一文看懂脑机接口未来的无限可能
人工智能学家
在Open AI“大杀四方”的当下，若这一技术取得进展和成功，相信在不远的将来对瘫痪患者恢复运动功能，治愈帕金森氏症、阿尔茨海默氏症等脑部疾病，以及帮助恢复失明患者视力等方面有着非凡的意义。
近日，埃隆·马斯克旗下的脑机接口公司在推特上宣布，其脑植入物已获得FDA的批准，将启动首次人体临床研究，目前该临床试验尚未开始招募参与人员，未来将很快发布更多相关信息。
这个消息迅速引发热烈讨论与市场追捧。此前， 已经试过在老鼠、猪和猴子的大脑植入脑机接口芯片，2022年3月还曾递交人体试验的申请被拒。但不得不说， 动作还是挺快，仅用3个月就将被拒理由的材料补齐，获得了FDA的批准。
这项即将进行人体试验的技术，希望通过向人脑植入电极、芯片等装置，建立连接人脑与外部设备的通信和控制通道，即脑机接口，从而实现用大脑生物电信号直接操控外部设备或以外部**调控大脑活动的目的。
在Open AI“大杀四方”的当下，若这一技术取得进展和成功，相信在不远的将来对瘫痪患者恢复运动功能，治愈帕金森氏症、阿尔茨海默氏症等脑部疾病，以及帮助恢复失明患者视力等方面有着非凡的意义。未来，也许真的可以像马斯克所期望的那样“让人脑与计算机融合，成为“半机械人”，帮助人类与 AI 实现共生，避免 AI 对人类造成“生存威胁”。
什么是脑机接口？
脑机接口（Brain ，BCI）是在人脑与计算机或其它电子设备之间建立的直接交流和控制通道。
通过这种通道，一方面用户可以直接通过大脑活动来表达思想或操控设备；另一方面，外部设备则不断地给大脑发送各种反馈信息，让大脑及时调整控制策略，维持整个系统的稳定性。
从原理来看，脑机接口的实现，大致可以分为四步：脑电采集 → 信号获取及处理 → 信号输出（执行）→ 反馈。
根据“侵入性”，可将脑机接口分为侵入式、非侵入式和半侵入式脑机接口三类。
侵入式脑机接口通过手术等方式将信号采集装置（电极）直接植入患者大脑皮层，以获得高强度、高质量的信号，但此种方式经济成本和安全风险均较高，极有可能引发免疫反应和脑胶质细胞结痂等炎症反应，从而导致信号质量下降。
侵入式脑机接口技术难度最大，若有突破对人类发展贡献也会更大，其目前主要应用在医疗领域，最有可能率先落地并带来市场收益的是神经替代、神经调控相关技术和产品，其技术难度也是最大的。目前，侵入式脑机接口公司中，进入人体临床试验阶段的有、 和 三家。
早在 2021 年就已获得 FDA 批准，开始试验，并于 2022 年 7 月宣布在美国首次植入脑机接口。其技术是微创的，通过一种类似血管支架的电极放置在大脑血管的内部，来采集血管附近的神经信号。
的侵入性方案则属于“皮层刺入”路线，它直接将柔性电极丝植入大脑皮层之中。一般而言，越深入和靠近脑组织本身，脑电信号就越清晰和准确。但毕竟要将外物植入大脑，很容易引起免疫反应，人体可能会在电极和神经组织之间生成疤痕组织，导致信号传输的衰退，甚至消失。所以，这次的人体试验结果如何，的确很值得期待。
非侵入式脑机接口无需手术，是对人体创伤最小，采集方法最为简单的脑电信号采集方式，将信号采集电极置于头皮外部的非侵入式脑机接口，但由于电极与神经元距离较远，测得的信号噪声较大，对信号后期的处理要求较高。
非侵入式脑机接口技术多应用在更广泛的生活生产领域，正逐步在康复训练、教育娱乐、智能生活、生产制造等众多方面为人类带来福祉。代表性产品有云睿智能的优梦思额贴式睡眠记录仪，主要通过贴附于额前采集分析脑电信号，来帮助鉴别和改善睡眠障碍，已经获得国家二类医疗器械证和美国FDA认证，并进入多家医院提供全方位的脑电睡眠监测管理服务。
半侵入式脑机接口处于上述两者之间，通过手术方式植入电极，但电极处于皮肤下或颅腔内，未达到大脑皮层。其信号质量比非侵入式的更好，而相较于侵入式脑机接口，虽采集到的信号较弱，但免疫反应和炎症反应发生率均较低，安全系数较高。采用这一类技术的公司目前较少。
脑机接口有哪些主要应用领域？
1． 提供信息增强技术。
