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              經觀頭條 | 瘋狂科學家連上腦機接口

              2023-06-03 12:31:26    來源:經濟觀察網

              (圖片來源:)

              經濟觀察報 記者 張鈴 戴上貼滿金屬片的頭罩,盯著模擬鍵盤,體驗者想打的字母就一一出現在屏幕上。這是經濟觀察報記者5月29日在中關村(000931)論壇看到的一幕。

              這項技術,是近期科技、醫療領域最火的賽道之一:腦機接口。


              (資料圖)

              腦機接口,顧名思義,是大腦和計算機之間的接口。在科幻電影中,殘疾人用機械臂彈唱,失語者開口說話,失聰者聽到聲音,人類靠意念指揮龐大的機械……現在,技術正讓科幻照進現實。

              5月4日,由南開大學教授段峰領銜的團隊,完成全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口試驗。這項技術已與國際接軌。

              5月25日,馬斯克旗下公司Neu-ralink獲準進行腦機接口人體試驗,這被視為腦機接口邁向商業化應用的里程碑。馬斯克希望這項技術幫助視障和行動不便人士,恢復視力和行動能力。

              中國科學家段峰,同事們戲稱他“瘋狂科學家”;世界首富馬斯克,人們視他為“最瘋狂的人”——這或許是人類對技術還缺乏想象力。

              科學家希望攻克技術難題,企業家期待讓消費者接受全新的產品。在醫療和助老端,許多腦機接口產品落地了,幾年后,或許人們還將戴上AR眼鏡,用意念聽歌、購物,再久一些,癱瘓多年的人也許可以重新站起來。

              5月29日,中國工信部宣布,將把腦機接口作為培育未來產業發展的重要方向,加強腦機接口應用場景探索,加速推動腦機接口產業發展。

              同一天,中國最早開展腦機接口研究的學者之一、清華大學醫學院長聘教授高小榕告訴經濟觀察報記者,腦機接口進入了一個新的時代。

              產業端,中國腦機接口概念板塊熱度持續上漲,多個概念股發布股價異動公告。截至6月1日,創新醫療(002173)、新智認知(603869)等多個腦機接口概念股連續5個交易日漲停。

              腦機接口技術安全嗎?能造“超人”嗎?能控制人腦嗎?精神自由、公平性如何保證?在人的大腦探秘路上,這些都是無法繞開的部分:倫理。

              瘋狂科學家

              愛吃的蘋果就在對面,但小猴子的雙手被綁住了。隨著“想吃蘋果”的意念產生,幾秒后,一兩米外的機械臂緩緩移動,將蘋果送到嘴邊。

              一旁,猴子的主人、科學家段峰忍不住高喊:“蘋果來啦!”小猴子緩緩張嘴,咬下一塊蘋果,發出清脆咀嚼聲。

              這是5月4日,在全球首例非人靈長類動物(猴)“介入式腦機接口試驗”手術后,現場拍攝視頻中的場景。

              當天上午9:00,中國人民解放軍總醫院,在肌肉麻醉后,手術開始了。神經外科醫生吳東東屏息凝神,在猴頸部刺了個小口,將微導絲小心穿過血栓,定位在血栓遠端,將介入腦電傳感器貼附在猴腦血管壁上,再撤出微導絲。順著血管,傳感器被送至矢狀竇,采集并識別猴子的腦電信號。

              通過神經介入放入顱內支架,這樣的手術在人身上已很成熟了。這次,不一樣的是,科學家在顱內支架上附加了腦電信號采集裝置,采集到的腦電信號,會被體外儀器解碼,從而實現對機械臂的控制。

              手術室很安靜,兩個多小時后,手術完成,醫生和科學家都出了一身汗,衣服被浸濕。他們小心監測著麻醉藥效還沒過的猴子,心率、呼吸一切正常。三四個小時后,猴子醒來,用意念驅動機械臂吃到了食物。

              十多年前,段峰開始研究腦機接口,先后研究過侵入式、非侵入式、介入式(前兩者較為常見)這三大全球腦機接口技術路線。侵入式要在顱骨上鑿洞,把設備直接插入腦子;非侵入式要在頭上如戴帽子般罩一個網;介入式介于兩者之間,將設備通過血管送入大腦。

              段峰曾通過侵入式腦機接口控制老鼠的行為,也用非侵入式腦機接口控制輪椅、汽車,近幾年又投入介入式腦機接口的研究。

              他告訴經濟觀察報記者,除了休眠,腦機接口技術還可以用在教育、軍事、外太空等多個領域,腦卒中患者可以更快康復、人學習時可以不疲勞、記憶可以被復制或移植、人類可以實現休眠……

