馬斯克、陳天橋都押注的腦機接口，未來何時來？
失語者重新“開口說話”，失聰者再次聽到聲音，四肢癱瘓者可以自由活動...這不是什么“上帝的神跡”，而是正在不斷進(jìn)步發(fā)展的腦機接口技術(shù)。
近日，馬斯克創(chuàng)立的腦機接口公司 Neuralink 完成 C 輪融資，籌集資金 2.05 億美元（約合13億元人民幣），被認(rèn)為是該領(lǐng)域迄今為止規(guī)模最大的融資。
“科技狂人”的布局，似乎每次都踩在時代的前面，從移動支付Paypal、新能源汽車特斯拉、航天公司SpaceX，而這次是腦機接口。
眾多人的目光再次投向這個看似前沿、甚至有些科幻的領(lǐng)域，實際上，這里的商業(yè)世界早已開啟。
PitchBook 的數(shù)據(jù)顯示，2021 年迄今腦機接口領(lǐng)域的總?cè)谫Y額已經(jīng)是去年全年 9700 萬美元的三倍。如果從腦機接口可影響到的應(yīng)用領(lǐng)域來看，不論是醫(yī)療、教育還是消費，都將帶來遠(yuǎn)超于十幾億美金的巨額市場空間。市場研究機構(gòu)Valuates Reports預(yù)計，全球腦機接口市場規(guī)模2027年有望達(dá)到38.5億美元。
讓失語者重新“開口說話”，失聰者再次聽到聲音，四肢癱瘓者可以自由活動...腦機接口技術(shù)真的有這么神奇嗎？
在科幻電影《黑客帝國》中，這臺可以進(jìn)入虛擬世界的設(shè)備可是給觀眾留下了非常深刻的印象，通過大腦與設(shè)備進(jìn)行連接，它就可以讓人在現(xiàn)實與虛擬中穿梭。
（《黑客帝國》中的腦機接口 | 來源：電影截圖）
可別以為這種“黑科技”只存在于電影里，在真實生活中類似的科技已經(jīng)存在，只不過目前它還不能實現(xiàn)電影里那么強大的功能。
《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》（New England Journal of Medicine，NEJM）最近刊文稱，一位中風(fēng)男子成功利用神經(jīng)義肢與腦機結(jié)合的方式，成功將腦電波轉(zhuǎn)化為完整句子。
大約15年前，當(dāng)時只有20多歲的患者因為大動脈破裂而中風(fēng)，更為不幸的是，這條大動脈恰巧為大腦供血。自此之后，這名男子無法控制四肢，也喪失了語言功能，因為他無法控制任何與說話有關(guān)的肌肉。
不過好在他的頭部還是可以活動的，在電子設(shè)備的幫助下，該男子通過頭部動作控制鍵盤，每分鐘可以拼出5個單詞。
（風(fēng)患者在電子設(shè)備幫助下打字|來源：實驗團(tuán)隊官方視頻截圖）
現(xiàn)在，研究人員為他進(jìn)行了更高級的設(shè)備升級：通過將電極植入這名中風(fēng)者大腦，用以接收信息，然后將接收到的信息翻譯成單詞，在屏幕上顯示，讓失語的中風(fēng)患者重新開口“講話”。也就是說，這名男子不再需要移動頭部，只需要想一想自己要表達(dá)的內(nèi)容，計算機就能將腦波變成單詞句子。
這種技術(shù)正式名為“腦機接口”（brain-computer interface，BCI），簡言之，BCI就是利用設(shè)備將腦電波翻譯為“意圖”或者可以執(zhí)行的輸出結(jié)果。
（非侵入式（左）與侵入式腦機接口示意圖）
BCI設(shè)備可以分為兩種，一種是非侵入式的，用戶只需要戴在頭上就行；另一種是侵入式，需要通過手術(shù)植入電極，用于輔助捕捉腦波信號。
第一臺腦機接口設(shè)備誕生于1973年，制作者是加州大學(xué)洛杉磯分校的比達(dá)爾教授。當(dāng)時，研究人員通過意念操縱屏幕上的光標(biāo)走完了一個迷宮，雖然只是一個看似簡單的操作，但想想看，這可是1970年代，相信這樣的演示即便放到今天也足夠科幻與震撼。
（比達(dá)爾教授）
不同于今天相對更主流的侵入式腦機接口，當(dāng)年的實驗采用的是基于腦電波的非侵入式腦機接口。可誰都沒想到，這樣一個簡單的實驗，卻正式開啟了腦機接口技術(shù)時代的到來。
從上世紀(jì)七八十年代在動物身上的實驗，到九十年代中后期的人體實驗，再到今天更為深入與廣泛的研究，腦機接口設(shè)備從只能夠識別并提取微弱腦信號的簡單功能，發(fā)展到可以讓實驗者直接驅(qū)動機械手臂完成幫助操作的“黑科技”；如今，腦機接口甚至可以讓失語者重新“講話”。
