腦機(jī)接口作為生命科學(xué)和信息技術(shù)深度交叉融合的前沿新興技術(shù)，是培育未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。近日，埃隆·馬斯克宣布旗下腦機(jī)接口公司Neuralink已獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)，將啟動首次人體臨床試驗(yàn)。這被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是腦機(jī)接口邁向商業(yè)化應(yīng)用的重要里程碑。

記者日前從2023中關(guān)村論壇-腦機(jī)接口創(chuàng)新發(fā)展論壇上了解到，在產(chǎn)業(yè)界的共同努力下，我國已經(jīng)形成覆蓋基礎(chǔ)層、技術(shù)層與應(yīng)用層的腦機(jī)接口全產(chǎn)業(yè)鏈，并在醫(yī)療、教育、工業(yè)、娛樂等領(lǐng)域應(yīng)用落地，將展現(xiàn)出強(qiáng)大的創(chuàng)新驅(qū)動力和巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

為醫(yī)療康復(fù)帶來福音

醫(yī)療健康是目前腦機(jī)接口技術(shù)最直接、最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。

據(jù)中國科學(xué)院院士、世界神經(jīng)外科聯(lián)盟執(zhí)委趙繼宗介紹，腦機(jī)接口通過在腦與機(jī)器之間建立連接，可以替代、恢復(fù)、增強(qiáng)、補(bǔ)充腦功能，為腦功能損傷患者的康復(fù)帶來福音。

據(jù)了解，Neuralink正在設(shè)計一種將大腦信號轉(zhuǎn)化為行動的設(shè)備，將首先專注于兩個應(yīng)用：一是恢復(fù)人類視力，二是幫助無法移動肌肉的人控制智能手機(jī)等設(shè)備，甚至恢復(fù)脊髓受損者的全身功能。

記者了解到，2023年4月，北京腦科學(xué)與類腦研究中心已經(jīng)啟動神經(jīng)界面與神經(jīng)解碼暨智能腦機(jī)系統(tǒng)增強(qiáng)計劃。天壇醫(yī)院逐步形成了腦機(jī)接口檢測平臺、腦機(jī)交互平臺、自適應(yīng)反饋腦機(jī)訓(xùn)練平臺、腦機(jī)融合神經(jīng)調(diào)控平臺等研究平臺。

趙繼宗指出，腦機(jī)接口應(yīng)用還處在臨床試驗(yàn)階段，未來在醫(yī)療上的應(yīng)用主要在幾個方向：一是對意識障礙的患者，通過腦機(jī)接口技術(shù)判斷是否有清醒的可能。二是對脊髓損傷病人，在損傷節(jié)段植入電刺激器促進(jìn)患者行走。三是信號采集，針對手術(shù)中處于麻醉狀態(tài)的患者，通過“術(shù)中清醒”進(jìn)行更精準(zhǔn)的大腦定位。四是建立隱蔽漢語言通訊腦機(jī)接口系統(tǒng)，開發(fā)書寫運(yùn)動軌跡解碼技術(shù)，用意念把中國的方塊字打出來。

“從理論上講，未來普通人也是可以使用這項(xiàng)技術(shù)的,包括娛樂、記憶力增強(qiáng)等。但我更希望的是腦機(jī)接口最先用來解決病人的痛苦，無論是意識障礙、偏癱、截癱、漸凍癥還是阿爾茨海默癥等,對他們來說這才是最重要的。未來，腦機(jī)接口的發(fā)展需要加強(qiáng)政產(chǎn)學(xué)研醫(yī)的通力合作，神經(jīng)外科學(xué)理當(dāng)成為腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化研究的主力軍。”趙繼宗說。

為工業(yè)生產(chǎn)帶上“安全帽”

腦機(jī)接口技術(shù)除了臨床醫(yī)療，目前也在工業(yè)安全監(jiān)測領(lǐng)域落地實(shí)現(xiàn)。在北京師范大學(xué)教授鄔霞看來，非侵入式腦機(jī)接口技術(shù)非常適用于工業(yè)安全監(jiān)測，未來也有望提升工業(yè)生產(chǎn)效率。

工業(yè)安全有設(shè)備安全、人員安全、生產(chǎn)安全三大需求。鄔霞表示，從目前的技術(shù)手段來看，在保證人員安全方面主要是崗前考核、安全意識教育，所用的檢測設(shè)備也只是手環(huán)等簡單生理狀態(tài)檢測設(shè)備；在保證生產(chǎn)安全方面，也主要是通過定期培訓(xùn)、輪崗休息，或者是傳感器等簡單設(shè)備進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測。

