腦機(jī)接口（Brain Computer Interface, BCI），指的是在人腦與計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備之間建立的直接交流和控制通道，通過(guò)這種通道，用戶(hù)可直接通過(guò)大腦思想來(lái)表達(dá)想法或操作設(shè)備，而不需要語(yǔ)言或者動(dòng)作。xfXesmc

2023年是腦機(jī)接口的發(fā)展“元年”。政策層面，國(guó)家針對(duì)腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)，相繼出臺(tái)了一系列利好政策予以產(chǎn)業(yè)推動(dòng)；產(chǎn)業(yè)鏈層面，各方對(duì)腦機(jī)接口的了解度不斷提升，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)高速發(fā)展。本文將分享三家企業(yè)在腦機(jī)接口的應(yīng)用落地的經(jīng)驗(yàn)。xfXesmc

國(guó)產(chǎn)侵入式腦機(jī)接口對(duì)標(biāo)馬斯克Neuralink

上海腦虎科技有限公司創(chuàng)始人、CEO彭雷介紹稱(chēng)，目前市場(chǎng)上侵入式的腦機(jī)接口主要分為三個(gè)主要技術(shù)路線(xiàn)。第一種是硅基硬質(zhì)電極系統(tǒng)，可以同時(shí)記錄96個(gè)通道，可應(yīng)用于臨床、需要開(kāi)顱，適用于硬質(zhì)易剪切腦組織；第二種是血管電極系統(tǒng)，可同時(shí)記錄16通道，可應(yīng)用于臨床，頸靜脈植入，但只能記錄場(chǎng)電位；第三種是柔性電極系統(tǒng)，可同時(shí)三維記錄1024通道，可通過(guò)機(jī)器人開(kāi)顱自動(dòng)植入，但尚未實(shí)現(xiàn)臨床。xfXesmc

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Neuralink的柔性深部電極屬于第三種，可通過(guò)手術(shù)機(jī)器人植入大腦，此前該公司通過(guò)將這種電極植入了小豬腦部，通過(guò)解碼豬在跑步機(jī)上走路時(shí)的運(yùn)動(dòng)皮層，來(lái)判斷它的運(yùn)動(dòng)信號(hào)、腦電信號(hào)跟步態(tài)間關(guān)系。2021年進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)在猴腦上的植入，目前這種方式已獲批首次人體臨床實(shí)驗(yàn)。xfXesmc

“腦虎科技與Neuralink一樣選擇的是柔性腦機(jī)接口，我們認(rèn)為這條路線(xiàn)長(zhǎng)期推廣最核心的要素之一是高通量。”彭雷指出，這條路線(xiàn)是三種技術(shù)路線(xiàn)中通道最多的，高達(dá)一千多條，其他最少的只有16條。而通道數(shù)決定可以讀寫(xiě)神經(jīng)元的數(shù)量，從目前來(lái)看一千多條仍是非常小的數(shù)量指標(biāo)，遠(yuǎn)不足以把人體800多億個(gè)神經(jīng)元都記錄下來(lái)。xfXesmc

記錄多少神經(jīng)元信號(hào)可以解釋大腦？沒(méi)有人知道，但彭雷認(rèn)為腦機(jī)接口的通道數(shù)一定會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，這就是“腦機(jī)接口的摩爾定律，每隔18個(gè)月可以讀寫(xiě)的腦機(jī)接口神經(jīng)元數(shù)量細(xì)胞應(yīng)該翻一倍，這是我們認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。”xfXesmc

第二個(gè)核心要素是低創(chuàng)傷，要求手術(shù)植入的創(chuàng)口越來(lái)越小，從厘米級(jí)走向毫米級(jí)、亞米級(jí)甚至更小。第三個(gè)要素是長(zhǎng)期在體，指的是植入電極穩(wěn)定在人體內(nèi)的時(shí)間從短期植入，提升到周、月、年甚至更長(zhǎng)。xfXesmc

在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面，腦虎已經(jīng)完成了小鼠、兔子、狗、猴的實(shí)驗(yàn)，臨床實(shí)驗(yàn)上目前完成了一系列上人實(shí)驗(yàn)，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先狀態(tài)。xfXesmc

XR設(shè)備+腦機(jī)數(shù)字療法，治療心理、精神疾病

腦機(jī)產(chǎn)品商業(yè)化時(shí)，必須評(píng)估用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)、使用產(chǎn)品的成本，以及給用戶(hù)帶來(lái)價(jià)值的比較。杭州回車(chē)電子科技有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人、CTO童路遙認(rèn)為，給用戶(hù)帶來(lái)的價(jià)值減去成本，不能是負(fù)數(shù)；如果包括購(gòu)買(mǎi)和使用的成本，兩者加起來(lái)獲得的價(jià)值是負(fù)的，就很難做到商業(yè)化。xfXesmc

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基于這個(gè)考慮，近幾年AR/VR等XR技術(shù)逐漸的成熟，可以和腦機(jī)接口很好地結(jié)合。由于XR設(shè)備本身要佩戴在頭部，所以加上腦機(jī)接口功能對(duì)于佩戴者來(lái)說(shuō)沒(méi)有其他的成本增加。xfXesmc

據(jù)悉，回車(chē)科技后續(xù)將逐漸把公司戰(zhàn)略重心轉(zhuǎn)到腦機(jī)接口和XR設(shè)備的結(jié)合，包括交互方面。這個(gè)交互不僅是傳統(tǒng)理解的運(yùn)動(dòng)交互，還有一部分是情感交互，由于XR設(shè)備越來(lái)越多地開(kāi)始集成AI功能，AI也越來(lái)越能夠理解情感狀態(tài)，可以形成使用反饋。xfXesmc

