導(dǎo)語：近年來,，隨著腦科學(xué)與人工智能等學(xué)科在臨床研究中不斷取得重大突破，“人機(jī)融合”,、“意念控制”逐漸從科幻概念走向現(xiàn)實(shí),。腦機(jī)接口作為底層的核心技術(shù)，將成為未來生命科學(xué)和信息技術(shù)交叉領(lǐng)域的主戰(zhàn)場,。世界主要發(fā)達(dá)國家競相布局,，我國也在2021年正式啟動“中國腦機(jī)計劃”（CBP），未來有望為醫(yī)療,，軍事,，教育等產(chǎn)業(yè)賦能。在7月舉辦的第一屆全國腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟大會上,，六百多名專家學(xué)者建言獻(xiàn)策,，提供了一條攻克人機(jī)融合的現(xiàn)實(shí)路徑。同月,，WAIC2023世界人工智能大會也發(fā)布了關(guān)于腦機(jī)接口潛在倫理風(fēng)險的《腦機(jī)接口倫理原則和治理建議書》以及多項商業(yè)化的科技成果,。本文將圍繞腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)的重要應(yīng)用領(lǐng)域,，產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍(lán)圖，以及潛在倫理風(fēng)險,，進(jìn)行深入解讀,。一、腦機(jī)接口行業(yè)綜述及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀1. 腦機(jī)接口行業(yè)綜述腦機(jī)接口（BrainComputerInterface,，BCI）是指在人腦與外部設(shè)備之間建立一條直接的交流通道,，從而實(shí)現(xiàn)信息交流與控制。整個過程包括：信號的采集,、信號的放大與傳輸,、信號解碼、指令輸出,、反饋刺激,。在腦科學(xué)研究中，腦機(jī)接口主要用于電生理信號的采集,，采集的信號可用于腦科學(xué)研究分析,。依據(jù)腦電信號采集方式，主要分為侵入式腦機(jī)接口,、非侵入式腦機(jī)接口和半侵入式腦機(jī)接口。 圖片來源：公開信息 BCI系統(tǒng)框圖其中,，侵入式腦機(jī)接口需要將芯片,、傳感器等硬件設(shè)備直接植入顱腔或電極植入大腦皮層，從而獲得高質(zhì)量,、高精度的神經(jīng)信號,，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的運(yùn)動和交互任務(wù)。此外,，侵入式腦機(jī)接口技術(shù)還可以采集更多的神經(jīng)信息,，幫助科學(xué)家研究人類大腦的神經(jīng)機(jī)制。但是,，侵入式腦機(jī)接口技術(shù)也存在弊端,。第一，該技術(shù)需要進(jìn)行外科手術(shù),，對患者具有一定的風(fēng)險和副作用,；第二，電極或探針長期插在大腦中可能會引起感染,、出血等并發(fā)癥;第三,，侵入式腦機(jī)接口技術(shù)的實(shí)現(xiàn)成本較高，難以普及和推廣,。非侵入式腦機(jī)接口無需植入,，可直接通過貼在頭皮上的可穿戴設(shè)備來記錄和解讀大腦信息。非侵入式腦機(jī)接口具有更安全、更簡單,、更易操作的優(yōu)點(diǎn),，但相較于侵入式腦機(jī)接口精度較低，穩(wěn)定性差,。半侵入式腦機(jī)接口介于侵入式和非侵入式之間,，需植入顱腔，但在大腦皮層之外,，主要基于皮層腦電圖進(jìn)行信息分析,。半侵入式技術(shù)更成熟、手術(shù)危險度較低,、損傷性較小,，可以降低手術(shù)和免疫反應(yīng)的風(fēng)險。 表格來源：松禾醫(yī)健團(tuán)隊整理從技術(shù)層面來看,，腦機(jī)接口的技術(shù)體系主要分為硬件層和軟件層,。硬件層包括腦電采集設(shè)備和腦電信號處理設(shè)備。腦電采集設(shè)備包括核心材料和器件,、電極,，腦電信號處理設(shè)備包括芯片、電源等,。軟件層包括腦電信號分析,、核心算法、通信計算和安全隱私,。伴隨著材料科學(xué),，信號處理和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域的進(jìn)步，可采集腦電信號數(shù)據(jù)量也在不斷增加,，怎樣在大量數(shù)據(jù)中挖掘出所需要粒度信息其算法還有待突破,。而在面對大量數(shù)據(jù)時，在硬件層面上會面臨有儲技術(shù),、憶阻器和其他存算一體架構(gòu)離線計算的可能解決方案,、軟件層數(shù)據(jù)壓縮算法和高通量高速數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)奶魬?zhàn)。另外,，以腦電為載體的信息認(rèn)證與信息安全以及隱私保護(hù)將成為軟件層亟需解決的問題以及關(guān)注的焦點(diǎn),。2. 腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)鏈 圖片來源：清華五道口國家金融研究院 腦機(jī)接口技術(shù)體系從腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)鏈來看，上游主要包含電極,、算法,、BCI芯片等軟硬件設(shè)備，中游為腦機(jī)接口相關(guān)企業(yè)及合作伙伴,，下游為應(yīng)用領(lǐng)域,，多集中于科研設(shè)備和醫(yī)療健康領(lǐng)域,。我國腦機(jī)接口上游產(chǎn)業(yè)主要包括腦機(jī)接口芯片和腦電采集硬件設(shè)備廠商以及操作系統(tǒng)、軟件提供商和數(shù)據(jù)分析服務(wù)商,；中游產(chǎn)業(yè)主要為腦機(jī)接口產(chǎn)品提供商,；下游產(chǎn)業(yè)則包括醫(yī)療健康、游戲娛樂,、教育培訓(xùn),、智能家居、軍事國防等應(yīng)用領(lǐng)域,。 圖片來源：公開資料 腦接機(jī)口產(chǎn)業(yè)鏈分布目前,，上游產(chǎn)業(yè)自身研發(fā)實(shí)力較強(qiáng)，電極,、探針腦電采集設(shè)備多以廠商自研為主,。但由于我國在芯片領(lǐng)域長期受到西方制裁，在信號處理芯片（德州電氣TI AD1299）,、程序控制單片機(jī)（意法半導(dǎo)體STM32）等產(chǎn)品受制于國外廠商,，導(dǎo)致芯片（BIC芯片）自研環(huán)節(jié)成為我國腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)中最薄弱的一環(huán)。此外,，由于長期缺乏技術(shù)支持和經(jīng)驗(yàn),，我國在腦機(jī)接口植入設(shè)備領(lǐng)域的生產(chǎn)能力相對較弱，需要更多的研究和投資來提升其制造和研發(fā)能力,。中游方面,，產(chǎn)業(yè)覆蓋面及自由度較小，發(fā)展受限,。由于中游公司多為直接對外銷售產(chǎn)品,，無法決定產(chǎn)品的性能,、功能,、價格等，因此其在產(chǎn)業(yè)鏈中覆蓋的環(huán)節(jié)和發(fā)展的自由度上都相對受限,。下游方面,，腦機(jī)技術(shù)能提供多種功能，主要分為五類：監(jiān)測,、替代,、改善/恢復(fù)、增強(qiáng)和補(bǔ)充,。圍繞上述五大功能,，腦機(jī)接口有覆蓋面較廣的下游應(yīng)用領(lǐng)域。