當(dāng)馬斯克宣布腦機(jī)接口夢邁入新階段，全球資本市場又為之一振。

【資料圖】

A股腦機(jī)接口概念股在本周連續(xù)三個交易日“狂飆”，多家公司披露股價異動公告，但公告依舊沒能阻擋住市場對腦機(jī)接口的熱烈追捧。

6月1日，腦機(jī)接口概念股繼續(xù)爆發(fā)，創(chuàng)新醫(yī)療、新智認(rèn)知均5連板，冠昊生物、世紀(jì)華通、三博腦科等跟漲。

簡單來說，腦機(jī)接口（BCI）是一種直接在大腦與計算機(jī)之間建立通信的技術(shù)。它通過檢測大腦的信號（通常是電信號），并將這些信號轉(zhuǎn)化為電腦可以理解的指令，從而實(shí)現(xiàn)人腦對電腦或附著在其身體上機(jī)器/電子設(shè)備的直接控制。

而馬斯克宣布其公司Neuralink已獲得美國FDA（食品藥品監(jiān)督管理局）批準(zhǔn)，將開展首次人體臨床試時，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。

果殼網(wǎng)CEO姬十三激動評論道：這是腦機(jī)接口領(lǐng)域的一大步！碳基+硅基融合有望了，或許，5-10年內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)。

那么腦機(jī)接口未來的前景究竟如何？可以應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？現(xiàn)在又面臨著哪些挑戰(zhàn)呢？

什么是腦機(jī)接口

國信證券分析師張衡和夏妍曾在2022年的研報中詳細(xì)拆解過腦機(jī)接口的概念，研報指出，人的神經(jīng)系統(tǒng)可以大致分為中樞神經(jīng)系統(tǒng)（Central Nervous System，CNS）和外周神經(jīng)系統(tǒng)（Peripheral Nervous System, PNS)。

通常情況下，腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）的活動通過外周神經(jīng)系統(tǒng)（PNS）連接身體的感覺、運(yùn)動、語言等信息收發(fā)器官實(shí)現(xiàn)身體內(nèi)部與外部環(huán)境的信息交互。

腦機(jī)接口（Brain-Computer Interface，BCI）狹義上是在大腦與外部環(huán)境之間建立一種全新的不依賴于外周神經(jīng)（PNS）和肌肉的交流與控制通道，通過測量和采集中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）活動，并將其直接轉(zhuǎn)譯為可被外界人工設(shè)備識別的信號或指令，從而實(shí)現(xiàn)大腦與外部設(shè)備的直接交流與控制（輸出式BCI）。

除了狹義上的輸出式BCI，廣義的BCI還包括輸入式BCI和交互式BCI：

其中，輸入式BCI主要由外部設(shè)備或機(jī)器繞過外周神經(jīng)（PNS）或肌肉系統(tǒng)直接向大腦輸入電、磁、聲和光的刺激等或神經(jīng)反饋，以調(diào)控中樞神經(jīng)活動。

交互式BCI則是通過輸出式BCI和輸入式BCI由神經(jīng)反饋構(gòu)成交互式的閉環(huán)系統(tǒng)。

分析師指出，最初研究腦機(jī)接口的主要驅(qū)動力主要是將其運(yùn)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，期望將其用作運(yùn)動障礙患者的新型輔助技術(shù)。

而今，隨著人工智能的快速發(fā)展，腦機(jī)接口開始被用于探索，新型的人機(jī)交互方式（元宇宙）：例如直接通過思維來操作電腦或虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備；打造“鋼鐵俠”一樣的超級人類。

腦機(jī)接口的主要技術(shù)

分析師指出，腦機(jī)接口的技術(shù)體系主要分為硬件層和軟件層。其中，硬件層包括腦電采集設(shè)備和外控設(shè)備：

腦電采集設(shè)備包括核心部件和器件、電極、芯片、電源和材料；

外控外聯(lián)設(shè)備包括機(jī)械臂、仿生手、無人機(jī)等。

而軟件層包括生物信號分析、核心算法、通信計算和安全隱私：

腦機(jī)理認(rèn)知方面一定程度上也屬于軟件仿真和實(shí)現(xiàn)的重要方面。隨著對腦機(jī)理的不斷認(rèn)知，采集獲取的數(shù)據(jù)量越來越龐大，未來將陸續(xù)面臨數(shù)據(jù)壓縮算法和存儲技術(shù)，以及高通量高速數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)确矫娴奶魬?zhàn)。

此外，基于腦電的信息認(rèn)證及信息安全、隱私保護(hù)也將是軟件層重點(diǎn)研究和解決的問題。

腦機(jī)接口與醫(yī)療領(lǐng)域

先從腦機(jī)接口在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用來看，國信證券指出，主要應(yīng)用場景包括：意識與認(rèn)知障礙診療、精神疾病診療、感覺缺陷診療、癲癇和神經(jīng)發(fā)育障礙診療。

在5月29日舉辦的“腦機(jī)接口創(chuàng)新發(fā)展論壇”中，中國科學(xué)院院士、世界神經(jīng)外科聯(lián)盟（WFNS）執(zhí)委趙繼宗介紹稱，目前無論在國內(nèi)還是國際上，腦機(jī)接口在臨床中還處于試驗階段，尚未大面積在臨床上推廣應(yīng)用，相關(guān)的試驗領(lǐng)域主要有以下幾個：

