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关注高勇者少脑机接口应用场景仍需拓展

放大字体  缩小字体 2021-07-07 15:39:34 来源:财经网

  段静远/文

  作为最前沿的技术之一,脑机接口领域的技术进展和商业化落地进展一直广受关注。科大讯飞、阿里巴巴等公司陆续进军这一领域;谷歌Facebook、马斯克也相继布局

  联合市场研究公司(Allied MarketResearch)的一组数据显示,2020年,脑机接口的市场规模将达到14.6亿美元。如果从脑机接口可影响到的应用领域来看,不论是医疗、教育还是消费,都将带来远超于十几亿美金的巨额市场空间。

  早些时候,SpaceX、特斯拉等公司的创始人马斯克的Neuralink公司宣布,能够让一只猕猴通过大脑活动来控制计算机,而无需通过手来操纵游戏杆。消息一出,脑机接口重新登上热点话题。但有从业者对财经网评论道,“马斯克这一技术在应用场景的输出还有很长的路要走。”

  事实上,技术发展的速度要快于产品的应用落地。多年来,脑科学更多聚焦在基础理论探索阶段,既因这是一个极为复杂的交叉性学科,又因其发现还未大量进入日常生活,缺乏足够市场支持。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。上述从业者也对财经网指出,“尽管目前在神经退行性疾病等临床医学领域已经有了一些成熟的应用,但更多是在单点上的,在人机交互领域,行业发展仍然还很年轻。”

  临床医学最先实现落地应用

  据公开资料显示,脑机接口技术(Brain Computer Interface,BCI)是一种跨越生物本身的大脑信息传输通路,实现大脑与计算机等外部设备直接通信的技术。该技术能够在人(或其他动物)与外部环境之间建立沟通以达到控制设备的目的,进而起到替代、修复、增强、补充或改善的作用。

  马斯克的Neuralink公司已经宣布能够让一只猕猴通过大脑活动来控制计算机,研究人员通过在猴子的大脑皮层区域接入2000多条细丝,在猴子与计算机交互的时候记录猴子大脑的神经元活动,并将这些神经元活动数据输入到“解码器算法”中,以观察并实时预测猴子的手部运动。

  “目前包括马斯克正在做的脑机接口的概念,距离医疗方面的应用还有一段距离”,脑陆科技联合创始人兼CMO吴寒峰对财经网直言道。

  有业内人士谈到,由于脑机接口技术可以直接实现大脑与外部设备的交互,跨越常规的大脑信息输出通路,因此医疗领域成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。

  脑机接口系统的输出可取代由于损伤或疾病而丧失的自然输出,有助于神经系统和肌肉系统瘫痪患者表达自己意愿和康复训练。

  据梳理,中国脑计划就曾提出过明确的治疗方向,其巨大价值百科在于其在未来五到十年的持续实施,基于这个计划,我国正全力发展阿尔茨海默、帕金森、癫痫、精神分裂、抑郁症等社会负担重大的疾病的治疗。

  例如,清华大学生物医学工程系教授、美国医学与生物工程院会士高上凯和高小榕带领团队做了20多年的脑机接口研究,且一直以医疗应用为主要动力,“脑起搏器”一直在寻找应用落地的场景。

  清华大学航天航空学院院长、神经调控技术国家工程实验室主任、清华大学医工交叉研究院院长李路明日前在一场“脑开放日”讨论会上介绍了“脑起搏器”的研究和应用成果。李路明将“脑起搏器”类比为“心脏起搏器”,将两根1.2毫米电极植入大脑深处,连接着挂在胸前的脉冲发生器,通过用电刺激调控大脑,来刺激大脑的丘脑底核,用于治疗帕金森症。

  李路明表示,目前“脑起搏器”已经发展到第二代技术,有两个创新点:首先是变频刺激,相比过去的恒频刺激效果更好,能改善步态评分36%,改善运动评分26%。第二是能够远程调控,减少患者往返于医院的次数。

  脑机接口技术在医疗领域研究价值百科重大,应用领域广泛,但其研发成本高、周期长,技术成熟度和产品化程度低,技术发展面临诸多挑战。

  中国信息通信研究院一份研究报告显示,脑机接口技术涉及多学科交叉融合,目前研究者以科研院所和高校为主,从公司的角度,因其研发成本高、专业人才缺乏、盈利模式不明等诸多原因,相比其他人工智能产品,只有少数公司涉足这一领域。同时,相比于非侵入式脑机接口领域的蓬勃发展,因受到技术、伦理等多重限制,国内外仅有加州大学、斯坦福大学、浙江大学等少数高校和Neuralink、Neuropace等少数高科技企业在侵入式脑机接口领域有所投入。

  资本开始关注到这一赛道,财经网梳理注意到,今年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。同月NeuraMatrix也宣布完成数百万美元Pre-A轮融资,由经纬中国领投。由清华大学孵化的,采用的是侵入式技术,定位于新一代脑机接口平台开发,规划版图涵盖脑机接口芯片、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。脑陆科技产业链底层出发结合神经科学研究,建立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。2020年,脑陆科技宣布完成近亿元融资,投资方为济南生技医疗产业发展母基金,及多家市场投资机构。

  “在2019年之后,这个领域被大家看到,原来做AI的团队转做脑信号处理,原来做医疗器械的转做脑机接口,原来做神经科学也有关注这个领域”,吴寒峰谈到,行业内的从业者感受到了这是一个大的发展趋势,第一个马斯克的Neuralink不断吸引公众的注意,第二个从国家的角度,十三五开始我们有中国脑计划,十四五第一次提到将脑机融合技术或者说2.0版本的脑计划,大家看到了政策层面支持的态度。”