醫(yī)療健康為腦機(jī)的主要應(yīng)用場景,，在未來掃清倫理,、技術(shù)成熟度等障礙之后,，將逐漸滲透娛樂、智能家居,、軍事和其他領(lǐng)域,，成為人機(jī)交互的重要形式之一。醫(yī)療健康方面,，腦機(jī)接口主要用于幫助臨床醫(yī)生了解患者的大腦活動和行為認(rèn)知,，為診斷治療提供重要信息以及幫助康復(fù)患者恢復(fù)肢體運(yùn)動和感知功能。除此之外,，腦機(jī)接口技術(shù)還可以在神經(jīng)康復(fù),、疼痛管理、情緒調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮作用,。在探索腦機(jī)協(xié)同在醫(yī)療領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化落地方面,，國內(nèi)外各大企業(yè)都積極布局，搶占高地,。其中,，科大訊飛頻繁聯(lián)手國內(nèi)高校，與同濟(jì)大學(xué)在上海簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議,，共同成立“腦智同飛”聯(lián)合研究中心,，圍繞人工智能領(lǐng)域開展“腦與脊髓相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域的認(rèn)知障礙、麻醉,、運(yùn)動障礙”等技術(shù)研發(fā)工作,。此外，科大訊飛還聯(lián)合北京師范大學(xué)等單位,，發(fā)起了“訊飛教育腦計劃”,，研究兒童青少年腦與心智發(fā)育和提升的機(jī)制與機(jī)理，探索個體學(xué)習(xí)與課堂教學(xué)的方法與形式,。國外企業(yè)中,，斬獲多項大獎的 Cognixion正在打造世界上最易于使用的 AR可穿戴設(shè)備--- Congnixion One。該設(shè)備采用集成腦機(jī)接口等技術(shù),，打造出無線可穿戴式隨身神經(jīng)接口,。該產(chǎn)品巧妙地融合了人工智能、神經(jīng)科學(xué)和增強(qiáng)/輔助現(xiàn)實(shí)的力量,，未來將改善全世界5.09 億無法說話的人的生活,。游戲娛樂方面，腦機(jī)接口技術(shù)可以通過采集玩家的大腦信號,，幫助開發(fā)者設(shè)計出更具沉浸性和互動性的產(chǎn)品,。此外，這些大腦信號還可以反映觀眾們實(shí)時的情感狀態(tài),，因此音樂和影視行業(yè)也可以利用腦機(jī)技術(shù),，設(shè)計出更加動態(tài)和個性化的演出與作品,。游戲公司維爾福（Valve Software）創(chuàng)始人Gabe Newell此前透露正在與OpenBCI合作研究VR BCI腦機(jī)接口技術(shù)。BCI 可用于將信息“寫入”玩家的大腦,，通過改變感覺,，從而讓玩家體驗(yàn)到更全面的更真實(shí)的沉浸式游戲。軍事國防方面,，腦控武器將成為未來智能武器裝備中的一個重要發(fā)展方向,。腦機(jī)接口系統(tǒng)可以協(xié)助士兵高精度操控?zé)o人設(shè)備來代替士兵在高風(fēng)險場合完成工作。通過腦控與手控相結(jié)合,，可以最大限度發(fā)掘單兵作戰(zhàn)力量有效提升軍隊的作戰(zhàn)能力,。美國國防高級研究計劃局（DARPA）早在2017年就宣布成立DARPA神經(jīng)工程系統(tǒng)設(shè)計項目（NESD）研發(fā)腦機(jī)接口。該項目旨在嘗試通過下一代非手術(shù)神經(jīng)技術(shù)（N3）將BMIs擴(kuò)展到軍事領(lǐng)域,。該項目邀請了六個學(xué)術(shù)團(tuán)隊來設(shè)計不同的腦機(jī)接口,，將機(jī)器與健壯士兵的大腦連接起來。這個項目將實(shí)現(xiàn)在完全不依靠手術(shù)并盡量減少任何生物學(xué)干預(yù)的前提下,，將人類大腦與機(jī)器連接起來,。目前，技術(shù)可通過外科手術(shù)將微電極植入大腦,，以控制神經(jīng)元的交流,，而下一代腦機(jī)接口將尋求通過聲學(xué)信號、電磁波,、納米技術(shù),、基因增強(qiáng)的神經(jīng)元，以及紅外光束的途徑來實(shí)現(xiàn)對大腦神經(jīng)元的控制,。資料來源：清華五道口國家金融研究院 腦機(jī)接口技術(shù)流程及產(chǎn)業(yè)鏈圖當(dāng)前,，腦機(jī)接口正處于爆發(fā)式發(fā)展階段，在技術(shù)發(fā)展政策方面,，美國,、歐盟、日,、韓,、澳大利亞等多國政府機(jī)構(gòu)加速布局,，我國也在2016年啟動中國腦計劃,，近兩年已上升為國家戰(zhàn)略。3. 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀（1）腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)環(huán)境分析在政策層面,，腦科學(xué)和類腦科學(xué)已被列為國家戰(zhàn)略科技力量,。腦機(jī)接口技術(shù)越來越受到國家層面的關(guān)注與支持。腦機(jī)融合智能技術(shù)是中國腦計劃中的一個重要的研究和產(chǎn)業(yè)化方向,，是保障中國腦計劃順利實(shí)施并實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)保障,。北京,、上海、杭州等城市也推出相應(yīng)鼓勵措施和扶持政策,，支持腦機(jī)接口企業(yè)在當(dāng)?shù)厣l(fā)芽,。在社會層面，神經(jīng)系統(tǒng)疾病人群數(shù)目龐大,。例如腦性癱瘓發(fā)病率為1.84%,，老年腦病患者占老年人口總數(shù)的10%。對這類數(shù)量龐大人群的治療和改善是醫(yī)學(xué)界迫切需求,，而腦機(jī)接口技術(shù)正在這一領(lǐng)域發(fā)揮不可替代的作用,。腦機(jī)接口系統(tǒng)在醫(yī)療診斷、醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域有顯著的應(yīng)用價值,，其在腦疾病診斷,、殘疾人康復(fù)輔助、義肢控制,、中風(fēng)康復(fù),、視神經(jīng)修復(fù)等方面已有應(yīng)用實(shí)例。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提升,，在當(dāng)今生活中,，信息智能化、機(jī)器自動化,、人機(jī)融合化的趨勢越來越明顯,。腦機(jī)接口技術(shù)在現(xiàn)代智能生活和教育娛樂的應(yīng)用需求與日劇增。（2）腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)成果及差距當(dāng)前,，腦機(jī)接口研究主要以高校及科研院所為主導(dǎo),，因受到技術(shù)、倫理等多重限制,，侵入式腦機(jī)接口領(lǐng)域的研究投入小于非侵入式腦機(jī)接口,，研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)數(shù)量遠(yuǎn)少于非侵入式腦機(jī)接口。我國腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步較晚,，核心零部件多為外國廠商生產(chǎn)制造,，國產(chǎn)化水平有待提高。