当地时间2022年11月30日，脑机接口(Brain Computer Interface，BCI))公司Neuralink举办了一次名为Show & Tell的技术展示活动。在该活动上，公司创始人Elon Musk展示了一段植入脑机接口设备的猴子，使用“意念”打字、玩电子游戏的视频。
据介绍，实验猴可按照屏幕上的提示键进行“操作”，脑机接口设备可读取猴脑活动信息，来移动屏幕上的光标从而完成打字操作。而在2021年，Neuralink的猴子实验还只能玩弹球游戏。Musk指出，实验猴仅是移动光标点亮字符，而不是理解字符的意义。根据Neuralink的说法，该技术可助力四肢瘫痪的人，让其通过控制鼠标指针来沟通。
不同于《阿凡达》、《蜘蛛侠2》、《攻壳机动队》、《银翼杀手》、《黑客帝国》等科幻电影，现实中的脑机接口应用并不如想象中的“赛博朋克(Cyberpunk)”。当前，脑机接口主要应用在医学领域，为沟通/行动不便者提供额外的沟通/运动能力。
在脑机接口技术中，最成熟的一类应用当属人工耳蜗。早在上个世纪70年代，就已经出现了人工耳蜗技术，该技术包括体外和体内两部分，体外部分负责收集声音，把声音转换成电信号，体内部分主要是阵列电极，把电信号传递给听神经，再通过听神经传入中枢产生听觉。
除了人工耳蜗技术之外，近十余年来，更多脑机接口技术有了新突破。脑机接口技术的突破，带动该新兴市场正在起飞。
图1：近十余年脑机接口实际应用案例（不完全统计） 制表：国际电子商情 资料来源：各企业官网
自带热搜体质的Musk，在Neuralink的宣传工作上不费余力。“大脑植入芯片的猴子通过意念玩游戏”，乍看上去这个试验显得惊世骇俗，其实猴子是常见的医学试验对象。只有通过动物试验之后，才会在人体上进行下一步的临床试验。医学类器械最终免不了人体实验，对此Musk透露说，Neuralink已向FDA向提交了文件，最快将在半年内展开人体试验。
Musk为Neuralink公司规划的目标是：解决大脑和脊柱损伤，通过芯片植入部分恢复视力和听力，以及治疗老年痴呆症等。除了博人眼球的脑部植入产品之外，Neuralink还有两款产品：其中一款是脊椎植入物，帮助瘫痪患者恢复运动能力，另一款是眼部植入物，可帮助视觉障碍者改善或恢复视力。比如，眼部植入物的技术原理是，通过刺激大脑的特定部位，在其中形成相应的图像像素点从而达到恢复视力的目的。
也许会有人觉得，在大脑中植入芯片令人难以接受。实际上，在大脑中植入芯片是有先例的，在医学领域，曾有癫痫、帕金森氏症和强迫症患者，在大脑植入物体而获得了较好的治疗效果。
图2：三类脑机接口信号采集方式 制图：国际电子商情 资料来源：各机构研报
说到“植入”，这类脑机接口信号采集方式，往往是指侵入式和半侵入式，这些方式会经历开颅手术，相对来说存在一定的手术风险。如果根据信号采集方式来划分，脑机接口技术主要可分为侵入式、非侵入式和半侵入式三种类型：
侵入式(植入式)脑机接口技术在医疗领域有应用，可能率先落地并带来市场收益的是神经替代、神经调控相关技术和产品。2004年，Cyberkinetics公司“犹他阵列电极”获得美国FDA批准上市，并开展了首次关于运动皮层脑机接口临床试验，尝试通过运动意图来完成对机械臂的控制。
不过，最初的“犹他阵列电极”植入的是硬质电极，手术创伤大、感染风险高、排异反应大、体内工作时间短。研究人员发现，在长时间的植入后，犹他电极周围会形成瘢痕组织，从而失去效果。
在此基础上，研究人员把硬质电极换成了柔性电极，进一步降低手术创口、感染风险和使用寿命。例如，中国的脑虎科技(NeuroXess)自研的微创侵入式高通量柔性脑机接口技术，打破了国外技术垄断。目前，该公司的微创植入式高通量柔性脑机接口系统已完成在鼠、兔、猴等多种动物模型上的应用测试，柔性神经电极单器件集成上千通道，分辨率达到单神经元精度，植入创口<0.7mm，在体时间超过8个月。
据中国电子技术标准化研究院《脑机接口标准化白皮书2022》显示：现在，脑机接口核心软硬件产品全球市场估算为十多亿美元，神经调控软硬件产品全球市场规模约为百亿美元。可推动神经系统疾病的数字疗法走向应用，将撬动达到数千乃至万亿规模的睡眠调控、消费娱乐、神经疾病治疗市场。
在目标群体方面，脑机接口有庞大的用户基数。据中国残联统计数据，我国肢体残疾2472万人，视觉障碍群体将近1800万，听力残疾人数达2780万人。另据不完全统计，我国老年痴呆患病率为6%，抑郁症和焦虑症患病率接近7%，其他神经系统疾病患者过千万人，并随着老龄化程度提高而快速增长。因此，根据以上数据可预测出，神经重塑、神经替代、神经调控脑机接口技术，将拥有数十万亿规模的市场空间。
