未來10到20年，全球腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生多達(dá)2000億美元的經(jīng)濟(jì)價(jià)值

腦機(jī)接口(Brain Computer Interface，BCI [4] )，指在人或動物大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接，實(shí)現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。這一概念其實(shí)早已有之，但直到上世紀(jì)九十年代以后，才開始有階段性成果出現(xiàn)。

腦機(jī)接口，有時(shí)也稱作“大腦端口”direct neural interface或者“腦機(jī)融合感知”brain-machine interface，它是在人或動物腦(或者腦細(xì)胞的培養(yǎng)物)與外部設(shè)備間建立的直接連接通路。在單向腦機(jī)接口的情況下，計(jì)算機(jī)或者接受腦傳來的命令，或者發(fā)送信號到腦(例如視頻重建)，但不能同時(shí)發(fā)送和接收信號。而雙向腦機(jī)接口允許腦和外部設(shè)備間的雙向信息交換。 [2] 在該定義中，“腦”一詞意指有機(jī)生命形式的腦或神經(jīng)系統(tǒng)，而并非僅僅是“mind”。“機(jī)”意指任何處理或計(jì)算的設(shè)備，其形式可以從簡單電路到硅芯片。

對腦機(jī)接口的研究已持續(xù)了超過40年了。20世紀(jì)90年代中期以來，從實(shí)驗(yàn)中獲得的此類知識顯著增長。在多年來動物實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐基礎(chǔ)上，應(yīng)用于人體的早期植入設(shè)備被設(shè)計(jì)及制造出來，用于恢復(fù)損傷的聽覺、視覺和肢體運(yùn)動能力。研究的主線是大腦不同尋常的皮層可塑性，它與腦機(jī)接口相適應(yīng)，可以像自然肢體那樣控制植入的假肢。在當(dāng)前所取得的技術(shù)與知識的進(jìn)展之下，腦機(jī)接口研究的先驅(qū)者們可令人信服地嘗試制造出增強(qiáng)人體功能的腦機(jī)接口，而不僅僅止于恢復(fù)人體的功能。這種技術(shù)在以前還只存在于科幻小說之中。

12月20日早間消息，據(jù)報(bào)道，埃隆·馬斯克創(chuàng)建的腦機(jī)接口公司Neuralink又遇到了麻煩。之前美國一些研究機(jī)構(gòu)違法違規(guī)，美國農(nóng)業(yè)部沒有采取行動，Neuralink也屬于農(nóng)業(yè)部監(jiān)管范圍。

早先總檢察長辦公室OIG(Office of the Inspector General)曾對Neuralink的動物實(shí)驗(yàn)計(jì)劃展開調(diào)查，現(xiàn)在它開始審查美國農(nóng)業(yè)部。

Neuralink開發(fā)腦植入技術(shù)，它可能違反了動物權(quán)益，月初曾有報(bào)道稱OIG正在調(diào)查Neuralink。當(dāng)時(shí)美國聯(lián)邦檢察官辦公室加州北區(qū)分局的聯(lián)邦檢察員要求調(diào)查Neuralink。

OIG是美國農(nóng)業(yè)部所屬機(jī)構(gòu)，在過去3年里農(nóng)業(yè)部曾8次檢查Neuralink設(shè)施?？紤]到Neuralink有可能損害動物權(quán)益，聯(lián)邦調(diào)查官認(rèn)為評估農(nóng)業(yè)部對Neuralink的檢查是合理的。

多年來美國農(nóng)業(yè)部一直遭受OIG的批評，現(xiàn)在聯(lián)邦調(diào)查官要求審查美國農(nóng)業(yè)部自然而然得到了OIG的支持。

電影《阿凡達(dá)》中，人類可以通過腦機(jī)接口控制“替身”(Avatar)的活動;《黑客帝國》中，人類通過腦機(jī)接口與母體連接并維系溝通……如今，這些只存在于科幻電影中的情節(jié)正一步步走進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

最近，由埃隆·馬斯克掌門的腦機(jī)接口公司Neuralink，讓猴子通過屏幕和植入大腦的傳感設(shè)備來追蹤屏幕上的移動光標(biāo)，拼出了“Can I please have snacks”(我能吃點(diǎn)零食嗎?)的英文短句。猴子全程和鍵盤沒有物理接觸，馬斯克稱，它在用意念移動光標(biāo)。

過去三年，這家腦機(jī)接口公司每年都會公布其腦機(jī)接口技術(shù)的進(jìn)展，實(shí)驗(yàn)對象也從小鼠、豬變成了大腦復(fù)雜程度接近人類的猴子。人們也看到，在腦機(jī)接口領(lǐng)域，傳感設(shè)備的體積不斷優(yōu)化、縫合速度不斷加快。不僅如此，馬斯克還表示首款Neuralink設(shè)備有望在未來5-6個月內(nèi)進(jìn)入人腦試驗(yàn)。