隨著美國商務(wù)部工業(yè)和安全局(BIS)進(jìn)一步加強(qiáng)腦機(jī)接口技術(shù)的出口管制,，將對中國的腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成影響,。因此，中國提升核心零部件的國產(chǎn)化率是勢在必行的,。雖然我國在腦機(jī)接口領(lǐng)域發(fā)展困難重重,，但依然在柔性電極、深部腦刺激器,、微創(chuàng)植入等領(lǐng)域取得突破性成果,。腦虎科技成立于2021年10月,，是一家通過柔性腦機(jī)接口技術(shù)來保護(hù)及探索大腦的生命科技公司。公司聚焦最具想象空間的侵入式腦機(jī)接口設(shè)備研發(fā),。公司自主研發(fā)微創(chuàng)侵入式高通量柔性腦機(jī)接口技術(shù),，打破國外技術(shù)壟斷，并在柔性電極,、生物材料,、芯片設(shè)計、核心算法,、數(shù)字腦庫,、植入方式、臨床應(yīng)用及生態(tài)建設(shè)等多環(huán)節(jié)全面領(lǐng)先,。柔性電極作為腦機(jī)接口技術(shù)最長期且可持續(xù)的技術(shù)路徑,，是攻克植入性腦機(jī)接口的重要一環(huán)。腦虎科技柔性電極的創(chuàng)新點(diǎn)在于高通量,，低創(chuàng)傷,，長期在體等。在最近的WAIC世界人工智能大會上,，腦虎科技發(fā)布了七項橫跨科研,、醫(yī)療和學(xué)術(shù)的科研成果。兩項學(xué)術(shù)成果包括絲蛋白神經(jīng)光電極實(shí)現(xiàn)大腦神經(jīng)解析與調(diào)控,、類蚊口器仿生柔性神經(jīng)探針電極實(shí)現(xiàn)硬腦膜外微創(chuàng)植入,。絲蛋白神經(jīng)光電極：利用絲蛋白與MEMS電極混合的多模態(tài)電極，用來實(shí)現(xiàn)大腦神經(jīng)解析與調(diào)控,。在蠶絲蛋白做的光纖外部包裹上MEMS電極,，實(shí)現(xiàn)了用光來刺激，同時用MEMS來采集一個完整的多模態(tài)的閉環(huán)調(diào)控,。其次,，因?yàn)樾Q絲原本的柔軟性，可以使其在一定強(qiáng)度內(nèi)的光耗控制的很好,，植入時是硬質(zhì)的,，植入后就會變軟，比傳統(tǒng)的石英光纖低4個數(shù)量級,，可實(shí)現(xiàn)在體適應(yīng)性植入,，MEMS電極能夠支持高質(zhì)量128通道的信號采集。類蚊口器仿生柔性神經(jīng)探針電極：利用類似于蚊子獨(dú)特的口器結(jié)構(gòu),，好比是一個外部較硬的物質(zhì),，撐開結(jié)構(gòu)再用柔性的吸管來吸血,。這樣植入的特點(diǎn)是,，植入時能保持較好的硬度,，植入之后柔性電極能夠精準(zhǔn)采集，而且可調(diào)節(jié)的梭針長度,，能夠?qū)崿F(xiàn)對多個腦區(qū)的植入,，適應(yīng)不同類型大腦表面的形態(tài)。無需進(jìn)行硬腦膜移除手術(shù)且植入避開血管損傷,，因?yàn)槊恳桓结槺澈蠖加幸粋€非常高靈敏度的觸覺傳感器陣列,，可以準(zhǔn)確探測到在組織體內(nèi)是碰到腦組織還是碰到血管。術(shù)后信號采集具有出色表現(xiàn),，12小時之內(nèi)就能采集到高質(zhì)量的單神經(jīng)元的Spike信號,。 圖片來源：腦虎科技類蚊口器仿生柔性電極品馳醫(yī)療成立于2008年，是專業(yè)從事腦起搏器,、迷走神經(jīng)刺激器,、脊髓刺激器、骶神經(jīng)刺激器等系列化神經(jīng)調(diào)控產(chǎn)品研發(fā),、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè),，產(chǎn)品已進(jìn)入多個國家醫(yī)療市場。致力于為廣大帕金森病,、癲癇,、疼痛、尿失禁等功能神經(jīng)疾病患者提供先進(jìn)的治療手段,。其中,，北京品馳腦神經(jīng)刺激系統(tǒng)（腦起搏器）于2000年開始啟動研發(fā)，2009年成功開展第一例臨床試驗(yàn),， 2014年獲得全系列腦起搏器產(chǎn)品注冊證,，2016年10月取得了CE認(rèn)證。截至2021年底,，品馳臨床合作中心超過300+家,，全國累計植入超過30000次。腦深部電刺激系統(tǒng)包括體內(nèi)植入產(chǎn)品和體外產(chǎn)品兩部分,。體內(nèi)產(chǎn)品包括：電極,、延長導(dǎo)線和脈沖發(fā)生器，體外產(chǎn)品包括：患者控制器,、醫(yī)用程控儀,、體外充電器、測試刺激器等,。 圖片來源：品馳醫(yī)療博睿康是一家以自主創(chuàng)新的“腦機(jī)接口”技術(shù)為核心，從事腦-機(jī)接口系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的研發(fā),、生產(chǎn),、銷售以及技術(shù)服務(wù)的企業(yè)。2020年9月,，博?？倒鞠嗬^獲得了針對臨床腦功能監(jiān)護(hù)、精神疾病初篩需求研發(fā)設(shè)計的醫(yī)用事件相關(guān)電位儀,，以及服務(wù)癲癇病灶定位外科手術(shù)需求的高頻高導(dǎo)聯(lián)的數(shù)字腦電圖機(jī)的醫(yī)療器械注冊證,。其中醫(yī)用事件相關(guān)電位儀是國內(nèi)首個擁有主動降噪功能的腦電和誘發(fā)電位一體機(jī)，而高頻高導(dǎo)聯(lián)的數(shù)字腦電圖機(jī)則是全球第一款取得醫(yī)療認(rèn)證的1024通道高頻腦電設(shè)備,。 在微創(chuàng)植入領(lǐng)域,，博睿康團(tuán)隊國內(nèi)最早涉足腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)化的公司之一,。博?？滴?chuàng)植入腦機(jī)接口系統(tǒng)植入于人體硬腦膜上，不侵入大腦皮層神經(jīng)細(xì)胞,，通過軟硬件結(jié)合的信號增強(qiáng)技術(shù)獲取高信噪比,，有效解決了生物相容性問題；另外植入體內(nèi)機(jī)的體積約1元硬幣大小,，在高信號強(qiáng)度,、小植入損傷之間找到平衡。博?？抵踩胗材X膜的體內(nèi)機(jī)體積僅是NeuroPace的1/4-1/3,。因?yàn)椴捎昧烁冗M(jìn)的微電子技術(shù)、信號處理和腦機(jī)接口解碼算法,，并借鑒人工耳蝸的植入術(shù)式,，通過無線耦合的方式隔著皮膚將電能輸送到體內(nèi)機(jī)，體內(nèi)機(jī)無需電池,，腦電信號輸出和刺激信號輸入雙向無線,，實(shí)現(xiàn)“體積縮小、終身使用”的目標(biāo),。電極材料方面,，博睿康采用了可植入安全材料,；并通過電極制作工藝等維度的創(chuàng)新,，使電極能夠到達(dá)大腦皮層的多個區(qū)域，實(shí)現(xiàn)信號記錄和刺激,。 圖片來源：博?？?/span>Neuralink公司是一家美國神經(jīng)技術(shù)公司,，致力于開發(fā)可植入式腦機(jī)接口（BCI），截至 2022 年,，總部位于加利福尼亞州弗里蒙特,。Neuralink由埃隆-馬斯克和一個由七名科學(xué)家和工程師組成的團(tuán)隊創(chuàng)立，于 2016 年啟動,，并于 2017年3月首次公開報道,。