自去年中马斯克宣布Neuralink找到了高效实现脑机接口（BCI）的方法，这一行业的热度又火出了新高度。虽然其商业化落地一直还在“半梦半醒”的状态之中，但似乎仍然挡不住人们对这一技术应用的探索热情。

上个月，马斯克又再发推立下flag：Neuralink又有最新研究进展！终于，在昨天凌晨举行的实时的神经元活动现场演示上，Neuralink科学家们为公众带来了这些进展的细节！

Neuralink的“黑科技”又一次瞬间刷屏。不仅全球网友兴奋，连脑科学领域的专家们也为之感到震撼——毫无疑问，脑机接口技术，将是未来推动社会发展的一项极为重要的关键技术，也会成为全球科技竞争又一“战略高地”。

从“小吊舱”到“硬币芯片”

在最近的展示中，马斯克发布的“Link 0.9”芯片是一款更小的、多合一设计的新模型，取代了此前复杂的“小吊舱”式装置。这个装置里面包含上述芯片、薄膜和可与多达1,024个电极连接的密封基板，整个只比一枚硬币大一点（23毫米宽，8毫米高）。

马斯克将Neuralink的芯片描述为“头骨上有细丝的Fitbit”。据介绍，一个大脑半球最多可以放置10个，最好在大脑运动区域至少放置4个，在躯体感觉区域至少放置1个。

“我现在大脑里没准就装着一个Neuralink，而你不知道，”马斯克说：“也许我愿意（这样）。”

芯片包含了惯性测量传感器、压力和温度传感器，以及一个可以“全天”持续充电和感应充电的电池，还有模拟像素（analog pixels）——该像素在将神经信号转换为数字位之前对其进行放大和过滤。一个模拟像素可以每秒捕获20,000个样本的整个神经信号，分辨率为10位，从而为每个像素提供200Mbps的神经数据记录的1,024个频道。

信号放大后，将通过片上模数转换器对信号进行转换和数字化，该芯片可直接表征神经元脉冲的形状。根据Neuralink的说法，N1仅花费900纳秒来计算传入的神经数据。N1可以通过蓝牙无线穿过皮肤连接远达10米外的智能手机。

可以看到，新版本的设备不仅比以往的更小，电池也可以使用全天，当晚可以完成无线充电，通过替代部分头骨实现了低可见度，离实际应用推进了很大一步。

多伦多大学神经科学研究员Graeme Moffat表示，得益于新型芯片的尺寸、便携性、电源管理和无线功能，Neuralink的技术进步超出了当前科学的“数量级飞跃”。

斯坦福大学神经科学家谢尔盖·斯塔维斯基（Sergey Stavisky）表示，自2019年7月首次展示更早的芯片以来，该公司取得了实质性的进步。

斯塔维斯基说：“从那开始，他们展示出的几只猪完全植入系统，令人印象深刻，而且，我认为这确实凸显了一支庞大的跨学科团队专注于这一问题的优势。”

BCI界“三只小猪”出圈

马斯克先是回顾了去年7月份发布的可扩展高宽带脑机接口系统，并介绍称Neuralink目前已经将设备进一步简化、升级。

然后马斯克展示了“三只小猪”——Joyce、Dorothy和Gertrude，这些实验猪之前曾接受过外科手术，由手术机器人将最新版的Neuralink设备植入大脑。

其中，Joyce没做过植入手术，Dorothy做植入后又取出，Gertrude植入了芯片。Dorothy展示了植入手术后恢复原本大脑的潜力，而Gertrude则成为了最受关注的主角：