腦機(jī)接口作為人腦與外界(計(jì)算機(jī)或其他外部裝置)實(shí)現(xiàn)連接進(jìn)行直接通信的“黑科技”，已經(jīng)成為資本追捧和科技巨頭爭搶的風(fēng)口。不僅僅是馬斯克的Neuralink公司，華為、谷歌、Meta等海內(nèi)外大型科技公司均在這一領(lǐng)域有所布局。麥肯錫(McKinsey)預(yù)測，未來10到20年，全球腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生多達(dá)2000億美元的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

面臨技術(shù)路線之爭

在馬斯克的設(shè)想中，一枚芯片可以在大腦和計(jì)算機(jī)之間建立一條通路。根據(jù)他的描述，腦機(jī)接口是通過手術(shù)向腦中植入計(jì)算機(jī)芯片，利用電流讓計(jì)算機(jī)和腦細(xì)胞產(chǎn)生“互動”，短期目標(biāo)可以幫助治療阿爾茨海默氏癥、癡呆癥和脊髓損傷等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。而對于健康人來說，腦機(jī)接口則能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測健康，通過控制激素水平減輕焦慮，甚至可以存儲一個人的記憶。

目前，腦機(jī)接口有公認(rèn)的三類技術(shù)路線——侵入式、半侵入式、非侵入式。馬斯克的Neuralink是典型的采用侵入式路線的明星公司。

過去三年，Neuralink每年都公布其腦機(jī)接口技術(shù)進(jìn)展。2019年，Neuralink宣布，通過線程、機(jī)器、芯片、算法四個具體方向，利用手術(shù)機(jī)器人、N1傳感器和柔性電極三大工具，以侵入式方式建立腦-機(jī)系統(tǒng)，并成功在小鼠身上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn);2020年，Neuralink為三只小豬植入了“硬幣”大小的芯片，一小時(shí)內(nèi)將1024個柔性電極嵌入豬腦;2021年，首次在猴腦中植入腦機(jī)接口芯片，讓這只猴子在沒有游戲操縱桿的情況下，僅用大腦意念在電腦上打乒乓球。

人類用大腦控制設(shè)備的想法已經(jīng)持續(xù)了數(shù)十年。然而，直到最近幾年，腦機(jī)接口才開始顯示出實(shí)際的潛力。

“一位下身癱瘓的退役士兵，意外加入科學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過頭戴設(shè)備，用意念操控人造的混血生物，代替他完成各種行動。”這是2009年上映的科幻電影《阿凡達(dá)》為我們描繪的場景，而這種看似天馬行空的橋段，正從銀幕走向現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)這種現(xiàn)象的技術(shù)便是腦機(jī)接口。

在介紹腦機(jī)接口之前，我們有必要先了解一下人類大腦。

大腦，是人類體內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能最復(fù)雜的組織，同時(shí)也是精巧和完善的信息處理系統(tǒng)。其中，大腦皮層作為控制和調(diào)節(jié)軀體運(yùn)動的最高級中樞，分為精神功能區(qū)、視覺區(qū)、聽覺區(qū)、機(jī)體感覺區(qū)、語言區(qū)等五個功能區(qū)域，主導(dǎo)機(jī)體內(nèi)一切活動過程，并調(diào)節(jié)機(jī)體與周圍環(huán)境的平衡。也就是說，不同類型的腦機(jī)接口需要獲取不同功能區(qū)域的大腦皮質(zhì)層發(fā)出的信號。

什么是腦機(jī)接口?

腦機(jī)接口的實(shí)現(xiàn)方式就是通過信號采集設(shè)備從大腦皮層采集腦電信號、讀取至計(jì)算機(jī)、分析和提取其中攜帶的特征信息，然后對信號進(jìn)行預(yù)處理，提取特征信號，再利用這些特征進(jìn)行模式識別，最后轉(zhuǎn)化為控制外部設(shè)備的具體指令，實(shí)現(xiàn)對外部設(shè)備的控制。

實(shí)際上，腦機(jī)接口這一概念早在1973年就已經(jīng)提出，但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)的限制，彼時(shí)的腦機(jī)接口更多地還是處于科學(xué)幻想階段。近幾年，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、神經(jīng)生物學(xué)、傳感器等技術(shù)的進(jìn)步，腦機(jī)接口迎來新突破，開始進(jìn)入快速發(fā)展的階段。