到 2019 年 7 月,，該公司已獲得 1.58億美元融資（其中1億美元來自馬斯克）,，員工人數(shù)達(dá)到9人。當(dāng)時,，Neuralink 宣布正在研發(fā)一種 '類似縫紉機(jī) '的設(shè)備,，能夠?qū)⒎浅＜?xì)（寬度為 4 到 6 μm）的線植入大腦，并展示了一種通過 1500 個電極讀取實(shí)驗(yàn)鼠信息的系統(tǒng),。此外,，Neuralink 開發(fā)了一種專用集成電路 (ASIC)，用于創(chuàng)建 1,536 個通道的記錄系統(tǒng),。該系統(tǒng)由 256 個可單獨(dú)編程的放大器（'模擬像素'）,、芯片內(nèi)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（'模數(shù)轉(zhuǎn)換器'）和一個外圍電路控制裝置組成，用于將獲得的數(shù)字化信息序列化,。在目前的技術(shù)條件下,，電極仍然過大，無法記錄單個神經(jīng)元的發(fā)射,，因此只能記錄一組神經(jīng)元的發(fā)射,；Neuralink 的代表認(rèn)為，這個問題可能會通過算法得到緩解,，但計算成本高昂,，而且無法得出精確的結(jié)果。據(jù)馬斯克稱,，2020年7月,，Neuralink獲得了美國食品及藥物管理局（FDA）的突破性設(shè)備稱號，該稱號允許根據(jù) FDA 的醫(yī)療設(shè)備指導(dǎo)方針進(jìn)行有限的人體試驗(yàn),。他們曾預(yù)計在 2020 年開始人體實(shí)驗(yàn),， 但后來將這一預(yù)計推遲到了 2023 年。截至 2023 年 5 月,，公司已獲準(zhǔn)在美國進(jìn)行人體試驗(yàn),。 圖片來源：Neuralink二、腦機(jī)接口在醫(yī)療領(lǐng)域的十大應(yīng)用1. 肢體運(yùn)動障礙導(dǎo)致肢體運(yùn)動障礙的疾病很多,，腦出血,、腦外傷,、腦卒中等疾病都可導(dǎo)致患側(cè)腦區(qū)對應(yīng)的肢體控制出現(xiàn)障礙。運(yùn)動神經(jīng)元受損導(dǎo)致的肌萎縮側(cè)索硬化癥（漸凍癥）可導(dǎo)致患者肌肉萎縮無力導(dǎo)致嚴(yán)重的運(yùn)動障礙,。脊髓損傷等也會影響患者的肢體活動,。腦機(jī)接口技術(shù)在肢體運(yùn)動障礙診療的目標(biāo)是通過該技術(shù)的輔助治療，使患者改善當(dāng)前狀態(tài),，提高生活質(zhì)量,。腦機(jī)接口技術(shù)在肢體運(yùn)動障礙的應(yīng)用方式主要兩種：第一種是輔助性腦機(jī)接口，指通過腦機(jī)接口設(shè)備獲取患者的運(yùn)動意圖,，實(shí)現(xiàn)對假肢或外骨骼等外部設(shè)備的控制,。例如，Yahud 研制的16個自由度的腦機(jī)接口機(jī)械手,，能夠?qū)崿F(xiàn)抓握圓柱體,、捏鑰匙、手指夾取紙片等動作,。清華大學(xué)高小榕教授等搭建了基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(SSVEP)的腦機(jī)接口系統(tǒng),，使假肢能依據(jù)使用者指令完成倒水的全過程,。第二種是康復(fù)性腦機(jī)接口,，由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)具備可塑性,，經(jīng)過重復(fù)性反饋刺激，可以增強(qiáng)神經(jīng)元突觸之間的聯(lián)系,，實(shí)現(xiàn)修復(fù),。例如，意大利PERCRO實(shí)驗(yàn)室通過基于運(yùn)動想象的腦機(jī)接口設(shè)備觸發(fā)上肢機(jī)器人外骨骼,，輔助中風(fēng)患者進(jìn)行抓握和釋放,，幫助肢體康復(fù)。北京工業(yè)大學(xué)李明愛團(tuán)隊研制了采用運(yùn)動想象控制的腦機(jī)上肢運(yùn)動康復(fù)系統(tǒng),，可完成手臂伸屈動作,。以上肢運(yùn)動神經(jīng)元損傷為例，博?？甸_發(fā)了EEG-VR康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng),，其選擇二分類的運(yùn)動想象腦機(jī)接口系統(tǒng)為范式：受試者想象左手運(yùn)動或右手運(yùn)動，同時腦電放大器將受試者的腦電數(shù)據(jù)傳輸?shù)紹C在線系統(tǒng),，通過在線系統(tǒng)分析得到輸出指令,，通過功能性電刺激設(shè)備刺激肢體運(yùn)動一由此通過腦機(jī)接口系統(tǒng)和功能性電刺激設(shè)備搭建了另一條神經(jīng)通路。在此康復(fù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上給受試者增加VR設(shè)備,，將MI-BCI的輸出結(jié)果以圖像的形式直觀反饋給受試者,。相比于無反饋的MI-BCI系統(tǒng)而言，在有反饋的MI-BCI系統(tǒng)中受試者訓(xùn)練的準(zhǔn)確率提高的更快,，對改善運(yùn)動機(jī)能和促進(jìn)受損神經(jīng)元的激活有更好的促進(jìn)作用,。該范式可以很好的應(yīng)用于康復(fù)工程,。對于中風(fēng)偏癱患者而言，在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上還可增加經(jīng)顱直流電刺激設(shè)備,。在運(yùn)動想象之前對患側(cè)腦區(qū)進(jìn)行刺激,，對健側(cè)腦區(qū)進(jìn)行抑制，提高運(yùn)動想象的正確率,，強(qiáng)化康復(fù)訓(xùn)練的效果,。2. 腦機(jī)接口與意識障礙在意識障礙方面，治療通常采用患者自己的名字,，照片等信息,，通過聲音、圖像,、觸覺等作為靶刺激,，腦機(jī)接口設(shè)備獲取患者受到靶刺激后的腦電信號,，分析患者狀態(tài),，部分患者可能對刺激有所反應(yīng)，這種“腦電交流”助于醫(yī)生判別患者是否有喚醒康復(fù)的可能,，針對性的采取治療措施,。慢性意識障礙包括持續(xù)性植物狀態(tài)和微意識狀態(tài)。慢性意識障礙患者由于常處于無法交流的狀態(tài),，因此常常被延誤治療,，甚至誤診，錯失了最佳的康復(fù)機(jī)會,。近幾年,，腦機(jī)接口技術(shù)在慢性意識障礙診療領(lǐng)域的研究開始逐漸增多。通過腦機(jī)接口設(shè)備獲取并分析患者的腦電信號,，可以掌握患者的意識狀態(tài),，實(shí)現(xiàn)意識障礙診斷與評定、預(yù)后判斷,，甚至與意識障礙患者實(shí)現(xiàn)交流,。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平提高,，人均壽命增加,，一個高齡化社會已經(jīng)到來。與此相應(yīng)的社會難題老年病同時產(chǎn)生,。在老年病中最突出最多見的就是老年癡呆,。據(jù)統(tǒng)計，目前我國至少有500萬老年癡呆病人,，而且每年平均還有30萬人加入這個行列,。老年癡呆的發(fā)病率正在逐年上升,，將成為21世紀(jì)威脅中國老年人健康的最嚴(yán)重的疾病之一。目前對于老年癡呆的臨床診斷主要依賴量表,、CT和MRl,。量表問卷方式主觀性強(qiáng)，結(jié)果不穩(wěn)定,。CT和MR方法是可靠的診斷方法,，但是，一旦確診,，病情已到晚期,。