那么，這樣的功能是如何實現(xiàn)的呢？前文中那個利用腦機接口，讓失語者重新“講話”的實驗團(tuán)隊在官方視頻里，用一張示意圖進(jìn)行了介紹：
首先，通過將電極陣列放在接受腦部手術(shù)的病人頭顱內(nèi)——此處需要注意，該實驗的前提是，病人大腦中語言功能的部分要能夠正常工作。
之后，借助一套專門設(shè)計的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN），將記錄到的皮質(zhì)神經(jīng)信號轉(zhuǎn)化為聲道咬合關(guān)節(jié)運動，然后將這些解碼的運動轉(zhuǎn)化為口語句子。或許有些不好理解，你可以自己這樣嘗試：先在腦海里想一句話，然后不張嘴，想象說出這句話的時候需要用什么樣的口型、舌頭會怎么運動——這樣的想象產(chǎn)生的腦波信號會被電極記錄，并通過AI建立模型，而這個模型在之前已經(jīng)多次訓(xùn)練，學(xué)習(xí)了人在講話調(diào)動面部肌肉時，腦部會產(chǎn)生什么樣的信號。
最后，再經(jīng)過一套模型的合成，病人想要表達(dá)的文字就出現(xiàn)在了屏幕上。
（實驗結(jié)果演示 | 來源：實驗團(tuán)隊官方視頻截圖）
相比過去一個字母一個字母去拼寫，這種新方式等于直接預(yù)測了病人想要說出的每個單詞，速度更快并且也不需要借助鍵盤，實驗團(tuán)隊的研究員Edward Chang表示：該系統(tǒng)每分鐘最多解碼18個單詞，準(zhǔn)確率中位數(shù)為75%，有時甚至?xí)^90%。
不難看出，腦機接口的實用性在不斷加強，這一方面有助于醫(yī)療救助，幫助中風(fēng)、漸凍癥、甚至意外事故的傷害；另一方面，也證明了腦機接口技術(shù)和AI技術(shù)的融合在不斷加強。過去，患者只能借助設(shè)備拼出字母，但如今可以直接表達(dá)單詞甚至句子，從各種意義上來說，這都是一次不小的突破。
既然有了一定的實用性，那么是否也就意味著腦機接口在當(dāng)下或未來有了一定的業(yè)前景？那么，就目前來看，腦機接口是一門好生意嗎？
回看歷史，早在1970年代，洛杉磯加州大學(xué)腦研究院就開始研究BCI技術(shù)。在隨后的幾十年里，研究人員一直用動物做研究，為BCI技術(shù)打基礎(chǔ)。直到1990年代中期，研究人員才用人類測試BCI設(shè)備。
由于腦機接口技術(shù)難度大，多數(shù)產(chǎn)品仍處于試驗階段，已取得的成果也大都存在于實驗環(huán)境下，因此，在腦機接口的發(fā)展歷程中，研發(fā)人員們優(yōu)先考慮的還是它的醫(yī)療與學(xué)術(shù)價值，尤其是醫(yī)生們希望能用它能解決腦損傷問題。
比如在中國，已經(jīng)有醫(yī)療團(tuán)隊將腦機接口技術(shù)應(yīng)用在了臨床上。2020年，浙大二院張建民團(tuán)隊通過對一位高位截癱志愿者腦內(nèi)植入 Utah 陣列電極，從而意念控制機械手臂的三維運動完成進(jìn)食、飲水和握手等一系列上肢重要功能運動。
雖然大部分研究與產(chǎn)品還停留在實驗階段，但目前在腦機接口領(lǐng)域，還是誕生了一項不論是技術(shù)或是商業(yè)化，都比較成熟的產(chǎn)品：人工耳蝸。
如果要追溯人工耳蝸的歷史，可以最早追溯到18世紀(jì)，意大利物理學(xué)家Volta在一次實驗中發(fā)現(xiàn)了電刺激聽覺系統(tǒng)產(chǎn)生聲音感覺的現(xiàn)象；到了20世紀(jì)，一次外科手術(shù)中，醫(yī)生通過將電線與失聰患者的神經(jīng)連通，使患者在電刺激下成功聽到了微弱的聲音。
直到1969年，美國醫(yī)生William House與Jack Urban協(xié)力開發(fā)出了第一款可穿戴式的人工耳蝸，不過，這款人工耳蝸僅有一個電極，只能輔助患者讀唇語；二十世紀(jì)七十年代，位于澳大利亞墨爾本的學(xué)者Graeme Clark教授研以及奧地利維也納大學(xué)的Erwin Hochmair教授分別研發(fā)出了可在電刺激耳蝸的多個部位的設(shè)備；1977年，世界上第一臺多通道人工耳蝸在奧地利維也納進(jìn)行了植入。
