李雪

近日，美國企業(yè)家埃隆· 馬斯克宣布， 其所創(chuàng)辦的腦機接口公司Neuralink 正式開始招募第二個接受腦機植入的患者。此前，第一位腦機設(shè)備植入實驗的患者已經(jīng)成功手術(shù)100 余天。

腦機接口，這一未來產(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)展前景和巨大市場潛力。2024 中關(guān)村論壇期間，《加快北京市腦機接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案（2024-2030）（征求意見稿）》發(fā)布。在腦機接口產(chǎn)業(yè)加速演進(jìn)的當(dāng)下，北京市正搶抓產(chǎn)業(yè)“奇點”機遇，打造高水平腦機接口產(chǎn)業(yè)高地。

顛覆性技術(shù)實現(xiàn)“讀腦”

所謂腦機接口，通俗來講是一種“讀腦”技術(shù)，實現(xiàn)讓人的大腦和電腦或其他電子設(shè)備直接“對話”。通過這種技術(shù)，可以把大腦的想法轉(zhuǎn)換成電腦可以理解的信號，或者把電腦的信號轉(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)一定的運動能力，獲得一些簡單的交互能力。

研究數(shù)據(jù)顯示，1990 年至2021 年，全球超過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、孤獨癥等，給醫(yī)療系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來巨大負(fù)擔(dān)。

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

近年來，隨著生物醫(yī)學(xué)、通信和人工智能技術(shù)的顯著提升，腦機接口技術(shù)實現(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，利用腦機接口控制電腦、機械臂已經(jīng)從實驗室逐漸走向臨床試驗。

目前，世界上最受關(guān)注的腦機接口企業(yè)無疑是美國企業(yè)家埃隆· 馬斯克的腦機接口公司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小時的電子游戲：“我只需要在大腦里想象光標(biāo)在移動，就可以真的移動電腦上的光標(biāo)?！?/p>

實際上，我國完成無線微創(chuàng)腦機接口臨床試驗比馬斯克公司進(jìn)行得更早。去年10 月，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院趙國光教授團(tuán)隊、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院洪波教授團(tuán)隊共同完成了無線微創(chuàng)腦機接口臨床試驗。試驗中，科研人員將2 枚硬幣大小的腦機接口處理器植入癱瘓患者顱骨中，再通過采集顱內(nèi)神經(jīng)信號，使他利用腦電活動驅(qū)動氣動手套實現(xiàn)了自主“腦控”喝水。

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

據(jù)介紹，該系統(tǒng)采用無線微創(chuàng)設(shè)計，體內(nèi)機埋在患者顱骨內(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，體外機利用近場無線供電和信號傳輸技術(shù)，隔著頭皮給體內(nèi)機供電，并接收腦內(nèi)的神經(jīng)信號，傳送到電腦或者手機上，借助解碼算法實現(xiàn)腦機接口通信。經(jīng)過數(shù)月的居家康復(fù)訓(xùn)練，患者抓握準(zhǔn)確率超過90%，脊髓損傷的臨床評分和感覺誘發(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)過一段時間的康復(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。

值得注意的是，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院洪波教授團(tuán)隊研究的是半侵入式手段，而馬斯克公司采用的技術(shù)路線是侵入式腦機接口。目前，腦機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。侵入式腦機接口，需要通過開顱手術(shù)放入電極，采集神經(jīng)元活動，實現(xiàn)腦電信號的獲取及解碼。在半侵入式路徑中，腦機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。而非侵入式腦機接口，則是在頭皮外側(cè)以無創(chuàng)的方式采集腦信號，目前在商業(yè)化場景中被廣泛采用，也更易被大眾接受。

我國腦機接口發(fā)展處于世界第一梯隊

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

根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2022 年全球腦機接口市場規(guī)模接近17.4億美元。麥肯錫咨詢公司預(yù)測，未來10至20 年，全球腦機接口產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生最多2000 億美元的經(jīng)濟(jì)價值。

