圖片來(lái)源@視覺(jué)中國(guó)

文 | 光錐智能，作者｜陳思

失語(yǔ)者重新“開(kāi)口說(shuō)話”，失聰者再次聽(tīng)到聲音，四肢癱瘓者可以自由活動(dòng)...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(jī)接口技術(shù)。

近日，馬斯克創(chuàng)立的腦機(jī)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(shí)代的前面，從移動(dòng)支付Paypal、新能源汽車(chē)特斯拉、航天公司SpaceX，而這次是腦機(jī)接口。

眾多人的目光再次投向這個(gè)看似前沿、甚至有些科幻的領(lǐng)域，實(shí)際上，這里的商業(yè)世界早已開(kāi)啟。

PitchBook 的數(shù)據(jù)顯示，2021 年迄今腦機(jī)接口領(lǐng)域的總?cè)谫Y額已經(jīng)是去年全年 9700 萬(wàn)美元的三倍。如果從腦機(jī)接口可影響到的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，不論是醫(yī)療、教育還是消費(fèi)，都將帶來(lái)遠(yuǎn)超于十幾億美金的巨額市場(chǎng)空間。市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Valuates Reports預(yù)計(jì)，全球腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)模2027年有望達(dá)到38.5億美元。

讓失語(yǔ)者重新“開(kāi)口說(shuō)話”，失聰者再次聽(tīng)到聲音，四肢癱瘓者可以自由活動(dòng)...腦機(jī)接口技術(shù)真的有這么神奇嗎？

讓失語(yǔ)者用腦電波說(shuō)話，不再是科幻

在科幻電影《黑客帝國(guó)》中，這臺(tái)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(guò)大腦與設(shè)備進(jìn)行連接，它就可以讓人在現(xiàn)實(shí)與虛擬中穿梭。

可別以為這種“黑科技”只存在于電影里，在真實(shí)生活中類(lèi)似的科技已經(jīng)存在，只不過(guò)目前它還不能實(shí)現(xiàn)電影里那么強(qiáng)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(jī)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(shí)只有20多歲的患者因?yàn)榇髣?dòng)脈破裂而中風(fēng)，更為不幸的是，這條大動(dòng)脈恰巧為大腦供血。自此之后，這名男子無(wú)法控制四肢，也喪失了語(yǔ)言功能，因?yàn)樗麩o(wú)法控制任何與說(shuō)話有關(guān)的肌肉。

不過(guò)好在他的頭部還是可以活動(dòng)的，在電子設(shè)備的幫助下，該男子通過(guò)頭部動(dòng)作控制鍵盤(pán)，每分鐘可以拼出5個(gè)單詞。

現(xiàn)在，研究人員為他進(jìn)行了更高級(jí)的設(shè)備升級(jí)：通過(guò)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(yǔ)的中風(fēng)患者重新開(kāi)口“講話”。也就是說(shuō)，這名男子不再需要移動(dòng)頭部，只需要想一想自己要表達(dá)的內(nèi)容，計(jì)算機(jī)就能將腦波變成單詞句子。

這種技術(shù)正式名為“腦機(jī)接口”（brain-computer interface，BCI），簡(jiǎn)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。

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(guò)手術(shù)植入電極，用于輔助捕捉腦波信號(hào)。

第一臺(tái)腦機(jī)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(shí)，研究人員通過(guò)意念操縱屏幕上的光標(biāo)走完了一個(gè)迷宮，雖然只是一個(gè)看似簡(jiǎn)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。?

不同于今天相對(duì)更主流的侵入式腦機(jī)接口，當(dāng)年的實(shí)驗(yàn)采用的是基于腦電波的非侵入式腦機(jī)接口。可誰(shuí)都沒(méi)想到，這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，卻正式開(kāi)啟了腦機(jī)接口技術(shù)時(shí)代的到來(lái)。

從上世紀(jì)七八十年代在動(dòng)物身上的實(shí)驗(yàn)，到九十年代中后期的人體實(shí)驗(yàn)，再到今天更為深入與廣泛的研究，腦機(jī)接口設(shè)備從只能夠識(shí)別并提取微弱腦信號(hào)的簡(jiǎn)單功能，發(fā)展到可以讓實(shí)驗(yàn)者直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂完成幫助操作的“黑科技”；如今，腦機(jī)接口甚至可以讓失語(yǔ)者重新“講話”。