隨著技術(shù)的不斷成熟，與社會對于人工耳蝸接受度的提升，這一產(chǎn)品也在發(fā)展中成功實現(xiàn)了商業(yè)化。
目前，在全球人工耳蝸市場上，有三大人工耳蝸設(shè)備制造廠商共占據(jù)全球人工耳蝸市場超過90%的份額，分別為澳大利亞的科利耳（55%）、美國的Advanced Bionics（20%）和奧地利的MED-EL（20%）。
其中，總部位于澳大利亞悉尼的科利耳是成立最早（1982年），也是市場份額最大的人工耳蝸設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)。
據(jù)了解，科利耳的全球雇員超過3500人，每年投入超過總收入的12%（超過1.6億澳元）的資金用于產(chǎn)品研發(fā)。目前，科利耳為全球聽力市場提供了超過55萬種植入式設(shè)備，幫助來自100多個國家超過45萬名各年齡段聽障人士重獲聽力。
值得一提的是，科利耳公司的核心產(chǎn)品Nucleus系統(tǒng)，最早采用的正是前文中提到的Graeme Clark教授開發(fā)的技術(shù)。
憑借技術(shù)上的優(yōu)勢，科利耳率先完成商業(yè)化，并且在之后的發(fā)展中投資、收購了人工耳蝸產(chǎn)業(yè)鏈上的其他公司。比如，科利耳曾收購植入物研發(fā)企業(yè)Entific Medical Systems、Otologics LLC，又投資了專業(yè)生產(chǎn)助聽器的醫(yī)療器械公司EarLens；甚至在2017年，科利耳還投資了人工智能公司Otoconsult，后者提供的技術(shù)有望使耳蝸植入物更快、更一致地安裝，從而為患者提供最佳的聽力結(jié)果。
從科利耳的案例中不難看出，腦機接口若要實現(xiàn)商業(yè)化，有這樣幾個要素是必需的：
（1）成熟的核心技術(shù)
從技術(shù)上來說，人工耳蝸的成功說明了，其他腦機接口產(chǎn)品如果想開拓同樣大的市場，至少要研發(fā)出一項或幾項足夠成熟的技術(shù)。至于這個“成熟”的標(biāo)志，或許人工耳蝸的成功案例可以作為參考，即：至少要讓接受植入者達(dá)到恢復(fù)生活自理能力的水平。
如果以這個標(biāo)準(zhǔn)來衡量，腦機接口目前還有很長的路要走，畢竟目前已經(jīng)曝光的腦機接口產(chǎn)品，能夠幫助患者實現(xiàn)的還只是一些簡單的操作，比如抓取物體、腦波打字等等，有一定的實用性，但暫時無法大規(guī)模使用。
此外，人工耳蝸對于可以接受植入的患者也已經(jīng)形成了一套篩選標(biāo)準(zhǔn)，對手術(shù)可能造成的風(fēng)險也已經(jīng)足夠清晰，這一點在其他腦機接口產(chǎn)品中尚不具備。
（2）成熟的產(chǎn)業(yè)鏈
人工耳蝸包含了體外與體內(nèi)兩套設(shè)備，體外部分包括麥克風(fēng)、語音處理器、信號發(fā)射器；體內(nèi)部分包括信號接收及解碼模塊、刺激電極陣列。在這些設(shè)備中，植入材料、電極材料、技術(shù)組合等都需要相應(yīng)的公司來參與生產(chǎn)，發(fā)展至今產(chǎn)業(yè)鏈條已相對成熟。
而其他腦機接口產(chǎn)品目前多處在實驗階段，參與研發(fā)與設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈尚不清晰，且由于技術(shù)限制無法對設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，想要商業(yè)化似乎暫時無法實現(xiàn)。
（3）成熟的社會接受度
人工耳蝸從正式誕生到被社會大眾接受，至少經(jīng)過了二十年的時間，期間還發(fā)生過有一定規(guī)模的抗議活動。腦機接口如果想得到發(fā)展，倫理這一關(guān)似乎也是不得不過的，好在有耳機接口的先例作為鋪墊，后續(xù)其他腦機產(chǎn)品在大眾當(dāng)中的信任度，或許可以更高些。
不過，正因為目前腦機接口市場沒有太高的成熟度，也就吸引了一批科研機構(gòu)以外的企業(yè)參與其中開拓市場，在資本的簇?fù)硐拢蛟S用不了多久，腦機接口技術(shù)也能從學(xué)術(shù)走向消費市場。
