前言導(dǎo)讀
腦機(jī)接口(Brain-Computer Interface,BCI 或 Brain-Machine Interface,BMI),指在人或動物大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接,實現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。腦機(jī)接口是一種測量中樞神經(jīng)系統(tǒng)活動并將其轉(zhuǎn)換為替代、恢復(fù)、增強(qiáng)、 補(bǔ)充或改善自然中樞神經(jīng)系統(tǒng)輸出的系統(tǒng),以改變中樞神經(jīng)系統(tǒng)與其外部/內(nèi)部 環(huán)境正在進(jìn)行的交互。
BCI 一直是研究人員感興趣的領(lǐng)域。最近,它已成為一個迷人的科學(xué)探究領(lǐng)域,并已成為證明大腦與技術(shù)之間直接聯(lián)系的可能手段。許多研發(fā)項目都貫徹了這一理念,也成為科學(xué)探究中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。腦機(jī)接口的研究可以追溯至二十世紀(jì)七十年代,經(jīng)過近五十年的研究,腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段,目前,腦機(jī)接口技術(shù)正處于第三個階段——技術(shù)爆發(fā)階段。
根據(jù)Value Reports的報告,2027年,全球腦機(jī)接口的市場規(guī)模約230億人民幣,年復(fù)合增長率約13%。據(jù)臻泰智能介紹,盡管我國腦機(jī)接口純設(shè)備的市場規(guī)模不足百億人民幣,但在使用場景中與具體產(chǎn)業(yè)(如老齡化、心理疾病等)的結(jié)合具有明顯的放大效應(yīng),未來可能達(dá)到千億規(guī)模。
技術(shù)根源
毫無疑問的,對于腦機(jī)接口而言,其技術(shù)根源還是在于“大腦”。
對于我們?nèi)祟惗?,眾所周知的,大腦中有 860 億個神經(jīng)元,神經(jīng)元用于發(fā)送和接收信息。盡管神經(jīng)元有許多不同的類型,但它們通常由三部分組成:接收信號的樹突、計算信號的細(xì)胞體和發(fā)出信號的軸突。
神經(jīng)元通過突觸連接,大腦的神經(jīng)元通過稱為突觸的軸突-樹突相互連接以發(fā)送和接收信號,比如饑餓信號或者是能量補(bǔ)給信號,神經(jīng)元通過電信號進(jìn)行交流,動作電位導(dǎo)致突觸釋放神經(jīng)遞質(zhì),這些小分子與樹突上的受體結(jié)合,打開導(dǎo)致電流流過神經(jīng)元膜的通道,當(dāng)神經(jīng)元接收到時空突觸輸入的“正確”組合時,它會啟動動作電位。
基本原理
我們通常所認(rèn)為的腦機(jī)接口是利用中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的信號,在不依賴外周神經(jīng)或肌肉的條件下,把用戶或被試的感知覺、表象、認(rèn)知和思維等直接轉(zhuǎn) 化為動作,在大腦與外部設(shè)備之間建立直接的交流和控制通道。
腦機(jī)接口的基本原理是利用無創(chuàng)的腦電(EEG)、功能磁共振(f MRI)、功能近紅外(f NIRS)、腦磁(MEG)或有創(chuàng)的皮層腦電(ECo G)、微電極陣列(MEA)等腦信號獲取技術(shù),采集并解碼大腦活動信號,然后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的指令控制外部設(shè)備。
.腦機(jī)接口原理示意圖
發(fā)展脈絡(luò)
1929年:Hans Berger 教授首次發(fā)現(xiàn)腦電波,人們就推測它可能用于交流和控制,至此,針對腦機(jī)接口技術(shù)的研究正式開始。
1935年:哈佛醫(yī)學(xué)院的 Frederic Gibbs、Hallowell Davis 和 William Lennox 報告了使用 EEG 來改善癲癇癥的可能性。