“當(dāng)前，工業(yè)安全檢測手段難以滿足工業(yè)安全監(jiān)測需求，我們希望能夠引入一些新的技術(shù)，非侵入式腦機(jī)接口技術(shù)非常適用于工業(yè)安全監(jiān)測。”鄔霞說。

據(jù)介紹，基于腦機(jī)接口的工業(yè)人員安全數(shù)字化管理系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于隧道施工、礦山開采、基坑作業(yè)、電力巡線等場景，提供風(fēng)險報告近400篇，發(fā)出風(fēng)險預(yù)警和報警信息近2000條，成功抓取近3萬條風(fēng)險隱患數(shù)據(jù)。

例如隧道施工場景下，大型機(jī)械和重型物料在運(yùn)輸、吊裝、轉(zhuǎn)場過程中一旦出現(xiàn)和人的接觸都會造成安全事故。因此，讓施工人員佩戴具有腦機(jī)接口裝置的安全帽，實(shí)時監(jiān)控工人的腦狀態(tài)，工作人員可以通過員工狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控平臺觀察到施工人員的脈搏、血氧等生理特征，并通過分析腦電數(shù)據(jù)來判斷疲勞度、專注度等。據(jù)悉，此方案已經(jīng)應(yīng)用在修建廣州、北京和重慶等地地鐵的施工隧道現(xiàn)場。

“展望未來，腦機(jī)接口技術(shù)除了在安全方面能夠?qū)I(yè)界有所幫助之外，也有可能通過腦控機(jī)械、腦控汽車等方式來提升機(jī)器效率，并通過儀器操作、設(shè)備駕駛等技能訓(xùn)練來提升人的效率。”鄔霞表示。

未來還有諸多難點(diǎn)需要攻克

從1969年開啟腦機(jī)接口動物實(shí)驗(yàn)開始，腦機(jī)接口進(jìn)入科學(xué)論證階段。自2000年開始，多國科研高校開啟腦機(jī)接口研究，以Neuralink為代表的公司推出概念產(chǎn)品，腦機(jī)接口技術(shù)邁入應(yīng)用試驗(yàn)階段。

目前，腦機(jī)接口技術(shù)尚處于發(fā)展初期，國內(nèi)發(fā)展進(jìn)度與國際同步。我國高度重視腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展，已將“腦科學(xué)和類腦研究”列入國家重大科技創(chuàng)新和工程項(xiàng)目。

談及未來技術(shù)發(fā)展方向，趙繼宗指出，目前腦機(jī)接口的通信速率仍然較低，在大腦和機(jī)器之間建立高效的信息交互通道，是實(shí)現(xiàn)高性能腦機(jī)接口的關(guān)鍵；雙向腦機(jī)接口仍待發(fā)展，“從腦到機(jī)”需要將腦信號轉(zhuǎn)化成意圖運(yùn)動指令，“從機(jī)到腦”將與外部環(huán)境交互的設(shè)備捕獲的感覺信息傳遞至大腦；實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口應(yīng)用的過程中，對腦活動數(shù)據(jù)進(jìn)行有效安全的管理并制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也至關(guān)重要。

從具體應(yīng)用領(lǐng)域來看，也有諸多難點(diǎn)需要攻克。鄔霞表示，以工業(yè)安全監(jiān)測領(lǐng)域?yàn)槔谝粋€難點(diǎn)是要從硬件設(shè)計源頭保障高精度腦電信號質(zhì)量，例如可以采用全頻段24位ADC腦電采集電路，實(shí)現(xiàn)32萬倍以上的共模抑制能力。第二個難點(diǎn)是如何在復(fù)雜的工業(yè)場景下實(shí)現(xiàn)高度穩(wěn)定可靠的算法輸出，可以通過實(shí)時自適應(yīng)腦電濾波器，并盡量采用少通道的數(shù)據(jù)來進(jìn)一步提高應(yīng)用算法的魯棒性，讓輸出更加穩(wěn)定。第三個難點(diǎn)是確保腦機(jī)接口系統(tǒng)的快速穩(wěn)定運(yùn)行，要解決無線信號傳輸問題，并打造千人實(shí)時傳輸分析處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多終端、快速標(biāo)準(zhǔn)化部屬，此外需要結(jié)合腦機(jī)接口、無線測距、貨物類型、廣播通訊等因素制定針對性安全解決方案。

腦機(jī)接口技術(shù)在教育、娛樂等領(lǐng)域同樣具有廣闊的市場應(yīng)用前景。隨著相關(guān)技術(shù)的日趨成熟與商業(yè)化落地應(yīng)用，未來有望形成萬億級市場規(guī)模。麥肯錫預(yù)計，腦機(jī)接口相關(guān)市場規(guī)模在2030-2040年間可達(dá)700億~2000億美元。