埃隆・马斯克一直对人类未来的发展有着深远的思考和大胆的探索。2016 年,马斯克与多名科学家一同创办了脑机接口公司 Neuralink。其成立背景源于马斯克对人类与科技融合的愿景,他希望通过研发一种能够植入大脑的设备,实现 “人脑与机器交互”。
Neuralink 的主要研究方向是脑机接口技术。该技术旨在创建一种连接人类大脑与外部设备的通路,从而为人类带来前所未有的能力和体验。例如,通过植入脑机接口设备,瘫痪患者有望恢复运动能力,失明者可能重见光明,普通人也可以凭借思维操控手机、电脑等设备。
自成立以来,Neuralink 不断在技术研发上投入大量资源。公司不仅聚集了一批在脑机接口专长领域以及可移植微感应器、大脑启发式计算机芯片、机器人和神经外科学等方面颇有建树的科学家,还获得了多轮融资。截至 2021 年,Neuralink 已筹集了 3.63 亿美元的风投资金。
在技术发展历程上,Neuralink 取得了众多突破。2019 年,公司发布首款脑机接口产品 “超细线程脑机接口系统”,整个系统包含 3000 多个电极,与比头发丝还细的柔性细丝相连,并定制了微小芯片可通过 USB-C 传输数据。2020 年,公布了硬币大小、电池供电的 N1 芯片植入计划。2023 年,Neuralink 首次人体临床试验获得 FDA 批准,并于 2024 年 1 月 28 日进行了首例脑机接口设备人体移植,移植者恢复良好。
二、脑机接口的技术突破(一)功能创新脑机接口技术允许机器通过读取神经活动产生的电磁信号来获取大脑的意图,实现控制手机、电脑、机械臂等外部设备。例如,首位被试者 Noland Arbaugh 在植入脑机接口设备后,能够进行观看视频、阅读和玩电子游戏等日常活动。同时,机器也可以通过对特定神经元集群的电刺激,向大脑输入信息,将图像、声音转化为神经信号,直接输入大脑的相关皮层,进而带来视觉和听觉的主观体验。比如,未来通过脑机接口技术,有望让失明者感受到视觉体验,为他们的生活带来重大改变。
(二)手术进展首位被试者 Noland Arbaugh 于 2016 年遭遇潜水事故致四肢瘫痪,2024 年 1 月植入名为 “N1” 的脑机接口设备后,术后恢复良好,但一段时间后出现了一些接线从运动皮层缩回的问题,影响了信息传输速率。Neuralink 的工程师们通过修改算法提高每秒位数来改善设备性能。第二位被试者 Alex 曾是汽车技术员,同样因脊髓受伤失去行动能力。为避免 “线程回缩” 问题,Neuralink 优化了手术操作和流程,减少了手术期间的大脑运动,缩小了植入物和大脑表面之间的间隙,并且加深了植入深度。Alex 在将脑机接口连接到计算机的 5 分钟后,便学会了用意念控制光标的移动,目前已经学会使用脑机接口操作 CAD 制图软件、设计 3D 打印充电支架,还能玩 FPS 游戏,且未观察到 “线程回缩” 问题。
(三)未来产品规划Neuralink 的下一代产品名为 “盲视”(Blindsight),有望帮助失去双眼和视神经的人重见光明,甚至能让那些天生失明的人首次目睹世界。目前,公司正在扩展参与者使用数字设备的控制选项,包括解码多个点击和多个同时移动意图,以提供完整的鼠标和视频游戏控制器功能;同时,正在开发算法以识别手写意图,以便残障人士更快地输入文本。未来,Neuralink 计划使 Link 能够与物理世界互动,使用户能够通过控制机械臂或轮椅来独立进食和移动。
三、成本优势与量产展望(一)价格预期马斯克在 2024 年度神经外科大会上表示,一旦脑机接口设备量产,价格应该不会太贵。他希望设备本身的价格能在五千到一万美元之间,进一步量产的话,成本可以接近 Apple Watch 或手机,也许是一两千美元。就包含手术费用以及设备费用等在内的全部费用,马斯克认为最终的价格可能在五千美元左右,与激光近视手术类似。例如,若使用机器人进行植入手术,整个过程会非常快,患者只需要坐在椅子上,10 分钟就可以完成手术,就和激光近视手术一样简单。这一价格预期对于许多患者来说,无疑是带来了新的希望,让脑机接口技术不再是遥不可及的高端医疗手段。
(二)量产计划马斯克提出了 “600 秒电路” 规划,类似于激光近视手术,用户只需要坐在椅子上,10 分钟后就能完成植入,600 秒。他对 Neuralink 未来的低成本量产充满信心,认为这并没有违反物理学原理。只要把所有的过程都自动化,由机器人进行手术操作,10 分钟的手术是有可能实现的。马斯克此前预计,Neuralink 今年总共将完成 10 例脑机接口患者植入的临床试验,到 2026 年则将完成 1000 例。这一量产目标显示了他对脑机接口技术的广泛应用充满期待,希望通过大规模量产降低成本,让更多的人受益于这项先进的技术,为那些饱受疾病困扰的患者带来新的生活希望,同时也为科技与医疗的融合发展开辟新的道路。
四、脑机接口能解决的疾病(一)帕金森病脑机接口在帕金森病的治疗中有着广阔的应用前景。帕金森病是一种常见的神经系统疾病,主要症状包括肢体震颤、肌强直、运动迟缓等。目前的治疗方法主要包括药物治疗、物理治疗和手术治疗等,但仍存在一定的局限性。脑机接口技术可以通过脑深部电刺激(DBS)和实时脑电图(EEG)反馈训练来改善帕金森病患者的症状。