多年來，美國、歐盟、日本等都在戰(zhàn)略層面對腦機接口進(jìn)行布局。2013 年，美國宣布啟動腦科學(xué)計劃，歐盟、日本隨即分別啟動“歐洲腦計劃”以及“日本腦計劃”。我國高度重視腦機接口技術(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目。中國科學(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，腦機接口被工信部等七部門列為《關(guān)于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》的10 大標(biāo)志性產(chǎn)品之一。

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

在2024 中關(guān)村論壇年會“腦機接口創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用論壇”上，腦機接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布首批《2024 腦機接口產(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訓(xùn)系統(tǒng)、便攜式腦機接口駕駛安全智能防控系統(tǒng)、高場強磁共振兼容藍(lán)牙可感知腦起搏器等，涵蓋多個腦機接口核心器件、系統(tǒng)產(chǎn)品及行業(yè)應(yīng)用場景，展示了我國在腦機接口技術(shù)及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面的創(chuàng)新成果。

其中，“北腦二號”智能腦機系統(tǒng)作為2024 中關(guān)村論壇年會重大發(fā)布成果之一全新亮相。據(jù)介紹，“北腦二號”實現(xiàn)了自主研發(fā)的高密度柔性微絲電極、千通道神經(jīng)電信號采集系統(tǒng)，以及實時編解碼算法等關(guān)鍵技術(shù)，填補了我國高性能侵入式腦機接口空白，解決了大規(guī)模單細(xì)胞信號長期穩(wěn)定記錄和實時解碼的國際前沿難題，也是全球首次實現(xiàn)獼猴通過“意念”控制對二維動態(tài)目標(biāo)的腦控攔截。

北京加快打造產(chǎn)業(yè)高地

北京作為全國科技創(chuàng)新中心，是我國腦機接口技術(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)等多個領(lǐng)域取得顯著突破，先發(fā)優(yōu)勢突出。腦機接口也被北京列為重點布局的20 個未來產(chǎn)業(yè)之一，正致力于打造高水平腦機接口產(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，北京申請腦機接口領(lǐng)域?qū)＠目蒲袉挝缓透咝＿_(dá)100 余家，創(chuàng)新主體擁有腦機接口相關(guān)專利總量1000余件，居全國前列。

近年來，北京研究部署腦機接口重大科技戰(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)隊的成果，還有多項重大成果。

2023 年初，“智能腦機系統(tǒng)增強計劃”在位于昌平區(qū)的北京腦科學(xué)與類腦研究所啟動，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，力爭在3 到5 年內(nèi)突破侵入式腦機接口方面的關(guān)鍵技術(shù)，推出“北腦一號”“北腦二號”腦機系統(tǒng)，并在臨床上實現(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接口“北腦一號”已完成核心部件研發(fā)和動物實驗驗證。

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，實現(xiàn)首代產(chǎn)品成功量產(chǎn)；中游，便攜式腦活動傳感設(shè)備技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，建立起微觀腦圖譜的高通量技術(shù)體系；下游，不同場景的解決方案在工業(yè)安全監(jiān)測領(lǐng)域、神經(jīng)疾病診斷治療和康復(fù)領(lǐng)域、輔助生活等方面實現(xiàn)應(yīng)用。

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

去年9 月，《北京市促進(jìn)未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展實施方案》印發(fā)，腦科學(xué)與腦機接口是其中20 個細(xì)分產(chǎn)業(yè)之一。

近日印發(fā)的《加快北京市腦機接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案（2024-2030）（征求意見稿）》提出，到2026 年，腦機接口核心關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)突破，培育5 家全國引領(lǐng)龍頭企業(yè)、100 家專精特新“小巨人”單項冠軍，推動5 項腦機接口醫(yī)療器械啟動臨床試驗。建成1 個特色腦機接口體驗和展示中心，形成產(chǎn)教融合平臺并培養(yǎng)1000 人次。到2030 年，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到3000 億，成為未來產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)重要增長點。

北京市經(jīng)濟(jì)和信息化局負(fù)責(zé)人此前表示，“圍繞腦機接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我們將會同相關(guān)部門深度推動新材料、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、腦機交互智能控制設(shè)備等領(lǐng)域，加快關(guān)鍵核心技術(shù)和設(shè)備攻關(guān)，推動醫(yī)療康復(fù)、工業(yè)安全、教育等標(biāo)桿場景建設(shè)。”