大脑连接未来:脑机接口进入爆发拐点?

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脑机接口作为当前脑科学和人工智能领域最活跃的研究方向,其商业化路径备受瞩目。

近日,在2022世界人工智能大会期间,脑虎科技首次对外公开发布了首款脑机接口集成式,颅顶半植入医用级BCI产品,及高频脑电信号处理仪和软件算法云平台。今年1月份,作为一家初创脑机接口公司,脑虎科技在注册成立的第三个月,获得陈天桥旗下盛大、红杉中国种子基金领投的9700万元天使轮及Pre-A轮融资。

脑虎科技创始人、CEO彭雷表示,本次发布的产品主要面向的两个市场,一个是以“脑计划”为依托的科研市场;另一个是明确医学价值的医疗市场,针对明确的适应症如渐冻症,高位截瘫、失明等。

据了解,能够长期稳定、高通量记录大脑神经细胞电活动的微电极阵列,是脑科学基础研究,以及包括脑机接口在内的临床诊疗技术的重要工具。

微型芯片植入大脑成为可能

据了解,集成式颅顶半植入技术是利用集成电路制造工艺,从技术路线上颠覆了传统医疗器械半手工制备方式。其自主研发的脑电信号处理芯片,能支持16384通道信号寻址,满足2048通道同时采集,最高采集速率可达48kfps。

通过云端存储的信息搭建数字脑库,将实现产品的持续迭代,海量的数字脑库不仅可以用于分析,还可以输出高稳定性的解决方案。

中科院上海分院院长胡金波指出,目前脑机接口技术的跨学科融合,是由“信息时代”向“脑智时代”发展的跨越,是脑科学与人工智能研究中最活跃的领域之一,涉及电子、材料、生物医学工程、临床医学、信息科学等多种学科的交叉融合。在可预见的未来,人类智能将与机器智能融合在一起,脑机接口有望成为下一代元宇宙入口,为我国科技创新与产业发展带来新经济增长点。

过去10年间,手术机器人尤其是神经介入机器人得到了飞速发展。植入式机器人的出现让微型芯片植入大脑,进行脑机接口成为可能。

目前,医疗机器人仍旧面临着微型化、精准性能、狭小空间灵巧结构设计、良好生物相容性材料发掘、多模态智能感知和“人-机协同”智能系统开发等多方面的挑战。

华山医院院长、中华医学会神经外科分会主任毛颖教授分享了目前神经外科临床应用场景中先进工具,如超高清手术显微镜,ECoG(皮层脑电)和MET-PET技术进行多模态脑功能定位。

他指出,先进神经工具在脑疾病诊治中的发展方向,正从表象到机理,从有创到无创,以及从单一学科到多学科融合。尽管现在还没有弄清原理,但深部脑刺激DBS治疗脑疾病取得了显著的效果。为此,毛颖呼吁,希望更多的新技术与临床紧密合作,只要有效就应该尽快落地,造福患者。

那么,脑机接口在三到五年之内,又将会重点影响哪些领域呢?

燧人医疗首席执行官蔡江判断,在专业市场,像是读大脑信息、写大脑信息,以及神经调控等技术的发展会使得应用主要集中在治疗上,尤其是神经调控技术。这一技术的需求虽然狭窄,但很旺盛,所以会得到充分的发展。而在大众市场,相关应用会主要围绕脑机交互。

他举例称,从以前的鼠标控制电脑,到触控手机平板,计算设备交互形式的每一次更迭都代表了一个新设备的崛起,而脑机交互就有可能能做到将现实中的“拿笔1000次”一类的重复工作,变为“想了1000次”,这就大大降低了人类大脑的“功耗”,进行了一次体验的升级。

脑机接口商业化落地

目前,脑科学和人工智能已经成为新一轮产业变革的核心驱动力,近年来,脑机接口技术发展十分迅速,在产业发展上有光明的前景。脑科学和人工智能的融合将对世界经济发展、社会进步以及人类生活产生重要的影响。

此外,天桥脑科学研究院也在中国先后成立了两个实验室,分别是应用神经技术实验室、人工智能和精神健康实验室,并得到了华山医院毛颖院长和上海市精神卫生中心徐一峰院长的大力支持。

天桥脑科学研究院(TCCI)应用神经技术前沿实验室主任、复旦大学/华山医院客座教授Gerwin Schalk认为,神经技术具有巨大潜力,目前相对成功的手段主要有侵入式和非侵入式两种。侵入式应用较多的技术包括在帕金森治疗过程中使用的深部脑刺激和癫痫治疗中。与侵入式手段不同,非侵入式使用场景较多集中于睡眠监测、多睡眠造影。

他指出,神经技术应用的痛点在于,如何将神经科学与工程技术相融合,进而满足每个人的需要。

不过,在商业化过程中,脑机接口也面临着不同的机遇与挑战。燧人医疗创始人兼董事长蔡江表示,有创脑机接口和无创脑机接口,从不同角度出发均有着各自的优势和劣势。因此,采用多模态技术融合的混合脑机接口技术,能够更好地捕捉大脑信号,增强信号分辨率,目前已有相关产品落地。

现阶段,脑机接口主要还是针对患有疾病的人,帮助他们提升生活质量。但是,因为传感器等电子装置的体积仍然较大,不太容易被普通人接受,且必须在医院里使用,并不适用于家庭场景。

脑虎科技创始人兼首席科学家陶虎透露,中国在脑机接口领域法规审批非常严格,一项技术做合法合规可能需要五六年,如此次发布的产品,做人体临床试验时,伦理报告就用了一年时间才拿到。这种对合法合规的把控,其实是对病人、对医生、对科研团队的负责。

在他看来,如果脑机接口实现突破,将给人机交互的效率和速度带来不可比拟的巨大提升。“脑机接口技术的突破,对未来世界沟通和构建方式都是一种革命。”

脑机接口让真实与虚幻、线下与线上、现实与梦境的界线不再泾渭分明,甚至被认为是元宇宙的入口之一。随着多元化技术的涌现,脑机接口产业的想象空间正在被打开。

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