當馬斯克宣布腦機接口夢(mèng)邁入新階段，全球資本市場(chǎng)又為之一振。

【資料圖】

A股腦機接口概念股在本周連續三個(gè)交易日“狂飆”，多家公司披露股價(jià)異動(dòng)公告，但公告依舊沒(méi)能阻擋住市場(chǎng)對腦機接口的熱烈追捧。

6月1日，腦機接口概念股繼續爆發(fā)，創(chuàng )新醫療、新智認知均5連板，冠昊生物、世紀華通、三博腦科等跟漲。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，腦機接口（BCI）是一種直接在大腦與計算機之間建立通信的技術(shù)。它通過(guò)檢測大腦的信號（通常是電信號），并將這些信號轉化為電腦可以理解的指令，從而實(shí)現人腦對電腦或附著(zhù)在其身體上機器/電子設備的直接控制。

而馬斯克宣布其公司Neuralink已獲得美國FDA（食品藥品監督管理局）批準，將開(kāi)展首次人體臨床試時(shí)，業(yè)內認為是腦機接口邁向商業(yè)化應用的重要里程碑。

果殼網(wǎng)CEO姬十三激動(dòng)評論道：這是腦機接口領(lǐng)域的一大步！碳基+硅基融合有望了，或許，5-10年內就能實(shí)現。

那么腦機接口未來(lái)的前景究竟如何？可以應用于哪些領(lǐng)域？現在又面臨著(zhù)哪些挑戰呢？

什么是腦機接口

國信證券分析師張衡和夏妍曾在2022年的研報中詳細拆解過(guò)腦機接口的概念，研報指出，人的神經(jīng)系統可以大致分為中樞神經(jīng)系統（Central Nervous System，CNS）和外周神經(jīng)系統（Peripheral Nervous System, PNS)。

通常情況下，腦中樞神經(jīng)系統（CNS）的活動(dòng)通過(guò)外周神經(jīng)系統（PNS）連接身體的感覺(jué)、運動(dòng)、語(yǔ)言等信息收發(fā)器官實(shí)現身體內部與外部環(huán)境的信息交互。

腦機接口（Brain-Computer Interface，BCI）狹義上是在大腦與外部環(huán)境之間建立一種全新的不依賴(lài)于外周神經(jīng)（PNS）和肌肉的交流與控制通道，通過(guò)測量和采集中樞神經(jīng)系統（CNS）活動(dòng)，并將其直接轉譯為可被外界人工設備識別的信號或指令，從而實(shí)現大腦與外部設備的直接交流與控制（輸出式BCI）。

除了狹義上的輸出式BCI，廣義的BCI還包括輸入式BCI和交互式BCI：

其中，輸入式BCI主要由外部設備或機器繞過(guò)外周神經(jīng)（PNS）或肌肉系統直接向大腦輸入電、磁、聲和光的刺激等或神經(jīng)反饋，以調控中樞神經(jīng)活動(dòng)。

交互式BCI則是通過(guò)輸出式BCI和輸入式BCI由神經(jīng)反饋構成交互式的閉環(huán)系統。

分析師指出，最初研究腦機接口的主要驅動(dòng)力主要是將其運用于醫學(xué)領(lǐng)域，期望將其用作運動(dòng)障礙患者的新型輔助技術(shù)。

而今，隨著(zhù)人工智能的快速發(fā)展，腦機接口開(kāi)始被用于探索，新型的人機交互方式（元宇宙）：例如直接通過(guò)思維來(lái)操作電腦或虛擬現實(shí)設備；打造“鋼鐵俠”一樣的超級人類(lèi)。

腦機接口的主要技術(shù)

分析師指出，腦機接口的技術(shù)體系主要分為硬件層和軟件層。其中，硬件層包括腦電采集設備和外控設備：

腦電采集設備包括核心部件和器件、電極、芯片、電源和材料；

外控外聯(lián)設備包括機械臂、仿生手、無(wú)人機等。

而軟件層包括生物信號分析、核心算法、通信計算和安全隱私：

腦機理認知方面一定程度上也屬于軟件仿真和實(shí)現的重要方面。隨著(zhù)對腦機理的不斷認知，采集獲取的數據量越來(lái)越龐大，未來(lái)將陸續面臨數據壓縮算法和存儲技術(shù)，以及高通量高速數據無(wú)線(xiàn)傳輸等方面的挑戰。

此外，基于腦電的信息認證及信息安全、隱私保護也將是軟件層重點(diǎn)研究和解決的問(wèn)題。

腦機接口與醫療領(lǐng)域

先從腦機接口在醫療領(lǐng)域的應用來(lái)看，國信證券指出，主要應用場(chǎng)景包括：意識與認知障礙診療、精神疾病診療、感覺(jué)缺陷診療、癲癇和神經(jīng)發(fā)育障礙診療。

在5月29日舉辦的“腦機接口創(chuàng )新發(fā)展論壇”中，中國科學(xué)院院士、世界神經(jīng)外科聯(lián)盟（WFNS）執委趙繼宗介紹稱(chēng)，目前無(wú)論在國內還是國際上，腦機接口在臨床中還處于試驗階段，尚未大面積在臨床上推廣應用，相關(guān)的試驗領(lǐng)域主要有以下幾個(gè)：

一是對意識障礙的病人，通過(guò)腦機接口技術(shù)來(lái)判斷其目前的昏迷程度，將來(lái)有沒(méi)有可能蘇醒，這是一個(gè)目前已經(jīng)在做的工作。