麦肯锡在2020年发布的报告显示：预计在未来10-20年内，脑机接口设备将产生700至2000亿美元的年市场价值。同时，该机构也强调称，脑机接口市场想要大规模商业化，除了进一步发展技术之外，还需要解决伦理问题。
伴随脑机接口技术逐渐成熟，该技术应用将普及到健康人群中，如何让普罗大众接受该类技术，是脑机接口企业未来需要解决的难题之一。大家在科幻作品中经常看到的，黑客侵入脑机接口系统导致的一系列安全危机，诸如这类安全事件需要如何防范和解决？这都是需要从业者和立法者思考和重视的问题。
世界各国已经将脑科学研究列入重点规划。美国早在1989年就发布了《全国性脑计划》，日本在1996年启动脑科学研究，韩国和加拿大分别于2016年、2017年启动“脑计划”。
2016年3月，中国的“脑计划”正式诞生，“脑科学与类脑研究”被列为“科技创新2030重大项目”。脑科学以探索大脑秘密并攻克大脑疾病为导向，类脑研究以建立并发展人工智能技术为导向。在“十四五”规划和2035年远景目标中，人工智能和脑科学也被列为国家战略科技力量。
脑机接口需要实现脑电信号的预处理、信号通信、部分信号处理环节，其产业链目前可分为上游、中游、下游三个环节。上游包括脑电采集设备(电极帽/微探针/微电极)、BCI芯片、处理计算机/数据集&处理算法、操作系统级分析软件、外部嵌套等，中游包括脑电采集平台、脑机接口设备，下游包括各种应用领域。
从产业链各环节来看(详见表1)，脑机接口产业上游参与者包括芯片和脑电采集设备商、操作系统和软件商、数据分析商等，中游主要是脑机接口产品提供商，下游有医疗健康、教育培训、游戏娱乐、智能家居、军事国防等应用领域。
表1：脑机接口产业链（不完全统计）
全球脑机接口产业链发展仍在初期阶段，其上游设备尚未实现标准化量产，自研BCI芯片和算法是核心技术壁垒。我国脑机接口产业链发展还不够完善，芯片等环节发展也较为薄弱，当前主要以德州电气(TI)、意法半导体(ST)等国际大厂为主。
由于BCI芯片涵盖了模拟、数字、通信等多种功能，其技术门槛在于模拟电路设计挑战大、低功耗要求高，且具备无线能量传输能力。如今，BCI芯片主要有两种方案——通用方案和专用ASIC方案——比如，Neuralink、布朗大学，复旦大学等，设计了脑机接口专用ASIC芯片。
2019年，Neuralink发布的N1芯片，集成了具有超高信噪比、超低功耗的放大器前端、ADC及片上信号处理系统，并采用了蓝牙无线传输方式；2021年初，复旦大学自研BCI芯片第五次流片，这款64通道BCI芯片使用13.56MHz频段，具备无线能量充电与指令传输，速率大54Mbit/s，芯片模组续航超过24小时。
表2：脑机接口独角兽企业（不完全统计）
全球脑机接口领域独角兽公司代表有：Neuralink、NeuroPace、MindMaze、Kernel、Dreem、神念科技、博睿康等。通过表4可知，在这些独角兽企业中，主要以非侵入式BCI为主，相信随着硬件的更新迭代和人工智能技术的不断升级，可穿戴非入侵式BCI设备所采集到的脑电精度可达到医疗级别，这也是非侵入式BCI赛道的发展动力。
近年来，侵入式BCI也有较大的技术突破。2021年7月，Synchron获得了FDA的审批，对永久性植入脑机接口启动了临床试验，预计其产品最快于2024年正式上市；Blackrock Neurotech计划在2023年把其脑机接口系统推向市场，该公司有望成为全球首家商业化BCI技术的公司。
虽然现在谈论脑机接口产业链还尚早，但是脑机接口行业已经受到了资本的青睐。
以美国脑机接口公司Synchron为例，该公司于2016年在加州成立，致力于研发侵入式BCI设备。自2017年获1000万美元A轮融资以来，截至2022年12月末，该公司已经获得了C轮融资，本轮融资总额为7500万美元，由ARCH Venture Partners领投，Gates Frontier、Bezos Expeditions、Greenoaks、盛大集团等参与融资。
中国脑机接口行业的投融资热度，主要集中在可穿戴BCI设备、脑疾病的影像诊断、脑认知康复等非侵入式BCI上。关注脑机接口技术的投资机构有红杉中国、荷塘创投、中国电子等。
相信随着脑机接口技术的进一步突破和该行业的进一步商业落地，未来我们也能看到更多的资本涌入该行业，同时相关市场会出现更多的产品形态。