1952年:西班牙神經(jīng)科學(xué)家 José M Delgado 開始將配備無線電的電極陣列植入動物和人類體內(nèi)。
1970年:美國國防高級研究計劃局啟動了一項利用 EEG 探索大腦通信的計劃。
1973年:加州大學(xué)洛杉磯分校的 Jacques Vidal 教授創(chuàng)造了“腦機(jī)接口”一詞,并提出了腦
機(jī)接口項目的目標(biāo),以分析 EEG 信號。
1987年:美國科學(xué)家Phillip Kennedy通過將神經(jīng)營養(yǎng)錐電極植入猴子體內(nèi),構(gòu)建了第一個皮質(zhì)內(nèi)腦機(jī)接口。
1997年:美國食品和藥物管理局批準(zhǔn) DBS 用于治療特發(fā)性震顫和帕金森?。S后于 2003 年批準(zhǔn)用于治療肌張力障礙和 2018 年用于癲癇)。
1999年:召開的第一屆腦機(jī)接口國際研討會首次給腦機(jī)接口明確的定義。
步入21世紀(jì)以后,人們對腦機(jī)接口的興趣與日俱增,各類研究機(jī)構(gòu)和公司紛紛投入此項研究?;谄邢?,對于21世紀(jì)后腦機(jī)接口的相關(guān)發(fā)展脈絡(luò)不在本文中展示,感興趣的讀者可以與筆者取得聯(lián)系,共同交流學(xué)習(xí)。
重點關(guān)注的腦機(jī)接口企業(yè)
目前,腦機(jī)接口廣泛關(guān)注,顯然腦機(jī)接口是一個廣闊的市場,眾多廠家紛紛進(jìn)入,賽道前景非常樂觀。筆者致力于并持續(xù)的對腦機(jī)接口進(jìn)行了研究,目前已梳理全球范圍內(nèi)近800家企業(yè)機(jī)構(gòu),形成了頗有成效的全球腦機(jī)接口企業(yè)信息數(shù)據(jù)庫。筆者從諸多企業(yè)機(jī)構(gòu)中選擇了多家進(jìn)行重點關(guān)注。
1、Neuralink
作為埃隆·馬斯克(Elon Musk)的合資企業(yè),Neuralink正在開發(fā)一種通過機(jī)器人輔助程序放置在大腦中的植入物。
馬斯克過去曾表示,侵入性較小的Link裝置(與其他植入胸部區(qū)域的深部腦刺激系統(tǒng)相比)是通過顱骨植入的。這位企業(yè)家聲稱,它可以在不到一個小時的時間內(nèi)在門診環(huán)境中植入,而無需使用全身麻醉,可以選擇移除或升級。
在 2020 年的一次網(wǎng)絡(luò)直播中,馬斯克將 Link 描述為一種帶有可充電電池的小型設(shè)備,可持續(xù)使用一整天,將電線嵌入大腦皮質(zhì)表面,可同時連續(xù)記錄 1,024 個神經(jīng)信號通道。它有一個用于跟蹤頭部運動的六軸慣性測量單元,更多用于溫度等可測量的傳感器,以及一個與智能手機(jī)應(yīng)用程序連接的藍(lán)牙天線。
雖然馬斯克和公司官員表示,他們計劃在2020年申請F(tuán)DA批準(zhǔn)人體試驗,但尚未獲得任何此類批準(zhǔn)。今年早些時候,Neuralink和加州大學(xué)戴維斯分校被負(fù)責(zé)任醫(yī)學(xué)醫(yī)師委員會(PCRM)指控“嚴(yán)重違反動物福利法”,引用了通過公共記錄訴訟獲得的文件。這些指控聲稱Neuralink給猴子造成了極大的痛苦。
多份報道稱,馬斯克對Neuralink進(jìn)展緩慢表示失望,但他吹捧了一個“展示和講述”,將展示Link設(shè)備在2022年10月31日的位置。
2、Synchron
Synchron,通過導(dǎo)管輸送的Stentrode腦機(jī)接口(BCI)植入物的開發(fā)商 - 目前普遍認(rèn)為他們是唯一一家利用血管捕獲大腦信號的BCI公司。
Synchron認(rèn)為,血管內(nèi)輸送方法可以使腦機(jī)接口技術(shù)比侵入性開放腦手術(shù)的替代選擇更簡單,更安全,更容易獲得。
上個月,該公司通過血管內(nèi)方法在美國完成了腦機(jī)接口植入。Stentrode設(shè)備是作為Synchron的Command試驗的一部分植入的,在FDA研究設(shè)備豁免下運行,以評估永久植入的腦機(jī)接口。