那么，這樣的功能是如何實(shí)現(xiàn)的呢？前文中那個(gè)利用腦機(jī)接口，讓失語(yǔ)者重新“講話”的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在官方視頻里，用一張示意圖進(jìn)行了介紹：

首先，通過(guò)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(shí)驗(yàn)的前提是，病人大腦中語(yǔ)言功能的部分要能夠正常工作。

之后，借助一套專門(mén)設(shè)計(jì)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(hào)轉(zhuǎn)化為聲道咬合關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，然后將這些解碼的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為口語(yǔ)句子?；蛟S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(shuō)出這句話的時(shí)候需要用什么樣的口型、舌頭會(huì)怎么運(yùn)動(dòng)——這樣的想象產(chǎn)生的腦波信號(hào)會(huì)被電極記錄，并通過(guò)AI建立模型，而這個(gè)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(dòng)面部肌肉時(shí)，腦部會(huì)產(chǎn)生什么樣的信號(hào)。

最后，再經(jīng)過(guò)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。

相比過(guò)去一個(gè)字母一個(gè)字母去拼寫(xiě)，這種新方式等于直接預(yù)測(cè)了病人想要說(shuō)出的每個(gè)單詞，速度更快并且也不需要借助鍵盤(pán)，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的研究員Edward Chang表示：該系統(tǒng)每分鐘最多解碼18個(gè)單詞，準(zhǔn)確率中位數(shù)為75%，有時(shí)甚至?xí)^(guò)90%。

不難看出，腦機(jī)接口的實(shí)用性在不斷加強(qiáng)，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(jī)接口技術(shù)和AI技術(shù)的融合在不斷加強(qiáng)。過(guò)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(lái)說(shuō)，這都是一次不小的突破。

既然有了一定的實(shí)用性，那么是否也就意味著腦機(jī)接口在當(dāng)下或未來(lái)有了一定的業(yè)前景？那么，就目前來(lái)看，腦機(jī)接口是一門(mén)好生意嗎？

從人工耳蝸開(kāi)始，腦機(jī)接口向商業(yè)化探索

回看歷史，早在1970年代，洛杉磯加州大學(xué)腦研究院就開(kāi)始研究BCI技術(shù)。在隨后的幾十年里，研究人員一直用動(dòng)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(lèi)測(cè)試BCI設(shè)備。

由于腦機(jī)接口技術(shù)難度大，多數(shù)產(chǎn)品仍處于試驗(yàn)階段，已取得的成果也大都存在于實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，因此，在腦機(jī)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(jià)值，尤其是醫(yī)生們希望能用它能解決腦損傷問(wèn)題。

比如在中國(guó)，已經(jīng)有醫(yī)療團(tuán)隊(duì)將腦機(jī)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(duì)通過(guò)對(duì)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(jī)械手臂的三維運(yùn)動(dòng)完成進(jìn)食、飲水和握手等一系列上肢重要功能運(yùn)動(dòng)。

雖然大部分研究與產(chǎn)品還停留在實(shí)驗(yàn)階段，但目前在腦機(jī)接口領(lǐng)域，還是誕生了一項(xiàng)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(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了電刺激聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)產(chǎn)生聲音感覺(jué)的現(xiàn)象；到了20世紀(jì)，一次外科手術(shù)中，醫(yī)生通過(guò)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(tīng)到了微弱的聲音。

直到1969年，美國(guó)醫(yī)生William House與Jack Urban協(xié)力開(kāi)發(fā)出了第一款可穿戴式的人工耳蝸，不過(guò)，這款人工耳蝸僅有一個(gè)電極，只能輔助患者讀唇語(yǔ)；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(gè)部位的設(shè)備；1977年，世界上第一臺(tái)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(huì)對(duì)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(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。