它的植入物显示的大脑活动被投射到显示屏上，并监视了其从鼻子发出的信号——当工作人员给它喂食并触摸它的鼻子时，显示屏上的信号开始变得兴奋和活跃。

展示活动还显示，当小猪在跑步机上快走时，关节的位置正好对应了四肢的活动。这让不少看展示直播的人看呆了！

当小猪进食和活动的时候，设备能够准确监测到大脑的反应。这意味着——也许我们能反向输入信号，来控制小猪的行为！

马斯克还展示了有实际功能的设备植入手术机器人，能够完成开颅、植入感受器并进行黏合等所有步骤。

成立4年的Neuralink做了啥？

2016年，马斯克与8位联合创始人共同创办了Neuralink，团队成员大都来自麻省理工、杜克大学和IBM等，它自己定位为一家医学研究公司。该研究的重点是发明一种可以植入人脑以提高记忆力的设备，并提供与计算设备的直接接口。到目前为止，尚无正式发布的Nuralink芯片的具体特征，然而，该公司公开发表了一篇研究论文，解释了这项技术的实际工作原理。

Neuralink显然不是最早在BCI领域做出成绩的那一批，但可能是最有钱、最前瞻的一个。其目前其拥有90多名员工，预计未来会扩大到1万人；已获得1.58亿美元的资金（其中至少包括Musk的1亿美元）。在对插入芯片的动物进行了至少19次手术后，这些动物用大脑直接控制机器，系统成功率突破87%！

Neuralink打造的产品主要基于“神经织网”（neural lace）技术，通过“缝纫机”（sewing machine）把直径4-6微米、比头发丝还要细的“线”，通过一个两毫米的切口植入脑中。马斯克表示已经建立了小而灵活的电极“线程”阵列，每个阵列多达3072个电极（electrodes）分布在96个线程（threads）。他们还制造了上面提到的神经外科机器人，能够每分钟插入6根线(192个电极)，而且能自动避开血管。

每一根线都能以微米级的精度单独插入大脑，以避免表面脉管系统和针对特定的大脑区域。电极阵列被封装成一个小型的可植入设备，其中包含用于低功率机载放大和数字化的定制芯片：3,072个通道的封装占用小于(23×18.5×2)mm³。

一根USB-C电缆提供来自设备的全带宽数据流，同时从所有通道进行记录。据The Next Web报道，在最新的进展更新活动之后，马斯克的公司可能会转向人体试验。

马斯克本人也表示，它在7月获得了突破性设备（Breakthrough Devices Program）的称号，Neuralink正在与美国食品和药物管理局（FDA）合作进行一项针对截瘫患者的未来临床试验，预计2020年内开展，它还希望获得更多的实验批准申报。

马斯克暗示，Neuralink的技术可以开发出一些以健康为重点的功能，特别是针对那些神经系统有缺陷的人。例如，用一块芯片代替一小部分人类头骨，就可以恢复肢体功能，改善人体运动，解决视力和听力问题，并帮助治疗帕金森氏症等疾病。将神经连接装置植入大脑也有可能为预防癫痫、阿尔茨海默病和中风等脑部问题铺平道路。

Neuralink公司已经公布的一项发明是一种将电极插入大脑的外科机器人。这些设备由长度在4-6英寸(约为人类头发直径的1/3)之间的柔性“线”连接起来，能够传输来自大脑的大量数据。根据该公司去年的介绍，这种设计已经在至少19种不同的动物身上用机器人进行了测试，成功率约为87%。

站在巨人的肩膀上

脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI），是在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与计算机或其他电子设备之间建立的不依赖于常规大脑信息输出通路(外周神经和肌肉组织)的一种全新通讯和控制技术，它已经成为了当下神经工程领域中最活跃的研究方向之一，而且围绕相关话题的赞誉和争议从来不缺。

不过，脑机接口技术并不现在才有的，在此之前已经发展了数十年的时间，相关的研究也早已超过30年，可以说——如今包括Neuralink在内的很多公司和机构目前所获得的进展，大多是“站在巨人的肩膀上”。

脑机接口中的“脑”，意指有机生命形式的脑或神经系统，而并非仅仅是抽象的“心智”（mind）；“机”意指任何处理或计算的设备，其形式可以从简单电路到硅芯片。脑机接口的分类，则通常是根据“侵入性”被分为：非侵入式（脑外）、侵入式和半侵入式。

在设备连接-信息采集-信息分析-再编码-反馈的一系列过程中，脑机接口设备终于得以大展身手。人类通过感知能力感受环境，并且传递给大脑进行反馈，这里面要联动视觉、触觉、听觉、嗅觉和味觉等感官，过程并非那么简单。

