生產(chǎn)帶上“安全帽”

腦機(jī)接口技術(shù)除了臨床醫(yī)療，目前也在工業(yè)安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域落地實(shí)現(xiàn)。在北京師范大學(xué)教授鄔霞看來(lái)，非侵入式腦機(jī)接口技術(shù)非常適用于工業(yè)安全監(jiān)測(cè)，未來(lái)也有望提升工業(yè)生產(chǎn)效率。

工業(yè)安全有設(shè)備安全、人員安全、生產(chǎn)安全三大需求。鄔霞表示，從目前的技術(shù)手段來(lái)看，在保證人員安全方面主要是崗前考核、安全意識(shí)教育，所用的檢測(cè)設(shè)備也只是手環(huán)等簡(jiǎn)單生理狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備；在保證生產(chǎn)安全方面，也主要是通過(guò)定期培訓(xùn)、輪崗休息，或者是傳感器等簡(jiǎn)單設(shè)備進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)。

“當(dāng)前，工業(yè)安全檢測(cè)手段難以滿(mǎn)足工業(yè)安全監(jiān)測(cè)需求，我們希望能夠引入一些新的技術(shù)，非侵入式腦機(jī)接口技術(shù)非常適用于工業(yè)安全監(jiān)測(cè)。”鄔霞說(shuō)。

據(jù)介紹，基于腦機(jī)接口的工業(yè)人員安全數(shù)字化管理系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于隧道施工、礦山開(kāi)采、基坑作業(yè)、電力巡線等場(chǎng)景，提供風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告近400篇，發(fā)出風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和報(bào)警信息近2000條，成功抓取近3萬(wàn)條風(fēng)險(xiǎn)隱患數(shù)據(jù)。

例如隧道施工場(chǎng)景下，大型機(jī)械和重型物料在運(yùn)輸、吊裝、轉(zhuǎn)場(chǎng)過(guò)程中一旦出現(xiàn)和人的接觸都會(huì)造成安全事故。因此，讓施工人員佩戴具有腦機(jī)接口裝置的安全帽，實(shí)時(shí)監(jiān)控工人的腦狀態(tài)，工作人員可以通過(guò)員工狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)觀察到施工人員的脈搏、血氧等生理特征，并通過(guò)分析腦電數(shù)據(jù)來(lái)判斷疲勞度、專(zhuān)注度等。據(jù)悉，此方案已經(jīng)應(yīng)用在修建廣州、北京和重慶等地地鐵的施工隧道現(xiàn)場(chǎng)。

“展望未來(lái)，腦機(jī)接口技術(shù)除了在安全方面能夠?qū)I(yè)界有所幫助之外，也有可能通過(guò)腦控機(jī)械、腦控汽車(chē)等方式來(lái)提升機(jī)器效率，并通過(guò)儀器操作、設(shè)備駕駛等技能訓(xùn)練來(lái)提升人的效率?！编w霞表示。

未來(lái)還有諸多難點(diǎn)需要攻克

從1969年開(kāi)啟腦機(jī)接口動(dòng)物實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，腦機(jī)接口進(jìn)入科學(xué)論證階段。自2000年開(kāi)始，多國(guó)科研高校開(kāi)啟腦機(jī)接口研究，以Neuralink為代表的公司推出概念產(chǎn)品，腦機(jī)接口技術(shù)邁入應(yīng)用試驗(yàn)階段。

目前，腦機(jī)接口技術(shù)尚處于發(fā)展初期，國(guó)內(nèi)發(fā)展進(jìn)度與國(guó)際同步。我國(guó)高度重視腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展，已將“腦科學(xué)和類(lèi)腦研究”列入國(guó)家重大科技創(chuàng)新和工程項(xiàng)目。

談及未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向，趙繼宗指出，目前腦機(jī)接口的通信速率仍然較低，在大腦和機(jī)器之間建立高效的信息交互通道，是實(shí)現(xiàn)高性能腦機(jī)接口的關(guān)鍵；雙向腦機(jī)接口仍待發(fā)展，“從腦到機(jī)”需要將腦信號(hào)轉(zhuǎn)化成意圖運(yùn)動(dòng)指令，“從機(jī)到腦”將與外部環(huán)境交互的設(shè)備捕獲的感覺(jué)信息傳遞至大腦；實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口應(yīng)用的過(guò)程中，對(duì)腦活動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效安全的管理并制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也至關(guān)重要。

從具體應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，也有諸多難點(diǎn)需要攻克。鄔霞表示，以工業(yè)安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域?yàn)槔?，第一個(gè)難點(diǎn)是要從硬件設(shè)計(jì)源頭保障高精度腦電信號(hào)質(zhì)量，例如可以采用全頻段24位ADC腦電采集電路，實(shí)現(xiàn)32萬(wàn)倍以上的共模抑制能力。第二個(gè)難點(diǎn)是如何在復(fù)雜的工業(yè)場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)高度穩(wěn)定可靠的算法輸出，可以通過(guò)實(shí)時(shí)自適應(yīng)腦電濾波器，并盡量采用少通道的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)一步提高應(yīng)用算法的魯棒性，讓輸出更加穩(wěn)定。第三個(gè)難點(diǎn)是確保腦機(jī)接口系統(tǒng)的快速穩(wěn)定運(yùn)行，要解決無(wú)線信號(hào)傳輸問(wèn)題，并打造千人實(shí)時(shí)傳輸分析處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多終端、快速標(biāo)準(zhǔn)化部屬，此外需要結(jié)合腦機(jī)接口、無(wú)線測(cè)距、貨物類(lèi)型、廣播通訊等因素制定針對(duì)性安全解決方案。

腦機(jī)接口技術(shù)在教育、娛樂(lè)等領(lǐng)域同樣具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。隨著相關(guān)技術(shù)的日趨成熟與商業(yè)化落地應(yīng)用，未來(lái)有望形成萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)規(guī)模。麥肯錫預(yù)計(jì)，腦機(jī)接口相關(guān)市場(chǎng)規(guī)模在2030-2040年間可達(dá)700億~2000億美元。