目前，在全球人工耳蝸市場(chǎng)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(chǎng)超過(guò)90%的份額，分別為澳大利亞的科利耳（55%）、美國(guó)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(chǎng)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(guò)3500人，每年投入超過(guò)總收入的12%（超過(guò)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(tīng)力市場(chǎng)提供了超過(guò)55萬(wàn)種植入式設(shè)備，幫助來(lái)自100多個(gè)國(guó)家超過(guò)45萬(wàn)名各年齡段聽(tīng)障人士重獲聽(tīng)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(kāi)發(fā)的技術(shù)。

憑借技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，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(gòu)了人工耳蝸產(chǎn)業(yè)鏈上的其他公司。比如，科利耳曾收購(gòu)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(tīng)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(tīng)力結(jié)果。

從科利耳的案例中不難看出，腦機(jī)接口若要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，有這樣幾個(gè)要素是必需的：

（1）成熟的核心技術(shù)

從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，人工耳蝸的成功說(shuō)明了，其他腦機(jī)接口產(chǎn)品如果想開(kāi)拓同樣大的市場(chǎng)，至少要研發(fā)出一項(xiàng)或幾項(xiàng)足夠成熟的技術(shù)。至于這個(gè)“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(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量，腦機(jī)接口目前還有很長(zhǎng)的路要走，畢竟目前已經(jīng)曝光的腦機(jī)接口產(chǎn)品，能夠幫助患者實(shí)現(xiàn)的還只是一些簡(jiǎn)單的操作，比如抓取物體、腦波打字等等，有一定的實(shí)用性，但暫時(shí)無(wú)法大規(guī)模使用。

此外，人工耳蝸對(duì)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(duì)手術(shù)可能造成的風(fēng)險(xiǎn)也已經(jīng)足夠清晰，這一點(diǎn)在其他腦機(jī)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(yǔ)音處理器、信號(hào)發(fā)射器；體內(nèi)部分包括信號(hào)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(lái)參與生產(chǎn)，發(fā)展至今產(chǎn)業(yè)鏈條已相對(duì)成熟。

而其他腦機(jī)接口產(chǎn)品目前多處在實(shí)驗(yàn)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(wú)法對(duì)設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，想要商業(yè)化似乎暫時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

（3）成熟的社會(huì)接受度

人工耳蝸從正式誕生到被社會(huì)大眾接受，至少經(jīng)過(guò)了二十年的時(shí)間，期間還發(fā)生過(guò)有一定規(guī)模的抗議活動(dòng)。腦機(jī)接口如果想得到發(fā)展，倫理這一關(guān)似乎也是不得不過(guò)的，好在有耳機(jī)接口的先例作為鋪墊，后續(xù)其他腦機(jī)產(chǎn)品在大眾當(dāng)中的信任度，或許可以更高些。

不過(guò)，正因?yàn)槟壳澳X機(jī)接口市場(chǎng)沒(méi)有太高的成熟度，也就吸引了一批科研機(jī)構(gòu)以外的企業(yè)參與其中開(kāi)拓市場(chǎng)，在資本的簇?fù)硐?，或許用不了多久，腦機(jī)接口技術(shù)也能從學(xué)術(shù)走向消費(fèi)市場(chǎng)。

企業(yè)紛紛入局，腦機(jī)接口的未來(lái)何時(shí)來(lái)？

除了前文提到的Neuralink，F(xiàn)acebook旗下Reality Labs實(shí)驗(yàn)室也曾做過(guò)類(lèi)似研究。該實(shí)驗(yàn)室的基本設(shè)想就是開(kāi)發(fā)一款頭戴式設(shè)備，讓設(shè)備讀取“意識(shí)”，將意識(shí)變成文字，每分鐘可以轉(zhuǎn)化100個(gè)單詞。

有觀點(diǎn)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(jī)接口技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)，首次證明可以從大腦活動(dòng)中提取人類(lèi)說(shuō)出某個(gè)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(shí)現(xiàn)幾乎實(shí)時(shí)的言語(yǔ)意念文本鍵入的同時(shí)，它也宣布將放棄頭戴式腦機(jī)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(chǎng)”。這再度引發(fā)了業(yè)界對(duì)腦機(jī)接口能否實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的熱議。

