马斯克、陈天桥都押注的脑机接口，未来何时来？
图片来源@视觉中国
文 | 光锥智能，作者｜陈思
失语者重新“开口说话”，失聪者再次听到声音，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术。
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13亿元人民币），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，似乎每次都踩在时代的前面，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。
众多人的目光再次投向这个看似前沿、甚至有些科幻的领域，实际上，这里的商业世界早已开启。
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全年 9700 万美元的三倍。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。市场研究机构Valuates Reports预计，全球脑机接口市场规模2027年有望达到38.5亿美元。
让失语者重新“开口说话”，失聪者再次听到声音，四肢瘫痪者可以自由活动...脑机接口技术真的有这么神奇吗？
让失语者用脑电波说话，不再是科幻
在科幻电影《黑客帝国》中，这台可以进入虚拟世界的设备可是给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方式，成功将脑电波转化为完整句子。
大约15年前，当时只有20多岁的患者因为大动脉破裂而中风，更为不幸的是，这条大动脉恰巧为大脑供血。自此之后，这名男子无法控制四肢，也丧失了语言功能，因为他无法控制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控制键盘，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，研究人员为他进行了更高级的设备升级：通过将电极植入这名中风者大脑，用以接收信息，然后将接收到的信息翻译成单词，在屏幕上显示，让失语的中风患者重新开口“讲话”。也就是说，这名男子不再需要移动头部，只需要想一想自己要表达的内容，计算机就能将脑波变成单词句子。
这种技术正式名为“脑机接口”（brain-computer interface，BCI），简言之，BCI就是利用设备将脑电波翻译为“意图”或者可以执行的输出结果。
（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，用户只需要戴在头上就行；另一种是侵入式，需要通过手术植入电极，用于辅助捕捉脑波信号。
第一台脑机接口设备诞生于1973年，制作者是加州大学洛杉矶分校的比达尔教授。当时，研究人员通过意念操纵屏幕上的光标走完了一个迷宫，虽然只是一个看似简单的操作，但想想看，这可是1970年代，相信这样的演示即便放到今天也足够科幻与震撼。
不同于今天相对更主流的侵入式脑机接口，当年的实验采用的是基于脑电波的非侵入式脑机接口。可谁都没想到，这样一个简单的实验，却正式开启了脑机接口技术时代的到来。
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，再到今天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信号的简单功能，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，脑机接口甚至可以让失语者重新“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介绍：
首先，通过将电极阵列放在接受脑部手术的病人头颅内——此处需要注意，该实验的前提是，病人大脑中语言功能的部分要能够正常工作。
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信号转化为声道咬合关节运动，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，你可以自己这样尝试：先在脑海里想一句话，然后不张嘴，想象说出这句话的时候需要用什么样的口型、舌头会怎么运动——这样的想象产生的脑波信号会被电极记录，并通过AI建立模型，而这个模型在之前已经多次训练，学习了人在讲话调动面部肌肉时，脑部会产生什么样的信号。
最后，再经过一套模型的合成，病人想要表达的文字就出现在了屏幕上。
（实验结果演示 | 来源：实验团队官方视频截图）
相比过去一个字母一个字母去拼写，这种新方式等于直接预测了病人想要说出的每个单词，速度更快并且也不需要借助键盘，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%，有时甚至会超过90%。
不难看出，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、甚至意外事故的伤害；另一方面，也证明了脑机接口技术和AI技术的融合在不断加强。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甚至句子，从各种意义上来说，这都是一次不小的突破。
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，脑机接口是一门好生意吗？
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技术。在随后的几十年里，研究人员一直用动物做研究，为BCI技术打基础。直到1990年代中期，研究人员才用人类测试BCI设备。
由于脑机接口技术难度大，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，在脑机接口的发展历程中，研发人员们优先考虑的还是它的医疗与学术价值，尤其是医生们希望能用它能解决脑损伤问题。
比如在中国，已经有医疗团队将脑机接口技术应用在了临床上。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，从而意念控制机械手臂的三维运动完成进食、饮水和握手等一系列上肢重要功能运动。
虽然大部分研究与产品还停留在实验阶段，但目前在脑机接口领域，还是诞生了一项不论是技术或是商业化，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在一次实验中发现了电刺激听觉系统产生声音感觉的现象；到了20世纪，一次外科手术中，医生通过将电线与失聪患者的神经连通，使患者在电刺激下成功听到了微弱的声音。
直到1969年，美国医生William House与Jack Urban协力开发出了第一款可穿戴式的人工耳蜗，不过，这款人工耳蜗仅有一个电极，只能辅助患者读唇语；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，世界上第一台多通道人工耳蜗在奥地利维也纳进行了植入。
随着技术的不断成熟，与社会对于人工耳蜗接受度的提升，这一产品也在发展中成功实现了商业化。
目前，在全球人工耳蜗市场上，有三大人工耳蜗设备制造厂商共占据全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%）。
其中，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。