从最初的脑电波形式，到美国DARPA组建团队来专门开展研究，再到20世纪90年代末21世纪初发展高潮中一个个的突破，我们看到了其中蕴藏的无限可能。

Neuralink代表了人类向超人类主义迈出的第一步。同样在这一领域披荆斩棘的又有哪些公司呢？目前它们的技术方向和进展都如何？

同样势头迅猛的新秀Facebook

去年底，Facebook宣布将以约10亿美元收购脑机接口创企CTRL-Labs，同样吸引了众多目光。

而近期，Facebook也透露了他们在脑机接口（BCI）项目上的新进展。不同的是，Facebook最终想实现的是一种无需在人脑中植入电极的非侵入式BCI解决方案。它的意念实时语音转换让不少业界人士都竖起大拇指。

当地时间7月30日，Facebook和受其资助的加州大学旧金山分校（UCSF）发布共同研究成果：他们已构建出了一个BCI 系统，能够实时解码志愿者在进行对话时的大脑活动，并将信号转化为屏幕上的文字。相关论文发表在《自然·通信》（Nature Communications）上。

国内外应用进展对比

BCI技术目前主要的应用分为医疗和非医疗类。具体来说，在医疗方向，BCI技术可以帮助患者和用户实现与周围环境进行交流、控制周围环境，并可以实现运动康复、重获肢体能力、 重获缺失的感知能力等。还值得补充的是“保健方向”，比如脑电波操控带来的冥想减压。未来，它势必在残疾人康复、老年人护理等医疗领域具有显著的优势。

在最新展示中，马斯克就提到，很多人这辈子可能会在不同阶段遇到各类神经性的问题，比如失忆、失明、失聪、瘫痪、抑郁、失眠、上瘾、癫痫、中风、脑外伤等。“而Neuralink的价值就在于为这些令人困扰的问题提供一个负担得起且可靠的解决方案。通过植入电子设备到脑部来解决这些问题，已经被医学证明是可行的了。”

医疗类国内外的一些代表性企业有：臻享智能（2018年成立，西安交大团队）、博睿康（2011年成立，清华大学脑机接口实验室背景）、迈联智慧（2016年成立，浙大团队）、脑陆科技（2018年成立，心电、哈工大团队，主打性健康、睡眠辅助）、念通智能、亿脑科技、沈阳新松机器人；Neuralink、Paradromics、Kernel、Cyberkinetics、Synchron。

除了医疗之外，脑机接口的应用还常见于娱乐、教育、智能家居，甚至军事等场景。非医疗类国内代表性企业则主要有：曼安智能、布朗诺科技、脑果、云睿智能；CTRL-Labs、InteraXon、BrainCO等。

根据第三方研究机构评出的世界十大最受关注脑机接口公司，Neuralink、Kernel、NeuroSky、MindMaze、InteraXon（Muse）、BrainCo、Emotiv、BrainGate、g·tec、BrainMaster等均在列。

其中，Neuralink和Kernel专注于脑科学应用，瞄准了人类智能（HI）这一方向。这两家再加上专注医疗健康的BrainGate，在脑电信号采集上都采用的是侵入式技术，其余7家均采用非侵入式技术。

在非侵入式的7家中，g·tec、BrainMaster这两家专注于研发高精度的脑电测量设备，产品是针对临床和科研级别的。

而非侵入式中剩余5家更偏向于消费级脑机接口产品。其中，NeuroSky、InteraXon（Muse）和Emotiv主要在做针对于冥想、游戏等需求的移动可穿戴EEG设备，这些公司往往也有配套的APP和SDK提供给用户和开发者。而在瑞士的MindMaze则致力于将VR/AR和脑机接口结合，切入医疗健康和游戏这两大领域。而位于BrainCo则最先从教育领域切入，同时也涉足医疗及游戏领域。

像其他药物和医疗设备开发商一样，无论是公立的还是私立的，Neuralink将必须证明其产品的安全性和有效性，通常是通过细致而耗时的临床试验。考虑到该公司希望将芯片植入人的大脑——包括完全健康的人的大脑——这将带来一些独特的挑战，可能需要几十年的时间。Neuralink的一些更具未来感的产品将被视为增强功能，而非治疗，这无疑将使监管审批更加复杂，这也阻碍了该公司的发展。

