马斯克、陈天桥都押注的脑机接口未来何时来？_接口_耳蜗

文 | 光锥智能，作者｜陈思

失落语者重新“开口说话”，失落聪者再次听到声音，四肢瘫痪者可以自由活动...这不是什么“上帝的神迹”，而是正在不断进步发展的脑机接口技能。

近日，马斯克创立的脑机接口公司 Neuralink 完成 C 轮融资，筹集资金 2.05 亿美元（约合13亿元公民币），被认为是该领域迄今为止规模最大的融资。

“科技狂人”的布局，彷佛每次都踩在时期的前面，从移动支付Paypal、新能源汽车特斯拉、航天公司SpaceX，而这次是脑机接口。

浩瀚人的目光再次投向这个看似前沿、乃至有些科幻的领域，实际上，这里的商业天下早已开启。

PitchBook 的数据显示，2021 年迄今脑机接口领域的总融资额已经是去年整年 9700 万美元的三倍。
如果从脑机接口可影响到的运用领域来看，不论是医疗、教诲还是消费，都将带来远超于十几亿美金的巨额市场空间。
市场研究机构Valuates Reports估量，环球脑机接口市场规模2027年有望达到38.5亿美元。

让失落语者重新“开口说话”，失落聪者再次听到声音，四肢瘫痪者可以自由活动...脑机接口技能真的有这么神奇吗？

让失落语者用脑电波说话，不再是科幻

在科幻电影《黑客帝国》中，这台可以进入虚拟天下的设备可是给不雅观众留下了非常深刻的印象，通过大脑与设备进行连接，它就可以让人在现实与虚拟中穿梭。

（《黑客帝国》中的脑机接口 | 来源：电影截图）

可别以为这种“黑科技”只存在于电影里，在真实生活中类似的科技已经存在，只不过目前它还不能实现电影里那么强大的功能。

《新英格兰医学杂志》（New England Journal of Medicine，NEJM）最近刊文称，一位中风男子成功利用神经义肢与脑机结合的办法，成功将脑电波转化为完全句子。

大约15年前，当时只有20多岁的患者由于大动脉分裂而中风，更为不幸的是，这条大动脉适值为大脑供血。
自此之后，这名男子无法掌握四肢，也损失了措辞功能，由于他无法掌握任何与说话有关的肌肉。

不过好在他的头部还是可以活动的，在电子设备的帮助下，该男子通过头部动作掌握键盘，每分钟可以拼出5个单词。

（风患者在电子设备帮助下打字 |来源：实验团队官方视频截图）

现在，研究职员为他进行了更高等的设备升级：通过将电极植入这名中风者大脑，用以吸收信息，然后将吸收到的信息翻译成单词，在屏幕上显示，让失落语的中风患者重新开口“讲话”。
也便是说，这名男子不再须要移动头部，只须要想一想自己要表达的内容，打算机就能将脑波变成单词句子。

这种技能正式名为“脑机接口”（brain-computer interface，BCI），简言之，BCI便是利用设备将脑电波翻译为“意图”或者可以实行的输出结果。

（非侵入式（左）与侵入式脑机接口示意图）

BCI设备可以分为两种，一种是非侵入式的，用户只须要戴在头上就行；另一种是侵入式，须要通过手术植入电极，用于赞助捕捉脑波旗子暗记。

第一台脑机接口设备出身于1973年，制作者是加州大学洛杉矶分校的比达尔教授。
当时，研究职员通过意念操纵屏幕上的光标走完了一个迷宫，虽然只是一个看似大略的操作，但想想看，这可是1970年代，相信这样的演示即便放到本日也足够科幻与震荡。
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不同于本日相对更主流的侵入式脑机接口，当年的实验采取的是基于脑电波的非侵入式脑机接口。
可谁都没想到，这样一个大略的实验，却正式开启了脑机接口技能时期的到来。