數(shù)字療法是由軟件程序驅(qū)動(dòng)，以循證醫(yī)學(xué)為基礎(chǔ)的干預(yù)方案，用以治療、管理或預(yù)防疾病。童路遙認(rèn)為這是腦機(jī)接口離產(chǎn)業(yè)化最近的應(yīng)用領(lǐng)域。目前的數(shù)字療法主要面向與精神健康相關(guān)的領(lǐng)域，因?yàn)閭鹘y(tǒng)藥物治療精神疾病存在副作用、耐藥性等問(wèn)題，數(shù)字醫(yī)療在該領(lǐng)域的作用逐步顯現(xiàn)。xfXesmc

他列舉了多種精神健康疾病，如抑郁癥、多動(dòng)癥、失眠、成癮治療等，腦機(jī)接口設(shè)備對(duì)于疾病早篩、生物反饋式治療、效果評(píng)估等方面都有重要作用，可以通過(guò)結(jié)合VR的沉浸感和腦機(jī)接口的生物反饋來(lái)提高治療效果。xfXesmc

童路遙認(rèn)為，腦機(jī)VR領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)是目前沒(méi)有專(zhuān)門(mén)面向醫(yī)療領(lǐng)域的VR產(chǎn)品，消費(fèi)級(jí)別VR產(chǎn)品本身的設(shè)計(jì)是面向成人，且更偏向于游戲化的設(shè)計(jì)。“比如失眠的客戶(hù)，設(shè)備后面有一個(gè)大大的電池，是沒(méi)有辦法躺下來(lái)睡覺(jué)的。另外數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，還需要行業(yè)內(nèi)更多跟蹤和優(yōu)化，內(nèi)容開(kāi)發(fā)平臺(tái)和工具也不夠完善。”xfXesmc

展望腦機(jī)接口設(shè)備的未來(lái)，他認(rèn)為從硬件來(lái)說(shuō)需要實(shí)現(xiàn)更輕、更舒適、成本更低。“預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，XR產(chǎn)業(yè)會(huì)飛速進(jìn)步，目前的設(shè)備重量大約是300克左右。另外是數(shù)據(jù)維度要更豐富，各種各樣的生理參數(shù)數(shù)據(jù)才能更好輔助應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。”xfXesmc

侵入與非侵入方案已到十字路口

腦機(jī)接口是腦與外部設(shè)備之間的直接聯(lián)系設(shè)備，侵入式腦機(jī)接口需要進(jìn)行植入手術(shù)，能夠精準(zhǔn)識(shí)別腦電信號(hào)，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)顱內(nèi)的出血和感染的風(fēng)險(xiǎn)，以及局部的神經(jīng)元損害和膠質(zhì)細(xì)胞疤痕形成。所以目前在臨床上大規(guī)模的應(yīng)用侵入式的腦機(jī)接口其實(shí)還是有爭(zhēng)議，目前美國(guó)的FDA和歐洲的MDR都不認(rèn)可其在臨床的大規(guī)模應(yīng)用。xfXesmc

非侵入式的腦機(jī)接口雖然沒(méi)有侵入式腦機(jī)接口帶來(lái)的腦損傷，但是解碼的準(zhǔn)確率和可靠性比較低。65%-80%的準(zhǔn)確性作為腦控的用途來(lái)說(shuō)過(guò)低，目前只適用于輕度的神經(jīng)康復(fù)患者，例如腦卒中后的神經(jīng)康復(fù)，盡管證明有效，但這類(lèi)患者中個(gè)體的療效差異非常明顯。xfXesmc

上海傲意信息科技有限公司醫(yī)療事務(wù)部副主任馬潔博士表示，腦機(jī)接口為腦損傷患者的神經(jīng)康復(fù)帶來(lái)了一種新的可能，但是侵入式和非侵入式腦機(jī)接口目前存在的局限性，制約了腦機(jī)接口的產(chǎn)業(yè)化，“國(guó)際上的項(xiàng)目組在干預(yù)運(yùn)動(dòng)功能障礙做了思考和嘗試，例如2021年FDA批準(zhǔn)了第一個(gè)腦機(jī)接口的注冊(cè)IpsiHand, Neurolutions。”xfXesmc

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“腦機(jī)接口的產(chǎn)業(yè)化，侵入與非侵入方案已經(jīng)來(lái)到一個(gè)十字路口。”馬潔認(rèn)為。xfXesmc

應(yīng)該怎樣突破非侵入式的腦機(jī)接口在腦損傷患者應(yīng)用的困局？傲意提出基于腦肌電聯(lián)合解碼的意圖識(shí)別和運(yùn)動(dòng)輔助的方法來(lái)重建腦卒后，主要通過(guò)腦肌和肌肌接口來(lái)訓(xùn)練腦卒中患者的腦肌電關(guān)系，來(lái)重建大腦和周?chē)∪獾呐悸?lián)，增強(qiáng)其肌電信號(hào)，再通過(guò)肌電信號(hào)來(lái)控制外骨骼，進(jìn)而恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能。xfXesmc

“常規(guī)的康復(fù)體系一般以恢復(fù)動(dòng)作為目標(biāo)，而我們建立的是以恢復(fù)肌電信號(hào)為目的的體系，基于此我們研發(fā)了三套體系。”馬潔說(shuō)到，第一套是NeuCir Max，主要目的是提高患者自身的肌電信號(hào)和控制能力，患者在康復(fù)進(jìn)程中根據(jù)VR來(lái)訓(xùn)練連貫使用。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)控制輕便外骨骼完成日常生活任務(wù)奠定一個(gè)基礎(chǔ)。第二套NeuCir-Pro則為控制輕便外骨骼完成日常生活任務(wù)奠定了基礎(chǔ)；第三套NeuCir-Lite有效解決ADL需求的上肢助力穿戴外骨骼。xfXesmc