              他曾通過刺激,讓大鼠體溫下降到24度,成功實現休眠。這一技術成熟后也能用于人類,可讓航天員在睡眠中度過孤獨漫長的宇航生活。

              技術太超前了,段峰被不少同事稱作“瘋狂科學家”。

              不少科學家有過類似經歷。“瘋狂算是好詞,當年,大家都說我在搞偽科學,說這違反唯物主義。”清華大學醫學院長聘教授高小榕告訴經濟觀察報記者。

              他是中國最早開展腦機接口研究的學者之一。20世紀90年代,個人計算機剛出現,他就開始研究,想解決殘疾人使用個人電腦的問題。

              即使在科學界,也幾乎沒人接受他的研究。他曾在申請項目時被趕下臺。

              2000年前后,因為不被大眾理解,腦機接口領域舉辦學術會議時,約定過一項鐵律:不允許記者進入腦機接口實驗室。

              現在,高小榕對記者說:“歡迎來實驗室親身感受。”他的實驗室改變過許多學界同仁的看法,被質疑時,他不做解釋,把人請過來看,用眼見之實證明科學。

              過去半個世紀,全球腦機接口實現了從科幻到產業落地的突破,從0到1,又從一生二。高小榕希望各界能協同攻關,克服挑戰,在未來50年,推動腦機接口實現二生三,三生萬物。

              中國科學院院士、世界神經外科聯盟執委趙繼宗告訴經濟觀察報記者,國內腦機接口發展很快,雖離國際最先進技術有一定差距,但讓漸凍癥患者完成打字、血管內介入式腦機接口等技術已與國際接軌。

              大腦神秘復雜,如果說它是一條1公里的路,人類才前進了5厘米。三百多年前,牛頓建立了物理學大廈,而現在,腦科學還處在“前牛頓時代”,沒什么規律可言。“但要小心翼翼、一步步往前走,如同人類對癌癥知之甚少,卻嘗試用各種方式治療它。”柔靈科技首席科學家劉冰說。

              馬斯克就希望能借助腦機接口,幫助視障者復明,讓行動不便人士恢復行走。出于對安全性的擔憂,美國食品藥品監督管理局(FDA)曾幾度拒絕其人體試驗申請,但最終在5月25日批準,這令行業感覺振奮。

              宣武醫院神經外科主治醫師馬永杰告訴經濟觀察報記者,在3-5年前,人們把馬斯克視作瘋狂的人,但隨著人體試驗的開展,這項技術的確能夠照進現實。

              科學家可以瘋狂,臨床醫生必須謹慎。馬永杰會幫科學家把關,看技術的應用場景是否真正符合臨床需求,而不是噱頭、熱點或概念。他曾在一年前與段峰合作,在一只羊身上放置介入式支架電極,那是中國第一例介入式腦機接口動物試驗。

              科幻照進現實

              5月29日,在中關村論壇“腦機接口創新發展分論壇”上,高小榕發表完《腦機接口50年》的演講,下臺時,他穿過了由行業里科學家、企業家、醫生、投資人組成的“人墻”。

              熱鬧前所未有。高小榕感慨,坐了多年“冷板凳”,板凳終于“熱”了。

              2022年12月,馬斯克分享了一段視頻,猴子通過意念控制鼠標和鍵盤打字。因為他自帶的明星光環,人類迅速建立對腦機接口的認知。進入2023年,腦機接口一路“狂飆”,學界密集披露研究進展,業界忙著融資、產業化。這一年也被部分從業者視為神經技術的“分水嶺之年”。

              往前看,技術早已照進現實。2014年,一位癱瘓患者借助腦機接口,用意念控制機械外骨骼,完成巴西世界杯開球。2020年,浙江大學團隊借助腦機接口,幫助一名四肢癱瘓者控制外部機械臂與機械手,完成進食、握手動作。

              馬永杰介紹,3-5年內,腦機接口能收發短信、接打電話;未來可能承載意識、下載記憶甚至情感;在軍事領域,理論上可制造出“超級戰士”。

              已經有產品出現了,它們主要用于醫療和助老。在中關村論壇,博瑞康、華腦技術、柔靈科技、臻泰智能等企業展示了最新產品,包括腦控打字系統、腦控復健設備、輔助睡眠腦機設備、能夠監測精神狀態的安全帽等。

              醫學界人士對腦機接口有最多期待。趙繼宗說,作為一名醫生,他希望腦機接口能為患有意識障礙、偏癱截癱、阿爾茨海默癥、癲癇、抑郁等疾病的病人解決痛苦。

              相關的臨床試驗有三類:

