医疗脑机接口技术展望：马斯克让猴子用意念玩乒乓！

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来源：器械之家

继小鼠插USB、现场遛猪后，埃隆马斯克再次把脑机接口技术用在了猴子身上。2021年4月9日，马斯克创办的脑机接口公司Neuralink放出一个新视频，展示了一只9岁的猴子用意念玩电子乒乓球游戏看，它就是Pager，一只9岁的恒河猴，最近它刚刚get了新技能——用意念玩乒乓球游戏。

马斯克的Neuralink公司成立于2016年，其致力于脑机接口技术的研究。2019年9月，马斯克创立的Neuralink研发出“脑机神经织网”设备N1，将3000多个电极附着在柔韧丝状物上，或将实现大脑意念控制电脑，在此之后，脑机接口的研究推向了公众视野，并成为当下热点。

在次年8月，马斯克再度公布Neuralink最新研究成果，并实现了给猪植入脑机接口的实验：利用一款硬币大小的植入设备Link V0.9，以及手术机器人V2，将这个“硬币”设备植入到大脑皮层部分，完成植入后，机器获得了大脑内部的电极信号，传输到手机、电脑等设备上，实时完成脑-机之间的数据传输。　

在最新发布的视频中，Neuralink演示了如何使用自主研发的传感器硬件和大脑植入物，来记录一只9岁的猴子在屏幕上玩电子游戏的活动基线。

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脑机接口在生命领域的应用

脑机接口是在人脑与计算机或其他电子设备之间建立直接的交流和控制的通道。近年来,随着神经科学、信息科学、材料科学等领域的快速发展,衍生出了一种新型的高科技技术——脑机接口(BCI)。通过BCI技术能够在生物大脑与外部机械设备之间建立起一条直接的信息交流通道,从而实现了脑与外部环境的直接交互。 

根据脑机接口中的大脑与外部设备的信息传递方向的不同,可以将脑机接口的研究划分为两个方向:1.“脑-机”方向，即通过电极采集生物体大脑中的神经信号,并对神经信号采取扩充，简约、降维等一系列操作,从而结合生物本身的运动行为数据对神经信号进行分析,解码生物的运动意图,最后将解码的结果转换成对外部机械设备的控制指令,完成控制功能。2.“机-脑”方向，即反向的信息传递过程,即指通过生物体的外周神经系统,将外部设备的数据信号转换成不同方式的刺激手段直接作用于大脑皮层,诱发脑功能区细胞的神经元发放,从而使生物体产生特定的感受或者诱发其特定的行为。

脑机接口实现人机交互得经过几个步骤——信息获取、解读、传输、处理及反馈。要想实现这个过程，目前的设备有侵入式和非侵入式两种（按照在生物体大脑采集信息具体位置区分）。人的大脑从内到外依次是头皮、头骨、脑硬膜、蛛网膜和大脑皮层。非侵入式模式仅作用于头皮；侵入式则完全植入大脑皮层。

BCI作为一种新型的人机交互技术，在生命健康领域的很多场景中都具有重要的应用前景。BCI 应用的最初定位是医疗康复，通过 BCI 系统为瘫痪或者行动不便的病人提供一个新的交流、控制方式。病人不但可以通过 BCI 系统在计算机上进行打字，或者控制轮椅行动，而且还能控制假肢帮助移动位置和抓取物品。

在未来脑机接口系统的目标应该是整合各种生物信号（尤其是大脑的活动信号），将人、机器、环境连接起来。我们将来可能会看到脑机接口在医疗健康、贸易、娱乐、教育等各种专业领域的广泛应用，实现人、机、环境全面的交互共融。例如，使用脑机接口系统进行对生物体本身状态的一个系统监测，判断是否进行运动行为和意识思考。

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脑机接口在国内生命健康领域的应用

从2021年年初开始，国内已经有四家与脑机接口相关的公司拿到了融资，其中两家的融资金额达到1亿人民币。红杉、经纬中国这些头部VC也纷纷入场。去年年底阿里巴巴也宣布正尝试将脑机接口技术与淘宝结合，希望实现用「意念」购物的想法。