一是對意識障礙的病人，通過腦機(jī)接口技術(shù)來判斷其目前的昏迷程度，將來有沒有可能蘇醒，這是一個目前已經(jīng)在做的工作。

二是關(guān)于脊髓損傷。大家都知道截癱的病人，不管是頸部還是胸腰段的，截癱以后四肢不能動或者雙下肢不能動，對于這部分病人已經(jīng)成功地在損傷的階段放一個電刺激器，電刺激器發(fā)出信號以后，可以幫助病人恢復(fù)行走。

如何能夠通過腦來控制它，不是通過刺激器來控制是下一步的研究方向，如果能夠通過腦子來控制刺激器，這樣就能夠完成真正的腦脊髓接口。

三是在采集信號領(lǐng)域。病人本來是麻醉狀態(tài)，現(xiàn)在通過術(shù)中清醒把病人喚醒，就可以采集信號，比如運(yùn)動狀態(tài)下5個手指在不同的區(qū)域，過去只是說這個手在哪，現(xiàn)在我們可以精確到每個手指在哪，這樣對將來的腦機(jī)接口電極放在什么部位可以提供一些技術(shù)上的支持。

腦機(jī)接口——元宇宙的入口？

國信證券指出，在娛樂領(lǐng)域，或許腦機(jī)接口是元宇宙的入口。

腦機(jī)接口在發(fā)展過程中正逐步與玩具、VR/AR結(jié)合，而這也構(gòu)成了當(dāng)前進(jìn)入虛擬3D數(shù)字世界的主要方式：

通向“元宇宙”的8個關(guān)鍵特征，即Identity（身份）、Friends（朋友）、Immersiveness（沉浸感）、LowFriction（低延遲）、Variety（多樣性）、Anywhere（隨地）、Economy（經(jīng)濟(jì)）、Civility（文明）

美國科技公司 Cognixion 在 2020年發(fā)布了基于腦機(jī)接口的 AR 頭顯，可在屏幕、游戲、電話、辦公影音等多個場景實(shí)現(xiàn)沉浸式體驗。

目前腦機(jī)接口游戲產(chǎn)品主要以評估專注力為主的初級游戲為主。游戲模式相對簡單，與移動游戲產(chǎn)業(yè)最初的“捕魚”“切水果”模式類似。

據(jù)上海市人工智能行業(yè)協(xié)會2021年發(fā)布的報告顯示，未來五年(2021年-2025年)全球范圍內(nèi)廣義的腦機(jī)接口市場規(guī)模有望達(dá)到3300多億美元，主要應(yīng)用于醫(yī)療、游戲娛樂和教育科技等領(lǐng)域；而以腦機(jī)接口設(shè)備為代表的狹義市場規(guī)模約為25億美元。

根據(jù)麥肯錫于2020年出具的研究報告，預(yù)計腦機(jī)接口相關(guān)市場規(guī)模在2030-2040期間可達(dá)700億-2000億美元。

腦機(jī)接口發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)

不過，腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)技術(shù)十分復(fù)雜，距離現(xiàn)象級應(yīng)用還面臨諸多困難。

首先，腦電信號采集方法有待改進(jìn)。1）侵入式接口最大的挑戰(zhàn)是手術(shù)如何將對腦部的損傷降到最低，并且隨著植入時間延長，穿刺電極被炎癥細(xì)胞包裹，會導(dǎo)致信號缺失；2）非侵入式信號較差，腦電信號采集過程中，夾雜著不少干擾成分，如肌信號干擾等，因此設(shè)計抗干擾能力強(qiáng)的腦電信號采集設(shè)備等問題有待解決。

其次，軟件系統(tǒng)穩(wěn)定性、自適應(yīng)性較差，信號處理方式和信息轉(zhuǎn)換速度有待提升。如何改善信號處理方法使之系統(tǒng)化、通用化，從而快速、精確、有效地設(shè)計出實(shí)用腦機(jī)接口系統(tǒng)的問題也有待研究。

侵入式腦機(jī)接口對植入芯片的軟硬件要求較高。1）硬件設(shè)計開發(fā)上，植入芯片對集成工藝、微加工制造技術(shù)、測試技術(shù)、感應(yīng)供電提出新要求；2）軟件系統(tǒng)上，植入芯片的軟件系統(tǒng)則對數(shù)字模塊架構(gòu)和邏輯設(shè)計、建模、驅(qū)動 程序、信號放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)壓縮、編解碼提出較高的要求。

如何把信號精確地傳送到腦內(nèi)相關(guān)技術(shù)有待探索。該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)才意味著實(shí)質(zhì)性的腦機(jī)互動、甚至實(shí)現(xiàn)腦腦互動。由于大腦對視覺、聽覺、味覺、嗅覺、觸覺等感知非常復(fù)雜，不是單一而是混合的，如何進(jìn)行多模態(tài)感知的混合解析，并高效地編譯為腦可“讀”的“兼容數(shù)據(jù)”，這些技術(shù)挑戰(zhàn)仍需要有待探索。

海南博鰲醫(yī)療科技有限公司總經(jīng)理鄧之東此前在接受媒體采訪時總結(jié)指出，腦機(jī)接口涉及設(shè)備、腦電采集、無線通信、信號處理、存儲介質(zhì)、交互系統(tǒng)、芯片算法等諸多環(huán)節(jié)，芯片和算法是技術(shù)難點(diǎn)，腦信號的模擬和“寫入”機(jī)制尚不明確，交互設(shè)備尚未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化量產(chǎn)，交互方法不成體系。

本文主要觀點(diǎn)來自國信證券分析師張衡（S0980517060002）等發(fā)表的研報《元宇宙系列深度研究：腦機(jī)接口現(xiàn)狀與未來》，有刪節(jié)

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