其中,脑深部电刺激是通过手术将电极植入大脑特定区域,如纹状体或苍白球,通过电刺激调节这些区域的神经活动,以改善帕金森病患者的运动症状。电刺激参数可以根据患者的病情变化进行调整,以获得最佳治疗效果。实时脑电图反馈训练则是一种非侵入性的脑机接口技术,通过训练患者控制自己的脑电活动,以改善症状。例如,患者可以学习如何控制大脑的特定频率波段(如 α 波或 β 波)的活动,以改善运动症状或心理症状。
此外,加州大学旧金山分校的研究人员报告了一种 “更智能” 的深部脑刺激疗法。与传统的深部脑刺激相比,新的深部脑刺激使用个体化的神经信号,可将帕金森病患者的运动症状持续时间减少 50%。这种疗法基于人工智能的算法能够实时捕捉和检测患者的特定神经信号,进而根据个体的症状变化自动调节电脉冲强度,准确匹配所需的刺激量。
(二)肌萎缩侧索硬化症(ALS)对于肌萎缩侧索硬化症患者,脑机接口也带来了新的希望。ALS 是一种神经退行性疾病,会影响大脑和脊髓中的运动神经元,造成运动神经元死亡,令大脑无法控制肌肉运动。主要临床表现是肌肉逐渐萎缩无力,患者最后会因呼吸衰竭而死亡。由于丧失了对说话相关的肌肉控制,ALS 患者也会出现语言障碍。
通过在 ALS 患者大脑中植入脑机接口设备,并将脑信号解码转换成语音,可成功让其重新 “说话”。例如,一名 45 岁的渐冻症男性患者在接受脑机接口设备植入手术后,能够通过思考单词或动作来撰写消息,这些动作被转化为计算机屏幕上的活动。此外,研究人员还展示了一种使用计算机从脑信号解码字母的方法,供完全闭锁状态患者的交流。一名 34 岁、完全闭锁状态的男性 ALS 患者可以以每分钟一个词的速度形成单词和词组进行交流。
(三)其他神经系统疾病脑机接口技术还可以用于治疗其他神经系统疾病,如癫痫、肌无力、抑郁症、阿尔茨海默病等。对于癫痫患者,可以通过脑机接口监测大脑中的神经信号,及时发现癫痫发作的迹象,并采取相应的治疗措施。对于肌无力患者,脑机接口可以帮助他们控制假肢或其他外部设备,提高生活自理能力。对于抑郁症和阿尔茨海默病患者,脑机接口可以通过对大脑的刺激来改善症状,提高患者的生活质量。
总之,脑机接口技术在神经系统疾病的治疗中有着广阔的应用前景。虽然目前脑机接口技术仍处于研究和试验阶段,但其治疗效果和安全性还需要进一步的验证和评估。在选择治疗方法时,应该遵循专业医生的建议。
五、脑机接口的未来前景(一)医疗应用场景脑机接口在医疗领域的应用前景极为广阔。对于脊髓损伤患者,脑机接口有望成为他们重新恢复行动能力的关键技术。通过植入脑机接口设备,患者可以凭借意念控制外部辅助设备,如轮椅、机械假肢等,极大地提高生活自理能力和生活质量。
在癫痫的治疗方面,脑机接口可以实时监测大脑中的异常神经信号,在癫痫发作前发出预警,以便患者及时采取措施或通过外部设备进行干预,降低癫痫发作的频率和严重程度。
抑郁症作为一种常见的精神疾病,脑机接口也展现出了潜在的治疗价值。通过对大脑特定区域的刺激,可以调节神经递质的分泌和神经活动,改善患者的情绪状态和心理症状。
对于盲人来说,脑机接口技术有望让他们恢复一定程度的视觉。通过将外部图像信息转化为神经信号直接输入大脑的视觉皮层,使盲人能够感受到光、形状和颜色等视觉信息。
(二)技术发展趋势我国脑机接口创新生态正在不断完善。政府部门高度重视脑机接口技术的发展,出台了一系列鼓励政策,为技术研发和产业发展提供了有力的支持。各大高校、科研机构和企业纷纷加大投入,形成了产学研用相结合的良好发展态势。
技术方面,我国脑机接口技术持续深入迭代。信号采集技术不断进步,提高了信号的质量和稳定性;信号处理算法更加高效准确,能够更好地解读大脑意图;植入式设备的安全性和可靠性也在不断提升。同时,我国脑机接口技术正向着规模化方向发展,越来越多的临床试验正在开展,为技术的广泛应用奠定了基础。
(三)市场潜力巨大脑机接口未来市场发展潜力巨大。据麦肯锡 2020 年研究报告显示,2030 - 2040 年脑机接口全球每年的市场规模可能在 700 亿到 2000 亿美元之间。我国也在积极推动脑机接口产业的发展,鼓励政策频出。工信部等七部门发布《关于推动未来产业创新发展的实施意见》,突破脑机融合等关键技术和核心器件,研制脑机接口产品,鼓励探索在医疗康复、无人驾驶、虚拟现实等典型领域的应用。
在国内外,头部公司的技术发展迅猛。国外,马斯克旗下的 Neuralink、谷歌、微软、Facebook 等科技巨头纷纷布局开发底层技术。Neuralink 不断取得技术突破,宣布开始招募首次人体临床试验,并在后续的试验中不断优化设备和手术流程。国内,互联网科技巨头也在积极介入脑机接口领域,同时,诚益通、翔宇医疗、三博脑科等公司也在各自的领域取得了重要进展。诚益通加入脑机接口产业联盟,翔宇医疗联合多家单位共同申报的 “国家重点研发计划” 项目启动会顺利召开,三博脑科则通过多种技术手v