从Neuralink开始 美国脑机接口研究迎来春天
原创 海中天 头部科技 2024年11月28日 20:13 北京 16人
文丨海中天将计算机芯片植入大脑原本只存在于科幻世界，但现在离现实越来越近了。从本质上讲，脑机接口 (Brain Computer Interface, BCI) 就是一款设备，它可以连接大脑电信号和数字设备，将大脑信号翻译成设备可以理解的信号。人类的沟通主要依赖视觉、动作、语言等方式，BCI可以将大脑的电活动与外部世界连接，增强人的活动能力。BCI为患者打开一条非肌肉通信通道，获取、处理、分析和翻译大脑信号，然后患者就能控制外部设备和应用。虽然BCI研究如火如荼，但研究人员仍然面临着巨大挑战。例如，即使使用可提供更高信号质量的植入式BCI，保持长期稳定仍然是一个难题。随着时间的推移，由于生物组织反应或机械故障等问题，设备的性能会下降，从而导致可靠性受到影响。
还有，为了使用BCI设备，患者需要经历长时间培训，整个过程耗时耗力，也会带来精神上的折磨。Neuralink专门开发一个APP帮助病人练习，但即使如此，过程仍然繁琐。当我们阅读BCI报道时总是忍不住兴奋，期待过高，认为未来已来。美国密歇根大学直接脑接口实验室主管Jane Huggins提醒说：“我想可能会有实用的BCI出现，但我并不认为它会完全符合各种鼓吹，应该改变一下预期。人们应该有符合现实的预期，理解到BCI毕竟是一项新技术。我们仍在理解它是如何运作的，为什么能运行，为什么不能，需要哪些支持。”在可预期的未来，BCI并不会迎来真正的大突破，但下一代人也许会看到飞跃。BCI还有很远的路要走，今天只是在打基础。让我们带着这样的态度继续阅读今天的文章。
领导者Neuralink今年干了啥BCI之所以突然热闹起来，与马斯克有着千丝万缕的联系，实际上就是与Neuralink的走红有莫大关系。今年1月，Neuralink将N1 Implant植入病人Noland Arbaugh的大脑，植入物使用了1024个电极，有64根比头发丝还细的导线，它可以记录神经活动。导线柔韧性极强、超薄，可以将植入伤害降到最低。
3月中旬，Noland通过Neuralink直播告诉世界他的近况，他能用植入物玩游戏、上网、直播、使用应用程序，一切都是用意念控制光标实现的。5月8日，Neuralink发布消息，它们收回一些导线，导致有效电极数量减少。到目前为止，Neuralink已经将植入物植入两名美国病人的体内。按照Neuralink的说法，第二位病人状况良好，他可以玩视频游戏，可以设计3D模型。
简单来说：Neuralink的第一次人体实验并没有完全取得成功，它的研究也代表着美国BCI的最高水平，当然，第一次实验不成功完全可以理解，我们不能过于苛求。11月26日Neuralink发布消息称，它已经获得许可，将会进行用植入物控制机械臂的实验。也就是说，Neuralink想将植入物放入四肢瘫痪者体内，让他用意念控制外部设备。不论是最新的四肢瘫痪者植入实验还是之前的实验，研究方向是一致的。科幻式的创意不断涌现每隔一段时间，BCI领域就会冒出一些稀奇古怪的点子，是吹嘘？是创新？没有人知道。无论怎样，他们的努力仍然值得认真对待。例如，Neuralink联合创始人Max Hodak与马斯克分道扬镳后，自己带领团队进行冒险。他发明的技术叫“生物混合探针技术”，试图在体外培养神经元，嵌入电子设备，然后植入大脑，形成新的生物连接。
以前的BCI采用的是电极方案，生物混合探针技术对大脑的损伤更小，可以获得更丰富的神经活动信息，如果成功，将是一大突破。从神经元尺度看，即使是很小的电极，破坏性仍然很严重。为了解决这一问题，Max Hodak选择了生物混合架构。研究团队试图用人工手段培养神经元，然后植入大脑，让电子元器件与人工神经元连接。2021年Max Hodak离开Neuralink，创建新公司Science，后来又收购了一家名为Pixium Vision的创业公司。Max Hodak之所以离职创业，主要是因为他看到一段视频，视频中盲人可以通过植入物阅读文本。视频中提到一款名为Prima的芯片，它的面积约为2平方毫米，可以通过手术放置在视网膜上。盲人戴上眼镜，眼镜上有摄像头，摄像头捕捉视觉信息，然后通过红外光将图案投射到芯片上，芯片上有378个光点像素。芯片将光转化为电刺激图案，再将电脉冲输入大脑，大脑会将信号翻译为图像。Max Hodak的研究方向虽然与Prima不同，与Neuralink也不同，但瞄准的都是BCI新技术。
到目前为止，Neuralink已经融资3.63亿美元，Science Corp公司成立没多久，已经从14位投资人手中融资4700万美元。从研究方向看，Science Corp关注的是基因编辑和光遗传学，所谓光遗传实际上就是让光与神经元交互，“生物混合探针技术”正是基因编辑和光遗传学的合体。摩根士丹利：这是一个巨大的机会最近摩根士丹利在一份报告中指出，脑机接口（brain-computer interface，简称BCI）市场将会成为投资者的下一个投资机会，它的潜在市场规模高达4000亿美元。分析师Kallum Titchmarsh说：“在我们看来，BCI是科技界的下一个大机会，如此大的机会相当罕见。实际上BCI研究已经进行100年了，现在它离全面商用只有5年距离，我觉得大家是时候兴奋起来了，抢先一步可以占据先机。”摩根士丹利列出一些值得关注的医疗科技股票，比如Inari Medical、Penumbra、Sight Sciences、Irhythm Technologies、Nevro、Inspire Medical Systems、Embecta。