              一是對意識障礙的病人,通過腦機接口判斷昏迷程度、有沒有可能蘇醒,“這對病人沒什么損害,臨床上在天壇醫院已普及了”。

              二是關于脊髓損傷。一旦截癱,病人四肢或雙下肢就不能動,現在已成功在損傷階段放一個電刺激器,電刺激器發出信號后可幫助病人恢復行走。

              “這已在臨床應用,脊髓的刺激器已經國產化。如何通過腦而不是刺激器來控制它,是下一步的研究方向。”趙繼宗提到,國內有望今年或明年攻關這個項目。

              三是在采集信號領域。通過術中清醒把麻醉病人喚醒,就可以精確采集信號,為腦機接口電極精準放置提供技術支持。

              高小榕相信,腦機接口將帶給人類顛覆和想象,與智能手機、ChatGPT屬于同一級別,甚至更加重要。這一觀點,獲得了多位受訪者的認同。

              技術的革命性進步,總是以“廢除肢體”為代表,廢除腳,有了汽車;廢除手,有了機器人;廢除了眼,有人工視覺。“腦子是唯一不能廢的,未來人類要讓AI機器完全可控,必須依賴于腦機接口技術。”高小榕說。

              柔靈科技創始人兼CEO孫瑜舉例說,通過神經交互實現的AR眼鏡即將面世,人們可以不通過手,通過眼鏡自動購物、聽歌,做到無所不在的人機交互。

              高小榕認為,人類跟機器交流需要方向盤、鼠標、鍵盤,隨著AI的進步,它們都不足以滿足需求,腦機接口是那個有革命性突破的交流技術。現在,腦機接口的性能只達到觸屏的一半,但未來十年會超過手機觸屏速度,達到人機交互的終極形態——人機合一。

              掘金產業化

              “投資市場對腦機接口技術信心不斷增強。”5月29日,腦機接口產業聯盟副秘書長張倩提到,近年,資本市場看好以腦機接口為代表的神經技術的發展前景,相關投資金額和投資筆數不斷增多,在資本孵化下神經相關初創公司數量也在逐年增多。

              國際市場研究機構 IMARCGroupe的數據顯示,全球腦機接口的市場規模在2021年達到了15億美元,預計到2027年,全球腦機接口市場規模將達到33億美元,約合238億元人民幣。

              國信證券預計,腦機接口相關市場規模在2030-2040年期間可達700億-2000億美元。數據顯示,截至2023年4月,全球有1394起腦機接口相關融資事件,大多投融資以種子輪和A輪為主。

              目前,中國已形成覆蓋基礎層、技術層與應用層的腦機接口全產業鏈,并在醫療、教育、工業、娛樂等領域應用落地。

              2021年,馬斯克宣布腦機接口有望幫助癱患者恢復全身功能,同一年,美國宣布禁止腦機接口在內的部分技術向中國出口。這讓許多投資機構開始注意這一賽道,包括當時重點布局元宇宙賽道的敦鴻資產。

              敦鴻資產董事總經理鄭華良說,他們將國內腦機接口企業陸續聊了一遍,認為侵入式是未來方向,但短期內難以落地。他跟許多投資人交流過,感到大家普遍偏保守,想等產品出來以后再看。

              當時,國內侵入式腦機接口最具代表性的公司腦虎科技直接告訴鄭華良:如果希望我們在5年內有收入,就不必來投我們了。考慮良久后,敦鴻資產先投了商業化進展更快的非侵入式。

              創業時,孫瑜也選擇了更短時間能看到成果的非侵入式。錢、風險、市場,這都是必須考慮的現實問題:“馬斯克的顧慮沒有那么多,腦機接口更像是他的一個‘玩具’。”孫瑜說。

              馬斯克旗下公司Neuralink的23個參與芯片植入實驗的猴子中,已有15只死亡,這背后是侵入式腦機接口面臨的安全風險和技術門檻難題。

              高小榕介紹,腦機接口要把電極植入大腦,需要翻過三座大山。一是物理,要把世界上最硬的硅植入人體最軟的組織“腦”,如同把一根針立在豆腐上,要既接觸又不傷害豆腐;二是生物兼容性,解決人體免疫系統的排斥和感染風險;三是信息,即如何解讀腦內受到的海量信息。“我知道腦機接口代表未來,但你憑什么說它可以賺錢?”孫瑜經常收到投資人的靈魂發問,他認為這不單是柔靈科技的問題,是整個行業的問題。

              瘋狂科學家可以甘坐冷板凳,創業者必須去人潮中蹚出全新的商業模式。

              教育醫生、醫院、合作伙伴、消費者,讓大家打消顧慮,相信這是產品而非科幻,是孫瑜工作的重要內容。前幾天,他忍不住問董明珠:“我們現在賣‘沒人知道’的東西,有沒有讓消費者接受新產品的思路可以分享?”