Command將評估該公司的運動BCI技術(shù)在嚴(yán)重癱瘓患者中的安全性和有效性,旨在使患者能夠免提控制數(shù)字設(shè)備。研究結(jié)果包括使用大腦數(shù)據(jù)來控制數(shù)字設(shè)備并實現(xiàn)功能獨立性的提高。
據(jù)報道,Synchron崛起為競爭對手BCI開發(fā)商引起了馬斯克的注意,據(jù)說馬斯克曾向該公司詢問過一項潛在的投資。沒有提供關(guān)于該交易是否涉及compa345anies的合并,收購,合作或任何其他類型的合并的細(xì)節(jié)。
3、Blackrock Neurotech
雖然一些公司最近在BCI方面的進(jìn)步掀起了波瀾,但貝萊德的技術(shù)測試已經(jīng)在人類患者中進(jìn)行了近20年。自2004年以來,通過研究,Utah Array植入物一直在患者中使用,從那時起,F(xiàn)DA報告的嚴(yán)重不良事件為零。
2021 年,貝萊德神經(jīng)科技的 MoveAgain BCI 系統(tǒng)獲得了 FDA 的突破性設(shè)備指定,該系統(tǒng)為行動不便的患者提供了僅通過思考來控制一系列設(shè)備的能力。該公司在獲得突破性點頭時表示,MoveAgain BCI可以提供更好的流動性和獨立性,從而重返工作崗位,參加休閑活動并更有效,更快速地進(jìn)行溝通。
MoveAgain BCI包括一個植入大腦的陣列,然后解碼神經(jīng)元活動的運動。然后將信號無線傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備,如光標(biāo)或輪椅,讓人們控制他們的外部環(huán)境。
貝萊德和匹茲堡大學(xué)的康復(fù)神經(jīng)工程實驗室(Pitt RNEL)合作開發(fā)了第一個便攜式腦機(jī)接口(BCI),允許患者在家中參與研究試驗。貝萊德的一位代表表示,這是該公司準(zhǔn)備明年初推出第一款商業(yè)產(chǎn)品的最后一步。
如果該設(shè)備商業(yè)化,它將標(biāo)志著人類首次在學(xué)術(shù)研究之外連接到計算機(jī)。
Blackrock Neurotech11月16日公布了用于其腦機(jī)接口(BCI)技術(shù)的Neuralace下一代神經(jīng)接口。
它將Neuralace平臺設(shè)計為超高通道數(shù)的柔性電極。該公司在一份新聞稿中表示,它提供了對其未來BCI的推動的技術(shù)的一瞥。在視覺上看起來像一塊蕾絲。它比睫毛還細(xì)??梢杂酶鞣N材料和圖案來設(shè)計它,它可以在大腦表面的大片區(qū)域進(jìn)行設(shè)計。
4、ClearPoint Neuro
ClearPoint Neuro 于2021 年 7 月與貝萊德神經(jīng)科技達(dá)成協(xié)議,開發(fā)一種自動化手術(shù)解決方案,用于將 BCI植入神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者體內(nèi),包括癱瘓、ALS、失明和聽力損失。
總部位于加利福尼亞州索拉納海灘的ClearPoint Neuro當(dāng)時的合作旨在利用其平臺和軟件與Blackrock Neurotech的猶他州陣列,為外科醫(yī)生提供臨床解決方案,該解決方案比迄今為止進(jìn)行的其他BCI植入手術(shù)更加精簡和有效。
今年早些時候,ClearPoint宣布與總部位于北卡羅來納州達(dá)勒姆的Higgs Boson Health合作,將基于ManageMySurgery平臺的面向患者的數(shù)字應(yīng)用程序推向市場。該應(yīng)用程序?qū)iT用于向大腦和脊柱輸送藥物,以及BCI技術(shù)。
5、BrainGate
BrainGate的神經(jīng)技術(shù)使用一系列植入大腦的微電極,讓人類只需思考即可操作計算機(jī)或機(jī)械臂等外部設(shè)備。研究性的BrainGate系統(tǒng)允許患有脊髓損傷,腦干中風(fēng)和ALS的人只需考慮自己癱瘓的手和手臂的運動即可控制計算機(jī)光標(biāo)。