據(jù)了解，目前對該病的治療只能對早期,、中期的病情有效,。到晚期就無藥可用。所以對于老年癡呆早發(fā)現(xiàn),，早干預(yù)是關(guān)鍵,。“中老年腦電數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”提供的大腦的“記憶與聯(lián)想”模型,，對老年癡呆疾病的預(yù)測預(yù)授有積極意義和實(shí)用價值,。3. 腦機(jī)接口與認(rèn)知障礙在認(rèn)知障礙方面，通過對病患腦電波的檢測發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病早期癥狀,，并加以相關(guān)刺激通過腦波治療疾病,。還有一種更前沿的研究，海馬體位于大腦丘腦和內(nèi)側(cè)顳葉之間,，主要負(fù)責(zé)長時記憶的存儲轉(zhuǎn)換和定向等功能,。隨著年齡的增長，人類的記憶功能會逐漸衰退,。大腦信息可通過硅芯片的電信號進(jìn)行復(fù)制以實(shí)現(xiàn)記憶移植,，通過植入芯片可以幫助局部大腦受損、中風(fēng)和老年癡呆癥患者恢復(fù)記憶,。但這類研究目前還處于很初級的階段,，在技術(shù)、臨床應(yīng)用,、倫理等方面都面臨巨大挑戰(zhàn),，未來還需要更多的實(shí)驗(yàn)探索。4. 腦機(jī)接口與精神類疾病精神疾病具體來說,，相比于其他生理信號,，腦電信號可以提供更多深入、真實(shí)的情感信息,。通過學(xué)習(xí)算法,，提取腦電信號特征,，可以實(shí)觀多種情緒的判別分析。因此,，基于腦電信號的情感識別研究可用于輔助抑郁癥,、焦慮癥等精神類疾病發(fā)病機(jī)制的研究和治療。由于腦機(jī)接口技術(shù)在該領(lǐng)域的巨大潛力,，許多科研機(jī)構(gòu)和科技公司都在開展相關(guān)研究,。此外，通過腦機(jī)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)的腦電信號采集與分析工作將在心理與精神疾病的預(yù)防與篩查中起到關(guān)鍵作用,。2020年,，上海瑞金醫(yī)院成立“腦機(jī)接口治療難治性抑郁癥”臨床研究小組，由功能神經(jīng)外科中心孫伯民主任擔(dān)任臨床研究負(fù)責(zé)人,。該小組在患者體內(nèi)裝入一個“腦起搏器”,，由它控制裝在大腦中的兩條電極，當(dāng)患者打開“體外開關(guān)”,，就能瞬間開心起來,。腦機(jī)接口治療抑郁癥的臨床研究在國內(nèi)尚屬第一次。目前已有26位患者參與,，抑郁狀況平均改善60%-70%,。腦起搏器埋在患者的右胸腔內(nèi),，連接著兩條電極,，從胸前的裝置延伸到耳后，再從后腦延伸到大腦前側(cè),，穿過大腦前端的神經(jīng)核團(tuán),。一條電極放置在發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)志物的大腦區(qū)域，另一條則放置在抑郁回路區(qū)域,，電流刺激神經(jīng),，抑郁癥狀隨之消失。同時,，這個裝置還有腦電采集功能,，可記錄和監(jiān)測腦電變化，輔助醫(yī)生找到相應(yīng)靶點(diǎn),。目前腦起搏器還在進(jìn)一步的研究當(dāng)中,，有望成為治療抑郁癥新的手段。5. 腦機(jī)接口與癲癇和神經(jīng)發(fā)育性疾病腦機(jī)接口技術(shù)還應(yīng)用在其他神經(jīng)發(fā)育缺陷中,。除了多動癥之外,，自閉癥、語言障礙,、睡眠障礙等神經(jīng)發(fā)育障礙的發(fā)病率也居高不下,，嚴(yán)重影響了我國兒童的腦智健康,。在疾病早期，針對孩子的狀態(tài)進(jìn)行反饋訓(xùn)練治療具有很大應(yīng)用前景,。神經(jīng)反饋是歷史悠久的腦機(jī)接口交互系統(tǒng)中的一種,，反饋訓(xùn)練技術(shù)可以優(yōu)化這類疾病的診療流程。隨著科技的不斷進(jìn)步,，神經(jīng)反饋訓(xùn)練作為治療多動癥的非藥物手段之一,，已擁有最多的支撐研究證據(jù)。癲癇與皮層神經(jīng)發(fā)育缺陷關(guān)系十分密切,，癲癇領(lǐng)域是腦機(jī)接口系統(tǒng)最早應(yīng)用的領(lǐng)域,，其發(fā)作具有典型的電生理異常，呈現(xiàn)狀態(tài)性特點(diǎn),，癲癇的診斷中,，腦電一直是臨床診斷的金標(biāo)準(zhǔn)。隨著采集設(shè)備與方法等技術(shù)的突破,，對腦功能和疾病的研究越發(fā)深入,，腦機(jī)接口在癲癇領(lǐng)域已經(jīng)有很多相對成熟的應(yīng)用。資料來源：中國人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域應(yīng)用白皮書6. 腦機(jī)接口與眼部疾病皮質(zhì)內(nèi)視覺假體項目(ICVP)由美國國家神經(jīng)病學(xué)和中風(fēng)研究所資助,，伊利諾伊理工學(xué)院牽頭組織,。該項目使用了一種無線懸浮微電極陣列，電極陣列由16根長短不一的攝像頭植入陣列微電極組成,，電極連接到一個2毫米見方的陶瓷基底上,，基底內(nèi)嵌有產(chǎn)生刺激電流的電路和無線通信電路。電極陣列計劃植入的位置包括背外側(cè)枕葉和后下回,，其中包含了初級視皮層(V1)暴露在腦回的部分和部分更高級的視皮層(V2和V3),。有9個陣列總共144根電極植入到單側(cè)大腦半球的腦區(qū)。其一期臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行中,，2022年第一位盲人被試者的植入手術(shù)已順利實(shí)施,。視覺假體是視覺恢復(fù)的重要手段。該技術(shù)將環(huán)境中的視覺信息轉(zhuǎn)化成電流或者其他物理刺激作用于大腦的視覺中區(qū),，使得盲人能夠恢復(fù)視覺功能,。當(dāng)前研究最廣泛的侵入式腦機(jī)接口是使用電刺激來恢復(fù)視覺，主要是通過視網(wǎng)膜刺激和視皮層刺激,。7. 腦機(jī)接口與語言障礙斯坦福大學(xué)科學(xué)家Frank Willett團(tuán)隊2021年5月份,，首次破譯了“與手寫筆跡相關(guān)”的大腦活動，可以讓癱瘓患者不用手也能快速打字,。具體來講,，他們開發(fā)了一套皮質(zhì)內(nèi)腦機(jī)接口(intracortical BCl)系統(tǒng)，這套系統(tǒng)可以從運(yùn)動皮層的神經(jīng)活動中解碼癱瘓患者想象中的手寫動作，并利用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RNN)解碼方法將這些手寫動作實(shí)時轉(zhuǎn)換為文本,。這項研究登上了Nature封面,。2022年他們研發(fā)了一種可以將與語音相關(guān)的神經(jīng)活動轉(zhuǎn)化為文本的腦機(jī)接口，這也是第一個從皮質(zhì)內(nèi)微電極陣列記錄脈沖活動的語音到文本腦機(jī)接口,，可以幫助因患有中風(fēng),、漸凍癥等疾病而無法說出清晰語句的人們。8. 腦機(jī)接口與心理健康檢測使用機(jī)器學(xué)習(xí)來理解與特定情緒狀態(tài)相關(guān)的大腦信號：南加州大學(xué)的一組研究人員使用機(jī)器學(xué)習(xí)來了解與特定情緒狀態(tài)相關(guān)的大腦信號,。電極直接植入患者的大腦表面,，并記錄了多天的大腦活動。