  “大家对这个赛道产生了兴趣和关注,但真正勇于出手的机构其实不多,或者体量不是很大,” 吴寒峰坦言,“真正勇于出手的可能还是一些相关资深或者一些相关行业的从业背景会支撑他们去做,单纯财务投资性机构还是处在学习加观望的阶段。”

  “侵入与非侵入”并非“1.0与2.0”

  目前主流的脑机接口技术分为侵入式和非侵入式。其中,侵入式主要应用在医疗场景,帮助癫痫、老年痴呆等脑病患者进行康复治疗。而非侵入式则以其安全、保守的特点成为消费级场景的优选。

  “首先从学术的角度来讲,其实这两条路线目前是比较势均力敌的,在美国,如果从大学实验室来看,可能大概有60%左右是做侵入式的,而非侵入的达到40%左右。”BrainCo(强脑科技)创始人韩璧丞曾指出,“在一些学术交流会议上,两个流派的人会相互吐槽,但并不会真的认为对方的方法真的不如自己。”

  吴寒峰对财经网解释道,“侵入式和非侵入式是并行的两种技术手段,目的都是为了能够获取大脑的活动信号,也就是脑电的一些信号,这个是它们的本质问题,从不同的角度来看,各自的技术壁垒都很高,二者并非处于前后两个阶段,如果说非侵入式叫1.0,侵入式叫2.0,这是不太正确的判定”。

  吴寒峰具体解释道,侵入式的难处在于安全部署以及成本控制,再就是一些基于伦理等这些带来的各种问题。马斯克的公司Neuralink发布的内容,比如如何将材料植入进去,植入什么样的材料,如何解决通讯的问题,如何解决持续续航的问题,如何解决高密度部署电极的问题,这是侵入式的难点和壁垒。

  他谈到,侵入式捕获了干净纯粹的信号,没有太大的噪音干扰,但是难点在于怎么把东西植入进去,非侵入式则因为信号衰退的问题和基于一些现有硬件水平的整体,暂时不具备能够直接的获取特定深部脑区的信号。

  而非侵入式的难点跟它是反过来的,非侵入式相对来说比较好部署,但是最难的是要捕获穿透了颅骨的脑电信号,所以我们在捕获这些信号的时候会收到大量的外部造成的干扰,机电、眼电、心电、噪音等,对于信号捕捉是非常难的过程。所以,这对我们的硬件和后端的算法就给了额外的压力。

  “这并不代表要先做非侵入式,做完之后才能做侵入式,两者要解决的问题不一样,应用场景也不一样。所以从更远发展来看,两种技术是互相并存的”,吴寒峰谈到。

  事实上,脑机技术的研究目前还面临一些伦理问题,例如,从老鼠、猴子的实验到人身上的实验,即使理论已经跑通,要应用到人身上还需更多考量。华山医院院长、天桥脑科学研究院转化中心主任毛颖曾公开谈到,长期来看,把芯片植入人体这件事需要严格的标准来要求,这对目前的脑机技术来说确实是一个非常艰难的地方,不可一步跨越而至。而国家已逐步建立起对这个技术的审核标准,毛颖希望学术和社会资本可以结合起来,一起推进这个技术的发展及实践。

  中科院脑科学与智能技术卓越创新中心学术主任蒲慕明曾在接受媒体采访时表示:“现在脑机接口的主要应用是治疗瘫痪病人,现在国内的一些团队也在从事脑机接口领域的研究,并在大动物身上进行临床,下一步就是要进入人体临床试验,但这仍然需要获得伦理方面的审批。”

  蒲慕明表示,相比侵入式的技术,非侵入式的脑机接口技术应用前景或是更加广阔。“也就是说一些穿戴式的脑机接口设备,会引领医疗器械产品的大规模爆发。”

  美国科学院院士、天桥脑科学研究院加州理工学院脑机接口中心主任理查德·安德森(Richard Andersen)日前在一场“对话大脑”(Brian Talk)论坛上也提出,脑机接口的一个挑战就在于,目前的脑机接口仍然是侵入式的有创解决方案,这会很大程度减少人们的接受度,未来无创解决方案的探索或将有望大幅提升脑机接口的应用场景。

  就此也有业内人士对财经网坦言,侵入和非侵入只是方法问题,更多的还是希望通过技术的进步,能够解决大众的问题。

  前述中国信息通信研究院的研究报告对脑机接口未来的发展提出,从科学研究的角度,重视脑科学研究,从医学角度对大脑结构、功能和工作机制进行更深层次的探索,加强人工智能、材料科学、半导体技术等相关领域的科研投入,为技术提供更多的理论和支持;此外,现有脑机接口技术主要关注在所谓的“读数据”即单向读取大脑信息,未来“写数据”即给大脑输入信息或成为另一个研究热点。

  在技术创新方面,研发高精度的信号采集分析设备、高性能芯片等脑机接口设备所需的关键设备,从需求出发,各个击破,开发出符合临床需求的可靠产品;从安全和伦理的角度,设备安全问题、个人隐私安全问题、知情和同意权问题、自主性和责任归属问题,以及使用脑机接口设备获取某种“能力”之后可能引起的社会公平公正问题都需要尽早正视、认真对待。还有很重要的一点,在随着技术不断进步的同时,政府、相关行业组织需加强监管,提供政策指引并建立一套统一的评价标准体系,重视管控制度的建立与完善,保障脑机接口技术在研发、使用及普及过程中每一个重要环节。

原标题:关注高勇者少脑机接口应用场景仍需拓展

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