另一家美國(guó)BrainGate也在腦機(jī)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(shū)寫(xiě)時(shí)，BrainGate設(shè)備就會(huì)讀取其“意識(shí)”，進(jìn)而將意識(shí)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(huì)讓設(shè)備正式上市。

在中國(guó)，阿里巴巴、騰訊、科大訊飛等企業(yè)也在布局腦機(jī)接口。

2020年8月，阿里在淘寶造物節(jié)上公布了一項(xiàng)專利，名叫“淘寶意念購(gòu)”，正式進(jìn)軍腦機(jī)接口領(lǐng)域。據(jù)了解，該項(xiàng)目是淘寶和清華大學(xué)孵化的一個(gè)專門(mén)做腦機(jī)接口的公司 NeuraMatrix 合作的，共同目的是探索腦機(jī)接口技術(shù)的軟件落地。甚至，阿里巴巴還專門(mén)開(kāi)發(fā)了用于“意念購(gòu)”的芯片。

不同于大部分腦機(jī)接口公司將發(fā)展目標(biāo)定位在醫(yī)療方向，淘寶“意念購(gòu)”專注于線上購(gòu)物場(chǎng)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(yíng)有限公司共同投資設(shè)立了一家腦機(jī)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(cè)資本4176.87萬(wàn)元人民幣。

雖然尚不清楚這項(xiàng)“黑科技”何時(shí)才能正式問(wèn)世，但是阿里與科大訊飛等企業(yè)的布局也足以說(shuō)明了，中國(guó)企業(yè)也希望在腦機(jī)技術(shù)行業(yè)的初級(jí)階段，占有一席之地的想法。

與此同時(shí)，一些正在孵化階段的初創(chuàng)公司也正在慢慢走上舞臺(tái)，大有成長(zhǎng)為明星公司之勢(shì)。

前文提到的清華系的NeuraMatrix公司，已獲得數(shù)百萬(wàn)美元Pre-A輪融資；而由紅杉中國(guó)領(lǐng)投，清華系博?？悼萍脊疽呀?jīng)在2021年3月完成B輪過(guò)億元融資。雖然這些新秀們目前尚無(wú)重大成果發(fā)布，但是仍然是值得重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。

不過(guò)，即便有相當(dāng)規(guī)模的群體認(rèn)為：腦機(jī)接口技術(shù)將會(huì)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(xiàng)技術(shù)的光明前景。研究人員發(fā)現(xiàn)，治療多動(dòng)癥、阿爾茨海默病、癲癇時(shí)，腦機(jī)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(chǎng)景之外，如果能用意識(shí)控制硬件、軟件，控制的速度會(huì)比手指高很多，這樣就能大幅提升生產(chǎn)力。他們覺(jué)得，如果BCI大規(guī)模應(yīng)用，用戶就能通過(guò)意識(shí)在互聯(lián)網(wǎng)交流，拋棄智能手機(jī)屏幕、鍵盤(pán)；一旦BCI真的普及，改變的可不只是手機(jī)——?dú)埣踩丝梢杂么竽X控制輪椅、工作人員可以用大腦控制機(jī)器人手臂、駕駛員可以用大腦控制直升飛機(jī)、腦波可以成為密碼，這對(duì)于世界的改變將會(huì)是顛覆性的。

未來(lái)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(lái)能更快到來(lái)。（本文首發(fā)鈦媒體APP）

參考資料：

• https://vcbeat.top/40659
• http://med.china.com.cn/content/pid/254499/tid/1026
• https://www.sciencealert.com/scientists-have-converted-a-paralyzed-man-s-brain-waves-to-speech
• https://www.the-scientist.com/news-opinion/brain-computer-interface-user-types-90-characters-per-minute-with-mind-68762
• https://www.mobihealthnews.com/news/facebook-backed-study-gives-individual-severe-speech-loss-restored-communication-abilities
• https://spectrum.ieee.org/tech-talk/biomedical/bionics/exclusive-neuralinks-goal-of-bestinworld-bmi
• https://www.wraltechwire.com/2020/11/11/brain-computer-interface-technology-debate-cant-wait-say-ncsu-researchers/

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