使用自我報告問卷評估患者的情緒狀態(tài),，其中算法將根據(jù)記錄的大腦活動預(yù)測評分以從本質(zhì)上理解情緒,。在社交媒體上對年輕人進(jìn)行了一項類似的實(shí)驗(yàn)，研究他們的社交媒體信息如何通過跟蹤大腦活動來塑造他們的感受,。如“植物神經(jīng)性反應(yīng)檢測系統(tǒng)”是一個“心理生理檢測儀器”,。它通過記錄人體的指端驕搏，并進(jìn)行分析處理,，獲得被檢測人員的植物神經(jīng)性反應(yīng)狀況,。通過測量、分析心率變異特征,，獲得交感副交感神經(jīng)的狀況,，輔助評估心理壓力的狀態(tài)。9. 腦機(jī)接口與睡眠檢測國內(nèi)BrainCo強(qiáng)腦科技公司也于2022年推出了深海豚睡眠儀,。這款睡眠儀的載體是一個遮光眼罩,，重量約為132g,主要采用CES療法和多種音波助眠的治療方式，并可以定期生成睡眠報告,。創(chuàng)新點(diǎn)在于,，睡眠儀能夠分析用戶的腦電波信號，在恰當(dāng)?shù)臅r機(jī)給予特定的干預(yù),。比如應(yīng)該進(jìn)入深睡時，給一個慢波助眠音樂和CES電刺激的干預(yù),，就能引導(dǎo)用戶進(jìn)入深睡狀態(tài),。全瀾科技成立于2021年，公司堅持腦疾病創(chuàng)新療法的開發(fā),，聚焦基于腦機(jī)接口技術(shù)的腦疾病干預(yù)萬億級新興產(chǎn)業(yè),。全瀾當(dāng)前可提供的穩(wěn)定產(chǎn)品包括256通道腦電記錄-經(jīng)顱電刺激系統(tǒng)（RSH-256），穿戴式腦電記錄-經(jīng)顱刺激設(shè)備（RSC）和高通量植入式閉環(huán)調(diào)控設(shè)備（RSA）,。在療法領(lǐng)域,，全瀾圍繞睡眠障礙等腦健康挑戰(zhàn)，開發(fā)創(chuàng)新的神經(jīng)調(diào)控療法，致力于為腦疾病提供新的治療方案,。10. 腦機(jī)接口與疼痛管理急性及慢性疼痛長期以來困擾著許多成年人的生活,。由于大腦對疼痛的調(diào)控機(jī)制異常復(fù)雜,，進(jìn)而導(dǎo)致當(dāng)代社會上阿片類止疼藥物的泛濫,。而腦機(jī)接口技術(shù)給疼痛的診斷和治療帶來了新的思路,。紐約大學(xué)的研究團(tuán)隊通過在線采集大鼠前扣帶回皮層(ACC)神經(jīng)集群鋒電位信號,，利用無監(jiān)督的相空間模型算法分析,，首次實(shí)現(xiàn)了對急慢性疼痛感知信息的準(zhǔn)確解碼,，進(jìn)而通過光遺傳刺激前額葉皮層(PFC)的錐體神經(jīng)元,，激活自身的疼痛抑制環(huán)路，最終達(dá)到了對疼痛的實(shí)時閉環(huán)調(diào)控與治療,。三,、產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)及產(chǎn)品1. 腦機(jī)接口植入設(shè)備侵入式腦機(jī)接口是一種將電極或探針插入大腦皮層以獲取神經(jīng)信號的腦機(jī)接口技術(shù)。腦機(jī)接口植入設(shè)備作為侵入式腦機(jī)接口的關(guān)鍵一環(huán),，需要確保高精度的植入目標(biāo)位置,，涉及到高精度機(jī)械自動化控制,。得益于植入設(shè)備的研發(fā),，醫(yī)生通過開顱手術(shù)植入腦機(jī)接口的風(fēng)險和難度有所降低,。植入設(shè)備的供應(yīng)商主要包括原材料供應(yīng)商和設(shè)備制造商。這些企業(yè)提供的優(yōu)質(zhì)的電極材料和高精度器件,，對腦機(jī)接口植入器件的開發(fā)與制造具有重要支撐作用,。中國由于長期缺乏技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致在植入式腦機(jī)接口的生產(chǎn)能力相對薄弱。我國的腦起搏器產(chǎn)業(yè)長期受到國外壟斷，直到清華大學(xué)李路明團(tuán)隊多年潛心鉆研,，攻堅克難,，最終解化出腦起搏器公司——品馳醫(yī)療,，打破國外壟斷,，在臨床中開展大規(guī)模的植入,。腦機(jī)接口植入設(shè)備需要高水平的制造和工程技術(shù)，需要高精度、高質(zhì)量的設(shè)備和原材料,，這些都是需要長期積累和發(fā)展的。同時,，由于這些設(shè)備需要進(jìn)行嚴(yán)格的安全檢測和臨床試驗(yàn),，因此對于技術(shù)和管理要求更高。雖然中國在生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備和原材料方面取得了一些進(jìn)展,，但形勢仍不容樂觀，需要更多的研究和投資來提升其制造和研發(fā)能力。表1生產(chǎn)腦機(jī)接口植入設(shè)備的公司及產(chǎn)品簡介 2. 腦機(jī)接口電極制備腦機(jī)接口電極是采集神經(jīng)電生理的裝置通常由微納電極、頭戴式腦電帽電極和腦起搏器電極組成,。制備過程包括使用光刻,、電子束曝光和化學(xué)蝕刻等步驟，以在硅基底上形成微米級別的電極,。它的制備需要高精度的加工設(shè)備、耐高溫、化學(xué)蝕刻的化學(xué)材料、精確的電極設(shè)計和制造等。植入式電極可分為硬質(zhì)電極與柔性電極。其中，高性能柔性微電極對長期穩(wěn)定慢性記錄具有重要意義,。硬質(zhì)微電極和腦組織之間存在機(jī)械失配問題，會對生物體的正?；顒釉斐衫^發(fā)性腦損傷,，不適用于長時間的慢性實(shí)驗(yàn)。具有高生物相容性的柔性微電極器件有利于緩解免疫反應(yīng),，提高信號質(zhì)量,，對實(shí)現(xiàn)大腦活動長期穩(wěn)定的慢性記錄具有重要意義。利用低楊氏模量生物材料和高性能界面材料制備柔性電極成為該領(lǐng)域的熱點(diǎn),。目前,，生物相容性和信號質(zhì)量提升仍然是植入式電極最為核心的問題。在多通道神經(jīng)信號采集過程中,，由于電極在植入大腦后產(chǎn)生的一系列生物相容性問題,，導(dǎo)致電極阻抗可能隨植入時間增多而明顯提升（數(shù)個月后可高達(dá) 100kΩ至數(shù) MΩ），繼而影響腦信號的信噪比以及系統(tǒng)共模抑制比,。為保證采集信號質(zhì)量,，前端放大器電路采用共模反饋技術(shù)以及共模前饋技術(shù)以提高系統(tǒng)級共模抑制比。植入式電極雖然已被廣泛用于科研和醫(yī)療領(lǐng)域,，但如何能確保在生物安全的前提下電極具有足夠剛性韌性以防止折斷,，同時保證信號質(zhì)量穩(wěn)定是業(yè)界普遍關(guān)注的焦點(diǎn)，因此植入式電極的生物相容性方案不斷涌現(xiàn),。1998年,，美國埃默里大學(xué)首次將腦機(jī)接口裝備植入人體，此后解決生物相容性的專利量隨年增多,；2004年猶他電極獲得美國FDA批準(zhǔn)上市后,，運(yùn)動皮層腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)廣泛開展，生物相容性矛盾進(jìn)一步凸顯,。作為用于體內(nèi)應(yīng)用的裝置,，可植入電極應(yīng)能夠長時間穩(wěn)定工作，最好陪伴用戶度過整個生命周期,。這種穩(wěn)定性可分為兩個部分,。第一部分是電極本身在細(xì)胞外液環(huán)境中應(yīng)該是穩(wěn)定的。絕緣材料和導(dǎo)電材料應(yīng)牢固結(jié)合,。穩(wěn)定性的第二個部分是裝置應(yīng)與組織生物相容,。