据了解，科利耳的全球雇员超过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，科利耳为全球听力市场提供了超过55万种植入式设备，帮助来自100多个国家超过45万名各年龄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，最早采用的正是前文中提到的Graeme Clark教授开发的技术。
凭借技术上的优势，科利耳率先完成商业化，并且在之后的发展中投资、收购了人工耳蜗产业链上的其他公司。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器械公司EarLens；甚至在2017年，科利耳还投资了人工智能公司Otoconsult，后者提供的技术有望使耳蜗植入物更快、更一致地安装，从而为患者提供最佳的听力结果。
从科利耳的案例中不难看出，脑机接口若要实现商业化，有这样几个要素是必需的：
（1）成熟的核心技术
从技术上来说，人工耳蜗的成功说明了，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术。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：至少要让接受植入者达到恢复生活自理能力的水平。
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简单的操作，比如抓取物体、脑波打字等等，有一定的实用性，但暂时无法大规模使用。
此外，人工耳蜗对于可以接受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）成熟的产业链
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、信号发射器；体内部分包括信号接收及解码模块、刺激电极阵列。在这些设备中，植入材料、电极材料、技术组合等都需要相应的公司来参与生产，发展至今产业链条已相对成熟。
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产业链尚不清晰，且由于技术限制无法对设备进行大规模生产，想要商业化似乎暂时无法实现。
（3）成熟的社会接受度
人工耳蜗从正式诞生到被社会大众接受，至少经过了二十年的时间，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，伦理这一关似乎也是不得不过的，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任度，或许可以更高些。
不过，正因为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其中开拓市场，在资本的簇拥下，或许用不了多久，脑机接口技术也能从学术走向消费市场。
企业纷纷入局，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就是开发一款头戴式设备，让设备读取“意识”，将意识变成文字，每分钟可以转化100个单词。
有观点认为，Facebook不使用侵入式设备，可能是想将BCI设备与AR/VR结合在一起使用。
7月30日，Facebook一直资助的加州大学旧金山分校（UCSF）的脑机接口技术研究团队，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实现几乎实时的言语意念文本键入的同时，它也宣布将放弃头戴式脑机接口研究，专注基于手腕的可穿戴设备，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头角。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”，进而将意识转化为文字。BrainGate声称自己的设备在转化速度上是其它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。据了解，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 合作的，共同目的是探索脑机接口技术的软件落地。甚至，阿里巴巴还专门开发了用于“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，采用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。该合资公司名称暂定为广州华南脑控智能科技有限公司，注册资本4176.87万元人民币。
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说明了，中国企业也希望在脑机技术行业的初级阶段，占有一席之地的想法。
与此同时，一些正在孵化阶段的初创公司也正在慢慢走上舞台，大有成长为明星公司之势。
前文提到的清华系的NeuraMatrix公司，已获得数百万美元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，但是仍然是值得重点关注的对象。
不过，即便有相当规模的群体认为：脑机接口技术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术的光明前景。研究人员发现，治疗多动症、阿尔茨海默病、癫痫时，脑机接口技术可以找到用武之地，甚至还可以用于缓解抑郁、焦虑和恐惧。
另有一些人认为，在医疗场景之外，如果能用意识控制硬件、软件，控制的速度会比手指高很多，这样就能大幅提升生产力。他们觉得，如果BCI大规模应用，用户就能通过意识在互联网交流，抛弃智能手机屏幕、键盘；一旦BCI真的普及，改变的可不只是手机——残疾人可以用大脑控制轮椅、工作人员可以用大脑控制机器人手臂、驾驶员可以用大脑控制直升飞机、脑波可以成为密码，这对于世界的改变将会是颠覆性的。
未来似乎很美好，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：
- https://vcbeat.top/40659
- http://med.china.com.cn/content/pid/254499/tid/1026
- https://www.sciencealert.com/scientists-have-converted-a-paralyzed-man-s-brain-waves-to-speech
- https://www.the-scientist.com/news-opinion/brain-computer-interface-user-types-90-characters-per-minute-with-mind-68762
- https://www.mobihealthnews.com/news/facebook-backed-study-gives-individual-severe-speech-loss-restored-communication-abilities
- https://spectrum.ieee.org/tech-talk/biomedical/bionics/exclusive-neuralinks-goal-of-bestinworld-bmi
- https://www.wraltechwire.com/2020/11/11/brain-computer-interface-technology-debate-cant-wait-say-ncsu-researchers/
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