从上世纪七八十年代在动物身上的实验，到九十年代中后期的人体实验，再到本日更为深入与广泛的研究，脑机接口设备从只能够识别并提取微弱脑旗子暗记的大略功能，发展到可以让实验者直接驱动机械手臂完成帮助操作的“黑科技”；如今，脑机接口乃至可以让失落语者重新“讲话”。

那么，这样的功能是如何实现的呢？前文中那个利用脑机接口，让失落语者重新“讲话”的实验团队在官方视频里，用一张示意图进行了先容：

首先，通过将电极阵列放在接管脑部手术的病人头颅内——此处须要把稳，该实验的条件是，病人大脑中措辞功能的部分要能够正常事情。

之后，借助一套专门设计的循环神经网络（RNN），将记录到的皮质神经旗子暗记转化为声道咬合枢纽关头运动，然后将这些解码的运动转化为口语句子。
或许有些不好理解，你可以自己这样考试测验：先在脑海里想一句话，然后不张嘴，想象说出这句话的时候须要用什么样的口型、舌头会怎么运动——这样的想象产生的脑波旗子暗记会被电极记录，并通过AI建立模型，而这个模型在之前已经多次演习，学习了人在讲话调动面部肌肉时，脑部会产生什么样的旗子暗记。

末了，再经由一套模型的合成，病人想要表达的笔墨就涌如今了屏幕上。

（实验结果演示 | 来源：实验团队官方视频截图）

比较过去一个字母一个字母去拼写，这种新办法即是直接预测了病人想要说出的每个单词，速率更快并且也不须要借助键盘，实验团队的研究员Edward Chang表示：该系统每分钟最多解码18个单词，准确率中位数为75%，有时乃至会超过90%。

不丢脸出，脑机接口的实用性在不断加强，这一方面有助于医疗救助，帮助中风、渐冻症、乃至意外事件的侵害；另一方面，也证明了脑机接口技能和AI技能的领悟在不断加强。
过去，患者只能借助设备拼出字母，但如今可以直接表达单词乃至句子，从各种意义上来说，这都是一次不小的打破。

既然有了一定的实用性，那么是否也就意味着脑机接口在当下或未来有了一定的业前景？那么，就目前来看，脑机接口是一门好买卖吗？

从人工耳蜗开始，脑机接口向商业化探索

回看历史，早在1970年代，洛杉矶加州大学脑研究院就开始研究BCI技能。
在随后的几十年里，研究职员一贯用动物做研究，为BCI技能打根本。
直到1990年代中期，研究职员才用人类测试BCI设备。

由于脑机接口技能难度大，多数产品仍处于试验阶段，已取得的成果也大都存在于实验环境下，因此，在脑机接口的发展进程中，研发职员们优先考虑的还是它的医疗与学术代价，尤其是年夜夫们希望能用它能办理脑损伤问题。

比如在中国，已经有医疗团队将脑机接口技能运用在了临床上。
2020年，浙大二院张建民团队通过对一位高位截瘫志愿者脑内植入 Utah 阵列电极，从而意念掌握机器手臂的三维运动完成进食、饮水和握手等一系列上肢主要功能运动。

虽然大部分研究与产品还勾留在实验阶段，但目前在脑机接口领域，还是出身了一项不论是技能或是商业化，都比较成熟的产品：人工耳蜗。

如果要追溯人工耳蜗的历史，可以最早追溯到18世纪，意大利物理学家Volta在一次实验中创造了电刺激听觉系统产生声音觉得的征象；到了20世纪，一次外科手术中，年夜夫通过将电线与失落聪患者的神经连通，使患者在电刺激下成功听到了微弱的声音。

直到1969年，美国年夜夫William House与Jack Urban协力开拓出了第一款可穿着式的人工耳蜗，不过，这款人工耳蜗仅有一个电极，只能赞助患者读唇语；二十世纪七十年代，位于澳大利亚墨尔本的学者Graeme Clark教授研以及奥地利维也纳大学的Erwin Hochmair教授分别研发出了可在电刺激耳蜗的多个部位的设备；1977年，天下上第一台多通道人工耳蜗在奥地利维也纳进行了植入。