就目前的发展情况来看，当下在这个赛道前行的中国公司，其产品大多数还处在实验阶段。医疗领域作为脑机接口最先落地的产业方向，已经实现临床应用产品，功能集中在针对神经疾病的病情诊断、系统监测和辅助治疗等方面。

1. 2021年3月拿到1亿元融资的博睿康，其主力产品之一就包括利用脑机接口对癫痫病患者进行诊断和治疗。对应研发了一套脑闭环反馈刺激系统，该系统通过手术植入患者大脑后，系统可以监测癫痫发作前的信号特征，进而触发电刺激，达到抑制癫痫发作的效果。

2.NeuraMatrix 由清华大学孵化，成立于 2019 年 11 月。与国内的 BrainCo、脑陆科技等非侵入式脑机接口产品不同，NeuraMatrix 采用的是侵入式技术。其业务涵盖脑机接口芯片、系统化设备、软硬一体化平台，以及针对医疗、科研等行业的专用解决方案。比如癫痫，医生通过监测患者的脑电信号进行发病预测，也可以通过电刺激进行诊疗，NeuraMatrix所选取的  “读取+输入”双向脑电信号交互技术正可以满足需求。此外该公司还与首都医科大学三博脑科医院、清华长庚医院、北京天坛医院达成神经疾病治疗辅助设备方案的初步合作意向。随着设备的铺开和数据的积累，NeuraMatrix 还可以探索更多的人机交互场景，拓展脑机接口数据的价值空间。

3. 臻泰智能依托西安交通大学技术优势，主要产品为脑控下肢康复机器人，可针对传统中风康复训练设备治疗效果不佳的问题，将脑机接口、虚拟现实、机器人控制等技术相结合，激活患者神经主动运动意念，进行主被动协同康复训练。依托于“脑-机接口”技术，则能通过不断强化神经中枢刺激反馈进行神经康复，再配合机器人的辅助刺激，能将神经重塑，大大提高康复效果。现阶段，臻泰智能主要面向渐冻症、脑卒中、脊髓损伤等神经功能障碍患者。

4.脑陆科技产业链底层出发结合神经科学研究，重新建立和定义了脑机交互的产品应用研发流程，研发了相关电极材料、传感电路、信号转换与计算电路、信号算法、识别模型，以及构建了超大规模脑电生物信号数据集。产品主要监测人体精神状态如睡眠状况、作业人员精神状态监测、精神健康筛查，此外还有记忆增强产品，与宣武医院、清华、浙大合作，处于临床实验阶段，预计将申请创新类医疗器械证，应用于阿尔兹海默症、认知障碍病人、与需要记忆功能改善的青少年群体。

在脑机接口技术这个领域里，虽然有了资本的加入，但是脑机接口在目前来看依旧处于一个非常早期的阶段，融资主要目的也是加大研发力度而已，其相关的产品和技术还需要长期打磨，距离真正大规模的商业变现来说一切还言之尚早。

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脑机接口的未来展望

人类对脑机接口技术的研究已经超过40年了，20世纪90年代中期以来，在很多实验中获得的该方面的知识明显增长。在多年来实验的实践基础上，应用于人体的早期植入设备被设计及制造出来，用于恢复损伤的听觉、视觉和肢体运动能力。研究的主要核心是大脑皮层可塑性，它与脑机接口相适应，可以像自然肢体那样控制植入的假肢。在当前的技术与知识背景之下，脑机接口研究的先驱者们令人信服地尝试制造出增强人体功能的脑机接口，而不仅仅只是恢复人体的功能。

未来应该增强BCI 系统的自适应性，提高系统的准确率、稳定性、实用性，部分BCI系统希望能够改进并投入到实际应用中，例如打字机和机械辅助进食；此外还应增强系统通用性，不同的个体拥有不同的头皮脑电信号，针对差异性作出优化；包括应用领域的扩宽，比如应用于驾驶车辆和一些特殊操作等。

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