              另一個讓不少掘金者困惑的新問題是,行業在迅速從冷清變得擁擠。“存在過熱的問題。”高小榕說。

              2013年成立的海天智能,是首家將腦機接口產業化的中國企業。海天智能董事長張海燕告訴記者,五年前,剛剛實現產業化時,人們都在懷疑技術的真實性,但現在,好多企業在模仿、復制,用類似的模式去做產業化。

              2022年底至今,在投資人普遍的保守態度中,腦虎科技、應和腦科學、博瑞康、階梯醫療等侵入式腦機接口公司均獲得超億元融資,令不少業內人士感到振奮。但劉冰觀察,融到錢后,侵入式賽道存在“內卷”,集中做系統和電機,更核心關鍵的內容如解碼則極少涉入。

              在迷局中,人們抬頭看未來,多位受訪者認為,未來腦機接口領域會出現如互聯網領域BAT一般的巨頭。

              “這是完全有可能的”,高小榕說,中國在腦機接口領域有較高的認知和研究基礎,跟美國形成交錯競爭的態勢。

              張海燕認為,隨著老齡化加深、腦卒中高頻和年輕化,腦機接口在中國醫療健康領域的市場將達萬億級。她透露,公司已實現盈利,正準備科創板上市:“我有信心,公司未來市值會破千億。”

              在中國,心瑋醫療(06609.HK)是唯一直接參與腦機接口研發的上市公司。心瑋醫療首席財務官張涵告訴經濟觀察報記者,參與早期研究,是希望更好、更早了解到腦機接口技術的原理、通路和機理,隨著項目得到可行性和安全性論證,投入會有收獲。到了一定階段,公司也會跟支持科創的相關委辦局交流,看是否愿意支持項目,來自政府的資金和支持非常重要。

              “瘋狂”之外

              腦機接口能代替人類思考嗎?

              趙繼宗告訴經濟觀察報記者,從理論上說是可以的,從實際上說,涉及哲學、法律問題。

              劉冰認為,科學家一定要“瘋狂”,才能有更前沿的想法,但黑科技是雙刃劍,必須把科技掌握在文明手中。

              清華大學信息國家研究中心助理研究員顧心怡介紹,除了安全性,腦機接口還涉及關于腦控、精神自由、公平性等倫理問題。

              “必須規范腦機接口的使用”,高小榕解釋,其他的技術工具如方向盤、鼠標,都由人在清醒的狀態下控制,但大腦總有不清醒的時段,而且腦機接口理論上可把正常人的性能提高幾倍,變成“超人”,這都需要倫理規范。

              腦機接口技術已經上升到國家戰略。此前,“十四五”規劃第一次將腦機技術寫入需攻關的重點技術品類中。三個月前,中國信息通信研究院聯合幾十家相關領域高校、科研機構、企業發起成立腦機接口產業聯盟(以下簡稱“聯盟”),對行業進行規范和引導。

              5月29日,聯盟發布《腦機接口倫理原則和治理建議書》,希望引發更多主體關注腦機接口,參與倫理共治。

              相關支持力度在加強,在業內也有擔憂的聲音。一位科學家告訴經濟觀察報記者,這是否可能限制探索技術的自由度?高小榕沒有這樣的擔心,他認為學術探索始終應該是自由的,但產業必須有所規劃和限制。

              趙繼宗把聯盟視為產業與技術溝通的橋梁,將為腦機接口發展提速。他認為,接下來需要讓政府部門參與協調產學研用,讓技術產業化、為更多病人服務。

              多位科學家提到,腦機接口需長期穩定投入,這個過程可能無法追求回報,只能是國家行為,比如找院士去領頭研究。一個有創腦機接口的課題組至少需10人,包括主刀醫生、訓練動物的、做材料的、做算法的、做系統的研究者,幾乎只有院士級別的科學家能把團隊聚攏起來,且需要很好的靈活性和考核機制。

              國家做好人才儲備也非常關鍵。目前,腦機接口的主要研究力量在高校,許多企業也是高校的延伸,還未完全獨立。作為擁有極高壁壘的產業,腦機接口涉及計算機信息處理、神經科學、生物技術、材料學等學科,需要復合型人才。

              (責任編輯:賀翀 )

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