随着技能的不断成熟，与社会对付人工耳蜗接管度的提升，这一产品也在发展中成功实现了商业化。

目前，在环球人工耳蜗市场上，有三大人工耳蜗设备制造厂商共霸占环球人工耳蜗市场超过90%的份额，分别为澳大利亚的科利耳（55%）、美国的Advanced Bionics（20%）和奥地利的MED-EL（20%）。

个中，总部位于澳大利亚悉尼的科利耳是成立最早（1982年），也是市场份额最大的人工耳蜗设备生产企业。

据理解，科利耳的环球雇员超过3500人，每年投入超过总收入的12%（超过1.6亿澳元）的资金用于产品研发。
目前，科利耳为环球听力市场供应了超过55万栽种入式设备，帮助来自100多个国家超过45万名各年事段听障人士重获听力。

值得一提的是，科利耳公司的核心产品Nucleus系统，最早采取的正是前文中提到的Graeme Clark教授开拓的技能。

凭借技能上的上风，科利耳率先完成商业化，并且在之后的发展中投资、收购了人工耳蜗家当链上的其他公司。
比如，科利耳曾收购植入物研发企业Entific Medical Systems、Otologics LLC，又投资了专业生产助听器的医疗东西公司EarLens；乃至在2017年，科利耳还投资了人工智能公司Otoconsult，后者供应的技能有望使耳蜗植入物更快、更同等地安装，从而为患者供应最佳的听力结果。

从科利耳的案例中不丢脸出，脑机接口若要实现商业化，有这样几个要素是必需的：

（1）成熟的核心技能

从技能上来说，人工耳蜗的成功解释了，其他脑机接口产品如果想开拓同样大的市场，至少要研发出一项或几项足够成熟的技能。
至于这个“成熟”的标志，或许人工耳蜗的成功案例可以作为参考，即：至少要让接管植入者达到恢复活活自理能力的水平。

如果以这个标准来衡量，脑机接口目前还有很长的路要走，毕竟目前已经曝光的脑机接口产品，能够帮助患者实现的还只是一些大略的操作，比如抓取物体、脑波打字等等，有一定的实用性，但暂时无法大规模利用。

此外，人工耳蜗对付可以接管植入的患者也已经形成了一套筛选标准，对手术可能造成的风险也已经足够清晰，这一点在其他脑机接口产品中尚不具备。

（2）成熟的家当链

人工耳蜗包含了体外与体内两套设备，体外部分包括麦克风、语音处理器、旗子暗记发射器；体内部分包括旗子暗记吸收及解码模块、刺激电极阵列。
在这些设备中，植入材料、电极材料、技能组合等都须要相应的公司来参与生产，发展至今家当链条已相对成熟。

而其他脑机接口产品目前多处在实验阶段，参与研发与设备生产的家当链尚不清晰，且由于技能限定无法对设备进行大规模生产，想要商业化彷佛暂时无法实现。

（3）成熟的社会接管度

人工耳蜗从正式出身到被社会大众接管，至少经由了二十年的韶光，期间还发生过有一定规模的抗议活动。
脑机接口如果想得到发展，伦理这一关彷佛也是不得不过的，好在有耳机接口的先例作为铺垫，后续其他脑机产品在大众当中的信赖度，或容许以更高些。

不过，正由于目前脑机接口市场没有太高的成熟度，也就吸引了一批科研机构以外的企业参与个中开拓市场，在成本的簇拥下，或许用不了多久，脑机接口技能也能从学术走向消费市场。