简单来说，可以为那些瘫痪或有其他严重运动缺陷的人提供新的通信增强技术。2022年 上的一篇研究就借助能读取大脑信号的植入式脑机接口，使一位罹患渐冻症的男子选择字母，组成通顺的句子，完成日常交流。
2． 康复训练。
通过脑机接口技术，监测到的脑电信息可以用于加工、反馈，针对多动症、中风、抑郁症等做对应的恢复训练。例如，对于运动皮层相关部位受损的中风病人，脑机接口可以从受损的皮层区采集信号，其次**失能肌肉或控制矫形器，改善手臂运动；运动想象类脑机接口可以用于孤独症儿童的康复训练，提升他们对于感觉运动皮层激活程度的自我控制能力，从而改善孤独症的症状，亦可以通过脑电信号的反馈，训练使用者的专注力。
3． 脑科学研究与脑功能诊断。
脑机接口，可以帮助研究人类大脑的认知、运动、情感等方面的机制，深入探究人类大脑的奥秘。 例如脑机接口可以帮助实时监控和测量神经系统状态，辅助临床判读。“监测”型脑机接口应用方向十分多样，包括测量视/听觉障碍患者神经通路状态协助医生定位病因，评测陷入深度昏迷患者的意识等级等等。除此之外，通过结合脑电、视频等多元信息进行诊疗，能够辅助医生判读脑损伤、脑发育等多种临床适应症。
4． 人机交互。
通过脑机接口技术，可以实现更加智能的人机交互，如控制家用电器、智能机器人、VR设备等等。
5． 军事安全。
脑机接口技术可以用于军事领域，如控制战斗机、导弹等，提高作战效率。
总之，脑机接口技术的应用前景非常广泛，未来还有很多新的应用领域可能会涌现。
脑机接口产业发展现状
整体而言，脑机接口产业链发展仍在初期阶段。材料、产业化和伦理仍是目前脑机接口技术需要攻关的三大问题。
根据中国电子技术标准化研究院的《脑机接口标准化*** 2021》，2019 年全球脑机接口市场规模约 12 亿美元，预计 2027 年达 37 亿美元。麦肯锡预测未来10到20年，全球脑机接口产业将产生700-2000亿美金经济价值。
目前全球脑机接口主要以非侵入式为主，用于诊疗康复领域，其中医疗保健领域占比 62%，剩余为疾病治疗领域。脑机接口技术的发展将撬动医疗健康、教育、游戏甚至智能家居行业。
上游的芯片、采集设备、相关算法仍在研发阶段，下游应用多集中于科研设备和康复训练，远期来看可能创造人机交互的新型网络体系。具体来说，上游设备尚未实现标准化量产，自研 BCI 芯片和算法成为核心技术壁垒。脑机接口的设备主要包括脑电采集设备、BCI 芯片、处理计算机以及数据集、处理算法、操作系统级分析软件、外部嵌套设备等。
脑电采集设备若为非侵入式主要为采用干电极/湿电极的脑电采集帽（或为耳机、头箍形态），若为侵入式则为微电极/探针。
犹他阵列丨.com
BCI 芯片主要实现脑电信号的预处理（包括放大、滤波、模数转换、编码等）、信号通信甚至部分信号处理环节。信号处理环节通常在计算机或云端完成，需要实现用户意图的特征提取、将提取的信号特征转换为通信指令，之后由通信设备或辅助设备给出反馈（通常为显示器或声音、机械反馈）。
但由于目前业界对脑信号的模拟和“写入”了解非常不充分，目前的脑机接**动尚未实现完全闭环。
当前，脑机接口技术正在全球领域成为一个新的风口，外国技术走在较为前列的企业包括、、 、 Neuro、、、Snap、Axoft等，其中已于2021年获得FDA批准进行人体试验，2022年7月该公司完成美国首例在患者体内植入脑机设备的手术。
在国内，华为、科大讯飞等巨头都已在布局脑机接口技术，同时，云睿智能、强脑科技、脑陆科技、柔灵科技等创新企业也非常活跃。去年11月，中国首个脑机接口综合性开源软件平台也已经正式发布，为脑机接口技术的跨团队协作创新提供了一个基础的开放平台。
结语
马斯克的光环确实给很多人带上了一副眼睛，让他们在看见了闪闪发光的脑机接口。
但脑科学领域的复杂远超其他领域，如果将大脑比如一条1公里的路，人类可能才走了5厘米。
脑机接口能走多远，取决于脑科学研究有多深。
来源：人工智能学家，原文标题：《马斯克脑机接口真人手术获FDA批准！一文看懂得脑机接口未来的无限可能（附产业链与核心企业）》。
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