生物相容性要求制造過程中使用的所有材料都是無毒的,。電極通常由具有化學(xué)穩(wěn)定性、無生物毒性和良好導(dǎo)電性的金屬制成,，例如鉑,、銥、金,、鎢和不銹鋼等,。硅、二氧化硅和聚合物通常用作電極封裝材料,。生物相容性還要求可植入電極引起的組織免疫反應(yīng)最小。市面上已經(jīng)有以蠶絲蛋白這種柔性材料用作植入式電極,。蠶絲蛋白具有天然抗菌,、可降解、力學(xué)強(qiáng)度高等特性,相應(yīng)地以蠶絲蛋白為主體的柔性電極將繼承其自然屬性,在生物相容性,、機(jī)械強(qiáng)度上要比化工或化學(xué)合成材料制成的電極有優(yōu)勢,。對于植入式電極而言，提高信號質(zhì)量是確保其正常工作的關(guān)鍵因素,。植入式電極的信號質(zhì)量容易受到信號干擾和接觸不良的影響,，因此優(yōu)化植入式電極空間和時間分辨率的創(chuàng)新技術(shù)也能提高信號采集的質(zhì)量。上述設(shè)備均為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)所需,，而中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從設(shè)備到材料都處于被卡脖子的狀態(tài),，目前正處于攻堅階段。腦機(jī)接口從源頭上受到半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)制造水平的制約,，進(jìn)而限制了中國腦機(jī)接口的產(chǎn)業(yè)發(fā)展,。此外腦機(jī)接口電極還需要與相應(yīng)的硬件和軟件設(shè)備相匹配，例如放大器和數(shù)據(jù)處理軟件等,。這些設(shè)備通常是由腦機(jī)接口設(shè)備制造商提供,，并需要與電極一起購買。電極制造過程中所使用的原材料也需要高精度和高質(zhì)量,，這些原材料通常需要進(jìn)口而中國缺少相關(guān)技術(shù)和原材料的供應(yīng),。因此，中國目前還不能完全獨(dú)立生產(chǎn)高質(zhì)量的腦機(jī)接口電極和相應(yīng)的設(shè)備,，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,，未來可能會有更多的制造和研發(fā)能力。圖片來源：公開資料 侵入式腦機(jī)接口的微納電極表2 歐美生產(chǎn)腦機(jī)接口電極的產(chǎn)品和公司 3. 腦機(jī)接口信號處理芯片腦電信號處理芯片用于將腦電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器,，濾波器，放大器以及數(shù)字信號處理器,。這些芯片都要求高精度設(shè)計與制作來保證信號準(zhǔn)確可靠,。腦電信號處理芯片一般需配套相應(yīng)軟硬件設(shè)備如放大等器,，采集器及數(shù)據(jù)處理軟件的設(shè)計等等。這類器件一般由腦電信號處理芯片的廠商提供,，需配合芯片采購,。腦電信號處理芯片研究與開發(fā)要求集成電路設(shè)計與制造技術(shù)具有很高的水平，包括模擬電路設(shè)計,，數(shù)字電路設(shè)計,，射頻設(shè)計，低功耗設(shè)計以及許多其他方面的專門知識,。部分重點(diǎn)研發(fā)平臺需求包含高精度芯片設(shè)計軟件,，電路仿真軟件，射頻測試設(shè)備以及集成電路制造設(shè)備,。這些需求制約著中國制造高質(zhì)量腦電信號處理芯片,。腦電信號處理芯片所用原材料主要有硅晶圓，金對線,，芯片封裝材料,，要求精度高，質(zhì)量好,。目前,，這些原材料主要依賴于國外供應(yīng)商例如硅晶圓主要由美國GlobalFoundries和臺灣的臺積電等公司生產(chǎn)，金屬線材主要由美國的TEConnectivity和日本FurukawaElectric等公司生產(chǎn),。另外,，芯片制造過程中需要的部分設(shè)備及材料都要進(jìn)口，這些都制約著中國制造出優(yōu)質(zhì)腦電信號處理芯片,。表3 腦機(jī)接口信號處理芯片的產(chǎn)品和公司 四,、腦機(jī)接口的潛在倫理風(fēng)險與難點(diǎn)1. 三大風(fēng)險（1）神經(jīng)干預(yù)的安全風(fēng)險侵入式或半侵入式腦機(jī)接口需要在腦部進(jìn)行芯片等硬件植入，會破壞腦部的天然物理防護(hù),，若相關(guān)軟硬件設(shè)施被非法使用（如輸入惡意信號,、更改信號閾值），可能引發(fā)腦部混亂,，嚴(yán)重情況下將導(dǎo)致腦部受損,，甚至危及生命安全。（2）非自主決策風(fēng)險在醫(yī)學(xué)治療和研究中,，病患的參與往往十分重要,，因?yàn)榧瓤梢蕴峁氋F的研究樣本，也可以對醫(yī)療技術(shù)的安全性和有效性進(jìn)行驗(yàn)證,，甚至?xí)袚?dān)一定程度的醫(yī)療風(fēng)險,，因此病患通常會受到足夠的尊重，知情同意權(quán)便是其中之一。據(jù)《中華人民共和國執(zhí)業(yè)醫(yī)師法》第二十六條“醫(yī)師應(yīng)當(dāng)如實(shí)向患者或者其家屬介紹病情,，但應(yīng)注意避免對患者產(chǎn)生不利后果,。醫(yī)師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性臨床醫(yī)療，應(yīng)當(dāng)經(jīng)醫(yī)院批準(zhǔn)并征得患者本人或者其家屬同意,?！?殘障人士（如閉鎖綜合癥患者）等是腦機(jī)接口的重點(diǎn)應(yīng)用對象之一，將面臨知情同意權(quán)問題,。在應(yīng)用腦機(jī)接口技術(shù)之前,，如何充分保障患者的自主權(quán)？在技術(shù)應(yīng)用過程中,，如何正確解釋應(yīng)用對象的意愿,？這些都是腦機(jī)接口技術(shù)需要考慮并解決的知情同意權(quán)問題。（3）腦隱私泄露風(fēng)險腦機(jī)接口所引發(fā)的隱私擔(dān)憂將更為突出,，因?yàn)樵摷夹g(shù)不但能采集人類已表達(dá)出來的隱私信息（如 Facebook 所采集的談話信息）,，還將具備采集各種僅存儲在大腦內(nèi)部的隱私信息的能力，如健康狀況,、生活經(jīng)歷、財產(chǎn)狀況,、婚戀,、社會關(guān)系、信仰和心理特征等隱私信息,。如何限制腦機(jī)接口技術(shù)對人類隱私的收集,、分析、傳播與使用,？如何避免人類在腦機(jī)接口面前變成“透明人”,？這些都是腦機(jī)接口技術(shù)研發(fā)所必須解決的問題。2. 兩大問題（1）責(zé)任歸屬問題隨著腦機(jī)接口技術(shù)的不斷突破與深入發(fā)展,，其功能將從采集和解析腦信號,，擴(kuò)展到實(shí)現(xiàn)大腦與人工智能的深度融合，即通過將生物智能的模糊決策,、糾錯和快速學(xué)習(xí)能力,，與人工智能的快速、高精度計算及大規(guī)模,、快速,、準(zhǔn)確的記憶與檢索能力結(jié)合，徹底顛覆人類與人工智能間的關(guān)系,，創(chuàng)造出“人工智能人類”（超級智能種族）,，并開創(chuàng)智能信息時代新生活。當(dāng)大腦與人工智能相輔相成、共同決策時,，主導(dǎo)者是誰,？人腦和人工智能深度融合的機(jī)器系統(tǒng)是機(jī)器控制人類，還是人類控制機(jī)器,？人腦和人工智能深度融合系統(tǒng)中人類還具有多大程度的自主性,？