二是關(guān)于脊髓損傷。大家都知道截癱的病人，不管是頸部還是胸腰段的，截癱以后四肢不能動(dòng)或者雙下肢不能動(dòng)，對于這部分病人已經(jīng)成功地在損傷的階段放一個(gè)電刺激器，電刺激器發(fā)出信號以后，可以幫助病人恢復行走。

如何能夠通過(guò)腦來(lái)控制它，不是通過(guò)刺激器來(lái)控制是下一步的研究方向，如果能夠通過(guò)腦子來(lái)控制刺激器，這樣就能夠完成真正的腦脊髓接口。

三是在采集信號領(lǐng)域。病人本來(lái)是麻醉狀態(tài)，現在通過(guò)術(shù)中清醒把病人喚醒，就可以采集信號，比如運動(dòng)狀態(tài)下5個(gè)手指在不同的區域，過(guò)去只是說(shuō)這個(gè)手在哪，現在我們可以精確到每個(gè)手指在哪，這樣對將來(lái)的腦機接口電極放在什么部位可以提供一些技術(shù)上的支持。

腦機接口——元宇宙的入口？

國信證券指出，在娛樂(lè )領(lǐng)域，或許腦機接口是元宇宙的入口。

腦機接口在發(fā)展過(guò)程中正逐步與玩具、VR/AR結合，而這也構成了當前進(jìn)入虛擬3D數字世界的主要方式：

通向“元宇宙”的8個(gè)關(guān)鍵特征，即Identity（身份）、Friends（朋友）、Immersiveness（沉浸感）、LowFriction（低延遲）、Variety（多樣性）、Anywhere（隨地）、Economy（經(jīng)濟）、Civility（文明）

美國科技公司 Cognixion 在 2020年發(fā)布了基于腦機接口的 AR 頭顯，可在屏幕、游戲、電話(huà)、辦公影音等多個(gè)場(chǎng)景實(shí)現沉浸式體驗。

目前腦機接口游戲產(chǎn)品主要以評估專(zhuān)注力為主的初級游戲為主。游戲模式相對簡(jiǎn)單，與移動(dòng)游戲產(chǎn)業(yè)最初的“捕魚(yú)”“切水果”模式類(lèi)似。

據上海市人工智能行業(yè)協(xié)會(huì )2021年發(fā)布的報告顯示，未來(lái)五年(2021年-2025年)全球范圍內廣義的腦機接口市場(chǎng)規模有望達到3300多億美元，主要應用于醫療、游戲娛樂(lè )和教育科技等領(lǐng)域；而以腦機接口設備為代表的狹義市場(chǎng)規模約為25億美元。

根據麥肯錫于2020年出具的研究報告，預計腦機接口相關(guān)市場(chǎng)規模在2030-2040期間可達700億-2000億美元。

腦機接口發(fā)展仍面臨諸多挑戰

不過(guò)，腦機接口產(chǎn)業(yè)技術(shù)十分復雜，距離現象級應用還面臨諸多困難。

首先，腦電信號采集方法有待改進(jìn)。1）侵入式接口最大的挑戰是手術(shù)如何將對腦部的損傷降到最低，并且隨著(zhù)植入時(shí)間延長(cháng)，穿刺電極被炎癥細胞包裹，會(huì )導致信號缺失；2）非侵入式信號較差，腦電信號采集過(guò)程中，夾雜著(zhù)不少干擾成分，如肌信號干擾等，因此設計抗干擾能力強的腦電信號采集設備等問(wèn)題有待解決。

其次，軟件系統穩定性、自適應性較差，信號處理方式和信息轉換速度有待提升。如何改善信號處理方法使之系統化、通用化，從而快速、精確、有效地設計出實(shí)用腦機接口系統的問(wèn)題也有待研究。

侵入式腦機接口對植入芯片的軟硬件要求較高。1）硬件設計開(kāi)發(fā)上，植入芯片對集成工藝、微加工制造技術(shù)、測試技術(shù)、感應供電提出新要求；2）軟件系統上，植入芯片的軟件系統則對數字模塊架構和邏輯設計、建模、驅動(dòng) 程序、信號放大、模數轉換、數據壓縮、編解碼提出較高的要求。

如何把信號精確地傳送到腦內相關(guān)技術(shù)有待探索。該技術(shù)的實(shí)現才意味著(zhù)實(shí)質(zhì)性的腦機互動(dòng)、甚至實(shí)現腦腦互動(dòng)。由于大腦對視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)等感知非常復雜，不是單一而是混合的，如何進(jìn)行多模態(tài)感知的混合解析，并高效地編譯為腦可“讀”的“兼容數據”，這些技術(shù)挑戰仍需要有待探索。

海南博鰲醫療科技有限公司總經(jīng)理鄧之東此前在接受媒體采訪(fǎng)時(shí)總結指出，腦機接口涉及設備、腦電采集、無(wú)線(xiàn)通信、信號處理、存儲介質(zhì)、交互系統、芯片算法等諸多環(huán)節，芯片和算法是技術(shù)難點(diǎn)，腦信號的模擬和“寫(xiě)入”機制尚不明確，交互設備尚未實(shí)現標準化量產(chǎn)，交互方法不成體系。

本文主要觀(guān)點(diǎn)來(lái)自國信證券分析師張衡（S0980517060002）等發(fā)表的研報《元宇宙系列深度研究：腦機接口現狀與未來(lái)》，有刪節

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