企业纷纭入局，脑机接口的未来何时来？

除了前文提到的Neuralink，Facebook旗下Reality Labs实验室也曾做过类似研究。
该实验室的基本设想便是开拓一款头戴式设备，让设备读取“意识”，将意识变成笔墨，每分钟可以转化100个单词。

有不雅观点认为，Facebook不该用侵入式设备，可能是想将BCI设备与AR/VR结合在一起利用。

7月30日，Facebook一贯帮助的加州大学旧金山分校（UCSF）的脑机接口技能研究团队，首次证明可以从大脑活动中提取人类说出某个词汇的深层含义，并将提取内容迅速转换成文本。

值得关注的是，就在Facebook实现险些实时的言语意念文本键入的同时，它也宣告将放弃头戴式脑机接口研究，专注基于手腕的可穿着设备，并表示这款设备“将在短期内进入市场”。
这再度引发了业界对脑机接口能否实现商业化的热议。

另一家美国BrainGate也在脑机接口领域崭露锋芒。
该公司声称，当用户想像自己拿着笔和纸正在书写时，BrainGate设备就会读取其“意识”，进而将意识转化为笔墨。
BrainGate声称自己的设备在转化速率上是其它BCI设备的两倍，并且明年就会让设备正式上市。

在中国，阿里巴巴、腾讯、科大讯飞等企业也在布局脑机接口。

2020年8月，阿里在淘宝造物节上公布了一项专利，名叫“淘宝意念购”，正式进军脑机接口领域。
据理解，该项目是淘宝和清华大学孵化的一个专门做脑机接口的公司 NeuraMatrix 互助的，共同目的是探索脑机接口技能的软件落地。
乃至，阿里巴巴还专门开拓了用于“意念购”的芯片。

（阿里巴巴“意念购”专利 | 图片来源：互联网）

不同于大部分脑机接口公司将发展目标定位在医疗方向，淘宝“意念购”专注于线上购物场景，采取的也是非入侵式方案。

2019年2月25日，科大讯飞发布公告称，其全资子公司讯飞云创与科大讯飞副总裁胡郁、华南理工大学教授李远清、广州华南理工大学资产经营有限公司共同投资设立了一家脑机接口公司。
该合伙公司名称暂定为广州华南脑控智能科技有限公司，注书籍钱4176.87万元公民币。

虽然尚不清楚这项“黑科技”何时才能正式问世，但是阿里与科大讯飞等企业的布局也足以解释了，中国企业也希望在脑机技能行业的低级阶段，霸占一席之地的想法。

与此同时，一些正在孵化阶段的初创公司也正在逐步走上舞台，大有发展为明星公司之势。

前文提到的清华系的NeuraMatrix公司，已得到数百万美元Pre-A轮融资；而由红杉中国领投，清华系博睿康科技公司已经在2021年3月完成B轮过亿元融资。
虽然这些新秀们目前尚无重大成果发布，但是仍旧是值得重点关注的工具。

不过，即便有相称规模的群体认为：脑机接口技能将会引爆下一轮科技革命，但到目前为止，我们还只是在医学领域看到了这项技能的光明前景。
研究职员创造，治疗多动症、阿尔茨海默病、癫痫时，脑机接口技能可以找到用武之地，乃至还可以用于缓解烦闷、焦虑和恐怖。

另有一些人认为，在医疗场景之外，如果能用意识掌握硬件、软件，掌握的速率会比手指高很多，这样就能大幅提升生产力。
他们以为，如果BCI大规模运用，用户就能通过意识在互联网互换，抛弃智好手机屏幕、键盘；一旦BCI真的遍及，改变的可不但是手机——残疾人可以用大脑掌握轮椅、事情职员可以用大脑掌握机器人手臂、驾驶员可以用大脑掌握直升飞机、脑波可以成为密码，这对付天下的改变将会是颠覆性的。

未来彷佛很美好，只是不知道离我们有多远，或许在学术界与商业界的共同努力下，这样的未来能更快到来。
（本文首发钛媒体APP）

参考资料：