报告称：“按我们的数据，2035年之前BCI植入式手术创造的营收将达15亿美元，2036年年营收将达5亿多美元，2041年年收入达到10亿美元，达成上述目标是完全可能的。”分析师说，一些神经科技企业正在竞争，它们都想成为BCI市场的苹果。Kallum Titchmarsh认为，在BCI技术商用的前20年，它的渗透率不会太高，2045年之前渗透率不会超过3%。尽管如此，它所创造的市场仍然是巨大的，不需要太高的渗透率就能创造大量营收。
摩根士丹利将BCI市场分为两块，一块是赋能BCI，一块是预防BCI。赋能BCI可以让失能者移动、说话，这些人可能因为神经系统疾病或创伤导致能力丧失。预防BCI可以帮助用户预防一些疾病，比如癫痫、抑郁症。最开始商用时医生可能会用BCI治疗运动神经元病、肌萎缩侧索硬化症、嵴髓损伤、中风、多发性硬化症、脑瘫、截肢、癫痫、抑郁症。这是一个巨大的市场，也是一个充满竞争的市场。马斯克几个月前在X发消息称：“未来没有什么手机，只有Neuralink。”2016年马斯克创建Neuralink，它的估值据说已经达到80亿美元。
除了马斯克，还有一些富豪也在投资BCI企业。例如Synchron，它想将芯片通过血管植入人体，不需要在颅骨上钻孔，该公司已经完成3轮融资，投资者包括微软联合创始人盖茨、亚马逊创始人Jeff Bezos。据报道，Synchron的估值已经达到4亿美元。还有Blackrock Neurotech，它是知名VC Peter Thiel创建的，已经融资至少1亿美元，估值达到3.5亿美元。德国亿万富豪Christian Angermayer也加入了Blackrock Neurotech的董事会。值得重点关注的明星企业摩根士丹利重点关注四家企业，它们分别是Neuralink、Synchron、Precision Neuroscience、和Paradromics。Kallum Titchmarsh说：“我认为成为第一名是相当重要的。在某个医疗领域，同时有4-5家企业竞争是很少见的，一般最多只有三家。”照他的估计，当BCI技术商用后，短短几年内主要竞争者数量会缩减到3家，其它企业会被上市公司收购。
Kallum Titchmarsh称：“在美国已经有三家很大的企业拥有神经调节业务，它们是Medtronic、Abbott、Boston Scientific。看起来BCI市场相当独特，上面所说的大企业目前只是将BCI当成游戏，不想迷失在复杂的研发中。10年内这些大企业中的某一家如果拥有BCI业务，我一点也不会感到惊讶。”上个月，Precision Neuroscience融资9300万美元，估值达到5亿美元。Precision Neuroscience联合创始人Michael Mager说：“我们认为BCI是一种重要的生命科学创新，今天主要应用于麻痹领域，明天会应用于更多不同的场景。”Precision开发了所谓的“Layer 7 Cortical Interface”技术，已经有20多位病人正在进行临床实验，它的技术采用微创方式，不会伤害大脑。
实际上，Precision Neuroscience技术已经超越了医学范围，它涉及到新奇的制造技术、AI技术和机器学习技术。目前Precision Neuroscience正在等待FDA的批准，一旦获准，它可以将芯片植入病人大脑最多30天，但植入手术价格高昂，一个BCI可能要几十万美元。我们简单介绍一下几家明星公司：——Synchron美国医生兼神经科学家汤姆·奥克斯创建的新企业，目标是让患者（比如渐冻症病人）与世界重新连接，他开发了名为Stentrode的设备，面向渐冻症、中风及嵴髓损伤等严重瘫痪患者。Stentrode可以植入大脑血管，膨胀并固定在上矢状窦的壁上（靠近大脑运动皮层的血管）。当Stentrode检测到信号，信号通过导线沿着静脉回传到患者胸部的接收器。
Synchron成立已经12年，累计融资约1.45亿美元。——Precision NeurosciencePrecision Neuroscience的主要产品是名为Layer 7的超薄电极阵列，它不需要穿刺大脑，收集的信息更丰富。单个Layer 7比拇指指甲略大，厚度相当于人类发丝的五分之一，上面有1024个微电极，每个电极和神经元差不多大。手术时，医生只需要在颅骨开一个1毫米的节口，然后让Layer 7薄膜滑入大脑表层。——ParadromicsParadromics成立于2015年，它的目标是帮助失明、失聪、瘫痪患者更好生活。公司已经开发出Connexus BCI系统，它是一种侵入式BCI设备，可以直接连接大脑皮层，高速传输神经信号数据。按照设计，Paradromics会在病人脑组织植入微小电极阵列，测量解读脑信号，通过植入在胸部皮下的无线收发器将信号传输到外部设备。今天我们谈到的全是美国企业，中国也是BCI研究的领先者，读者有兴趣可以观察观察。
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