去年，哥伦比亚大学(Columbia University)的一个神经科学家团队将脑电波翻译成可识别的语言，而加州大学旧金山分校(University of California San Francisco)的一个团队则构建了一个虚拟声道，能够通过直接敲击人脑来模拟言语交流的机械方面。2016年，一种大脑植入物允许截肢者用他们的思维移动假肢手的手指。脑-机接口还被用于创造由思维控制的机器人外骨骼，并为脊椎受伤的人恢复触觉和部分运动功能。一些有趣的工作也被用来调节人类的脑与脑之间的交流，尽管它仍处于早期阶段。

在非人类动物上的研究也取得了不错的成果。值得注意的例子包括一种无线的脑机接口，可以让猴子用意念控制轮椅，还有一种大脑植入装置，可以让猴子只用意念一分钟打12个字。

中国在脑机接口领域算是起步较晚，投入也相对较少，目前像博睿康打造出了通讯速率最高的无创脑机接口系统，妞诺科技则致力于成为软硬件与强科研融合的医疗脑电数据服务商，臻泰智能则主要利用“BCI+VR+机器人”助力患者康复。这些进展在国内已有反响。

而美国等国家，却早有诸多研究进展，哈佛、麻省等一大批科研机构实验室皆在前沿之列。而且去年11月，14项被美国出口管制的技术当中，就包括了“脑机接口技术”。

人与AI共生的未来还有多远？

虽然脑机接口技术的发展给人们带来了很大的想象空间，但目前也正面临一系列挑战。首先，数量庞大且复杂的神经元并不能轻易地去塑造和操控，尤其是考虑到每个神经元的电压都是不断变化的，就更难处理了。还有就是脑机接口的连接灵敏性问题，一旦“失联”后果可能是致命的。脑机接口这一技术的升级迭代，也还需要大量时间。

另外，信号识别的精度到底能够提高并稳定在怎样一个水平？精度降低一点，可能带来的操作失误就会被放大几千倍，这种代价不可能不考虑。信号处理的精度之外，信号处理和信号转换的速度太慢，也会成为一个痛点——这些都需要信号采集和处理方法的改进。当然，关注系统本身的提升之外，支持这一领域进展的核心研究，尤其是大脑刺激反馈的进一步细致探索，将会对突破瓶颈、实现差异化十分关键。对人体实验和研究潜在的风险，以及对人类脑联网的网络安全问题。

Allied Market Research的数据显示，2020年，脑机接口的市场规模将达到14.6亿美元；如果从脑机接口可影响到的应用领域来看，不论是医疗、教育还是消费，都将带来远超于十几亿美金的巨额市场空间。

随着人才、资本的大量涌入，非侵入式脑电技术势必将往小型化、便携化、可穿戴化及简单易用化方向发展。在不远的未来，脑机接口可以实现的或许不仅是目前看起来还“高端黑”的任务，它可能成为彻底解放我们双手的灵活工具，比智能手机更深入地渗透我们生活的方方面面。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：https://www.scmp.com/news/world/united-states-canada/article/3099370/elon-musks-neuralink-begins-brain-chip-tests-pigs

https://zhuanlan.zhihu.com/p/76363987

https://zhuanlan.zhihu.com/p/93771115

https://www.neuralink.com/

https://www.cbinsights.com/research/neurotech-startups-to-watch/

https://tech.fb.com/imagining-a-new-interface-hands-free-communication-without-saying-a-word/

https://thenextweb.com/neural/2020/08/24/elon-musk-may-announce-human-trials-at-the-neuralink-demo-heres-why-thats-awesome/

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/08/200817104315.htm

https://metro.co.uk/2020/08/18/cyborg-technology-just-took-step-closer-reality-13142896/

https://thenextweb.com/neural/2020/08/24/elon-musk-may-announce-human-trials-at-the-neuralink-demo-heres-why-thats-awesome/

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