除了前文提到的Neuralink，F(xiàn)acebook旗下Reality Labs實驗室也曾做過類似研究。該實驗室的基本設(shè)想就是開發(fā)一款頭戴式設(shè)備，讓設(shè)備讀取“意識”，將意識變成文字，每分鐘可以轉(zhuǎn)化100個單詞。
有觀點認(rèn)為，F(xiàn)acebook不使用侵入式設(shè)備，可能是想將BCI設(shè)備與AR/VR結(jié)合在一起使用。
7月30日，F(xiàn)acebook一直資助的加州大學(xué)舊金山分校（UCSF）的腦機接口技術(shù)研究團(tuán)隊，首次證明可以從大腦活動中提取人類說出某個詞匯的深層含義，并將提取內(nèi)容迅速轉(zhuǎn)換成文本。
值得關(guān)注的是，就在Facebook實現(xiàn)幾乎實時的言語意念文本鍵入的同時，它也宣布將放棄頭戴式腦機接口研究，專注基于手腕的可穿戴設(shè)備，并表示這款設(shè)備“將在短期內(nèi)進(jìn)入市場”。這再度引發(fā)了業(yè)界對腦機接口能否實現(xiàn)商業(yè)化的熱議。
另一家美國BrainGate也在腦機接口領(lǐng)域嶄露頭角。該公司聲稱，當(dāng)用戶想像自己拿著筆和紙正在書寫時，BrainGate設(shè)備就會讀取其“意識”，進(jìn)而將意識轉(zhuǎn)化為文字。BrainGate聲稱自己的設(shè)備在轉(zhuǎn)化速度上是其它BCI設(shè)備的兩倍，并且明年就會讓設(shè)備正式上市。
在中國，阿里巴巴、騰訊、科大訊飛等企業(yè)也在布局腦機接口。
2020年8月，阿里在淘寶造物節(jié)上公布了一項專利，名叫“淘寶意念購”，正式進(jìn)軍腦機接口領(lǐng)域。據(jù)了解，該項目是淘寶和清華大學(xué)孵化的一個專門做腦機接口的公司 NeuraMatrix 合作的，共同目的是探索腦機接口技術(shù)的軟件落地。甚至，阿里巴巴還專門開發(fā)了用于“意念購”的芯片。
（阿里巴巴“意念購”專利 | 圖片來源：互聯(lián)網(wǎng)）
不同于大部分腦機接口公司將發(fā)展目標(biāo)定位在醫(yī)療方向，淘寶“意念購”專注于線上購物場景，采用的也是非入侵式方案。
2019年2月25日，科大訊飛發(fā)布公告稱，其全資子公司訊飛云創(chuàng)與科大訊飛副總裁胡郁、華南理工大學(xué)教授李遠(yuǎn)清、廣州華南理工大學(xué)資產(chǎn)經(jīng)營有限公司共同投資設(shè)立了一家腦機接口公司。該合資公司名稱暫定為廣州華南腦控智能科技有限公司，注冊資本4176.87萬元人民幣。
雖然尚不清楚這項“黑科技”何時才能正式問世，但是阿里與科大訊飛等企業(yè)的布局也足以說明了，中國企業(yè)也希望在腦機技術(shù)行業(yè)的初級階段，占有一席之地的想法。
與此同時，一些正在孵化階段的初創(chuàng)公司也正在慢慢走上舞臺，大有成長為明星公司之勢。
前文提到的清華系的NeuraMatrix公司，已獲得數(shù)百萬美元Pre-A輪融資；而由紅杉中國領(lǐng)投，清華系博睿康科技公司已經(jīng)在2021年3月完成B輪過億元融資。雖然這些新秀們目前尚無重大成果發(fā)布，但是仍然是值得重點關(guān)注的對象。
不過，即便有相當(dāng)規(guī)模的群體認(rèn)為：腦機接口技術(shù)將會引爆下一輪科技革命，但到目前為止，我們還只是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域看到了這項技術(shù)的光明前景。研究人員發(fā)現(xiàn)，治療多動癥、阿爾茨海默病、癲癇時，腦機接口技術(shù)可以找到用武之地，甚至還可以用于緩解抑郁、焦慮和恐懼。
另有一些人認(rèn)為，在醫(yī)療場景之外，如果能用意識控制硬件、軟件，控制的速度會比手指高很多，這樣就能大幅提升生產(chǎn)力。他們覺得，如果BCI大規(guī)模應(yīng)用，用戶就能通過意識在互聯(lián)網(wǎng)交流，拋棄智能手機屏幕、鍵盤；一旦BCI真的普及，改變的可不只是手機——殘疾人可以用大腦控制輪椅、工作人員可以用大腦控制機器人手臂、駕駛員可以用大腦控制直升飛機、腦波可以成為密碼，這對于世界的改變將會是顛覆性的。
未來似乎很美好，只是不知道離我們有多遠(yuǎn)，或許在學(xué)術(shù)界與商業(yè)界的共同努力下，這樣的未來能更快到來。