如果人腦和人工智能深度融合系統(tǒng)發(fā)生了錯誤、甚至犯罪行為,，責(zé)任歸屬如何劃分,？人腦和人工智能深度融合系統(tǒng)應(yīng)該追責(zé)人類、人工智能,、還是腦機(jī)接口,？（2）社會公正問題數(shù)字鴻溝帶來了愈來愈嚴(yán)重的公平公正問題，導(dǎo)致不同人群在信息獲取,、資源占有,、財富積累等諸多方面存在本質(zhì)上的差異。隨著腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用,，尤其是在大腦與人工智能深度融之后,，人與人之間的數(shù)字鴻溝將被進(jìn)一步擴(kuò)大。腦機(jī)接口技術(shù)有助于大幅度提升人類的認(rèn)知能力,，從而在學(xué)習(xí),、工作等活動中具有明顯優(yōu)勢。但是受限于技術(shù),、政治和經(jīng)濟(jì)等方面原因,，只有部分人擁有“進(jìn)化”所需的條件和成本，成為某種意義上的“人上人”,。這一巨大的數(shù)字鴻溝無疑將導(dǎo)致人類社會中公平公正的喪失,，引發(fā)尖銳的社會矛盾，現(xiàn)有法律,、行政,、經(jīng)濟(jì)等政治手段很難管控這一狀況。如何看待腦機(jī)接口技術(shù)所帶來的新的社會公平公正問題,？能否借助于腦機(jī)接口技術(shù)來彌合數(shù)字鴻溝,，從而塑造公平公正的世界？3. 十大技術(shù)難點(diǎn)（1）腦機(jī)接口系統(tǒng)快速校準(zhǔn)的腦電樣本擴(kuò)增技術(shù)受限于腦電信號的跨個體,、跨時間等強(qiáng)變異性,，腦機(jī)接口系統(tǒng)通常需要冗長、繁瑣的校準(zhǔn)過程來獲得足夠的訓(xùn)練樣本,，阻礙了腦機(jī)接口走向?qū)嶋H應(yīng)用,。面向腦機(jī)接口系統(tǒng)快速校準(zhǔn)的腦電樣本擴(kuò)增技術(shù)能夠有效減少腦機(jī)接口系統(tǒng)的校準(zhǔn)負(fù)擔(dān),，推動實(shí)現(xiàn)“plug and play”的高性能腦機(jī)交互，加速腦機(jī)接口的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,。（2）基于混合腦電特征的大規(guī)模指令集腦機(jī)編解碼關(guān)鍵技術(shù)指令數(shù)量作為腦機(jī)接口（BCI）的核心指標(biāo)之一,，決定了BCI的控制維度，是影響B(tài)CI性能的關(guān)鍵因素之一,。傳統(tǒng)無創(chuàng)BCI指令數(shù)量少,，應(yīng)用場景有較大限制。通過設(shè)計新型時-頻-空分多址編碼策略,、高效解碼混合腦電特征,，可實(shí)現(xiàn)超200指令數(shù)量的高速腦機(jī)編解碼關(guān)鍵技術(shù)，對提升BCI系統(tǒng)性能,、拓展BCI應(yīng)用場景有重要意義,。（3）基于視覺誘發(fā)電位的高性能腦機(jī)編解碼關(guān)鍵技術(shù)視覺誘發(fā)電位腦機(jī)接口有無創(chuàng)、通信速率快,、穩(wěn)定性高等優(yōu)勢,，已成為目前最為主流的腦機(jī)接口應(yīng)用范式之一。一方面基于通信調(diào)制解調(diào)的原理構(gòu)建高速率腦機(jī)編解碼理論方法,，另一方面利用視網(wǎng)膜-視覺皮層空間映射模型構(gòu)建基于周圍視野誘發(fā)電位的舒適型腦機(jī)編解碼理論方法,，對推進(jìn)交互友好型視覺腦機(jī)接口的實(shí)用性進(jìn)程具有重要意義。（4）面向人體運(yùn)動參數(shù)估計的魯棒腦電解碼技術(shù)人體運(yùn)動參數(shù)的神經(jīng)解碼技術(shù)是運(yùn)動腦機(jī)接口的核心技術(shù),，對人體運(yùn)動康復(fù)和人體效能增強(qiáng)具有重要應(yīng)用價值,。然而在真實(shí)應(yīng)用場景中，感知,、認(rèn)知和運(yùn)動分心會影響運(yùn)動參數(shù)的神經(jīng)解碼性能，因此發(fā)展對各種因素魯棒的運(yùn)動神經(jīng)解碼技術(shù),，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)動參數(shù)解碼性能,，是運(yùn)動腦機(jī)接口的一項關(guān)鍵技術(shù)。具體包括：發(fā)現(xiàn)運(yùn)動參數(shù)的魯棒神經(jīng)表征和魯棒神經(jīng)解碼模型,。（5）基于深腦信號的腦機(jī)接口解碼技術(shù)深腦是基礎(chǔ)生命功能的重要策源地,，研究大腦深部區(qū)域非常重要。腦深部區(qū)域涉及許多重要功能,，例如運(yùn)動,、情感和認(rèn)知等等。通過對深腦信號進(jìn)行解碼,，了解相關(guān)核團(tuán)的工作原理,，有望提升我們對人類基礎(chǔ)行為的理解，并提出新的神經(jīng)和精神疾病治療方法,。（6）微,、小型化的腦信號采集技術(shù)腦神經(jīng)活動信號是以模擬信號的形式被傳感器提取的，采集技術(shù)是通過專用電子電路將大量的微弱的模擬信號轉(zhuǎn)變成以數(shù)字信號形式存在的可被遠(yuǎn)距離傳輸和存儲的數(shù)據(jù)。而這種專用電子電路的微,、小型化將大大提高腦機(jī)接口使用的便捷性,。（7）腦信號的在線或?qū)崟r處理技術(shù)腦機(jī)接口是大腦和計算機(jī)直接進(jìn)行信息交互的技術(shù)。這需要計算機(jī)對采集到的腦信息數(shù)據(jù)進(jìn)行盡可能快速的處理和解讀,，并將反饋信息由人機(jī)交互設(shè)備傳遞回大腦,。（8）腦神經(jīng)活性的精確調(diào)控技術(shù)計算機(jī)將反饋的信息直接傳遞給大腦的方法依賴于精確的腦神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，即對腦神經(jīng)的直接刺激（主要是電刺激）能夠引發(fā)大腦產(chǎn)生正確的對計算機(jī)要輸入的信息的重建,。（9）安全的無線供電和腦信號傳輸技術(shù)對于面向普及使用的便攜式的腦機(jī)接口系統(tǒng),，供能和腦機(jī)間信息的通訊需要采用無線傳輸模式，輸能和儲能的生物安全性和腦數(shù)據(jù)的信息安全性是腦機(jī)接口技術(shù)的普及化要認(rèn)真解決的問題,。（10）多種模態(tài)的神經(jīng)信號傳感技術(shù)腦機(jī)接口的最基本前提就是要能夠獲取腦神經(jīng)活動的信號,，即通過傳感技術(shù)對腦神經(jīng)活動的電、光,、磁等物理表現(xiàn)形式進(jìn)行提取,。五、結(jié)語腦機(jī)接口技術(shù)讓人類首次零距離地將硅基器件與碳基生命融合,，是“IT+BT”跨界融合的重要應(yīng)用之一,。通過采集大腦各種電信號，調(diào)控大腦的放電活動,，從而實(shí)現(xiàn)腦部重大腦疾病的診斷和治療,。腦機(jī)接口作為底層的核心技術(shù)，將成為未來生命科學(xué)和信息技術(shù)交叉領(lǐng)域的主戰(zhàn)場,。如今,，腦機(jī)接口正在掀起新一波創(chuàng)業(yè)風(fēng)口與投資浪潮，人機(jī)融合時代的終極密鑰已被開啟,！參考文獻(xiàn)： 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