該公司已獲得FDA研究設(shè)備豁免,用于腦機(jī)接口技術(shù)的人體試驗。2021 年 4 月,患有四肢癱瘓的 BrainGate 臨床試驗參與者展示了皮質(zhì)內(nèi)無線、高帶寬 BCI 與外部無線發(fā)射器的使用。
BrainGate在其網(wǎng)站上表示,早期的臨床研究表明,該系統(tǒng)對先進(jìn)的假肢具有直觀的控制。該公司聲稱,該系統(tǒng)為癱瘓患者提供了對強(qiáng)大的輔助運動和通信設(shè)備的輕松控制。
6、Neurable
Neurable最初是虛擬現(xiàn)實(VR)應(yīng)用程序的開發(fā)商,包括2017年推出的一款精神控制的VR游戲。
福布斯的一份報告稱,在2019年籌集了600萬美元的A輪融資后,該公司的目標(biāo)是以耳機(jī)的形式為消費者開發(fā)日常BCI產(chǎn)品。
“我們希望成為一家讓每個人都能輕松訪問神經(jīng)技術(shù)的公司,”該公司的網(wǎng)站寫道。
Neurable首席執(zhí)行官Ramses Alcaide博士告訴福布斯,使用VR展示了概念并證明了BCI技術(shù)的早期價值,使該公司能夠創(chuàng)建旨在推向市場的耳機(jī)外形。通過這一點,Neurable旨在使計算機(jī)界面更加直觀,并超越鍵盤,觸摸屏和語音界面的潛在限制。
7、Snap
Snap的NextMind腦電圖電極檢測大腦活動,以舒適地捕獲神經(jīng)信號,允許用戶執(zhí)行實時動作。
該公司設(shè)計了其腦機(jī)接口來解碼神經(jīng)活動,使人們能夠僅使用他們的思想來控制物體。其夾式設(shè)計允許將傳感器與頭帶、帽子和 AR/VR 耳機(jī)相結(jié)合。
總部位于巴黎的NextMind技術(shù)的潛力如此之大,以至于今年早些時候,它被Snap收購 - Snapchat是流行的Snapchat社交媒體應(yīng)用程序背后的公司。
8、Axoft
近日,神經(jīng)技術(shù)公司Axoft推出并宣布其腦機(jī)接口(BMI)指定為FDA突破性設(shè)備,以更好地治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病。該公司獲得了800萬美元的資金,用于資助FDA的臨床前研究,并擴(kuò)大其神經(jīng)植入物的原型“像大腦一樣柔軟”。
Axoft成立于2021年,由著名學(xué)者劉嘉與其學(xué)生Paul Le Floch博士、葉天陽博士聯(lián)合創(chuàng)立,是一家專注于柔性腦機(jī)接口技術(shù)研究的高科技公司,公司致力于研發(fā)出全柔性侵入式腦機(jī)接口,未來可應(yīng)用于癲癇診斷、高位截癱患者、功能區(qū)治療等領(lǐng)域以及臨床前科研領(lǐng)域,解決目前臨床上無法長期植入微創(chuàng)腦機(jī)接口、缺乏單神經(jīng)元分辨率的高帶寬電極、缺乏永久植入式腦機(jī)接口、缺乏30天甚至數(shù)年以上的穩(wěn)定診斷手段等痛點。
9、Paradromics
PARADROMICS 天堂醫(yī)療公司 2015年1月注冊于于美國“硅山”德克薩斯州奧斯汀。
公司致力于開發(fā)的腦機(jī)接口(Brain-Computer Interface,BCI)技術(shù),旨在讓失明、失聰、失語以及癱瘓等全球近6億嚴(yán)重連通性障礙患者與外界重新建立連接,其技術(shù)應(yīng)用將率先幫助語言障礙者重新獲得實時交流能力。
Paradromics的BCI產(chǎn)品名為Connexus直接數(shù)據(jù)接口,它是一種輔助溝通設(shè)備,能夠?qū)⑸窠?jīng)信號轉(zhuǎn)化為文本或合成語音。該系統(tǒng)采用了直接數(shù)據(jù)接口的設(shè)計,通過在腦組織中植入微小電極陣列來測量和解讀腦信號,隨后通過植入在胸部皮下的無線收發(fā)器將信號傳輸至外部設(shè)備。
Paradromics, Inc.正在開發(fā)大容量、雙向數(shù)據(jù)流在大腦和計算機(jī)之間的能力,神經(jīng)界面技術(shù)將被用來幫助身體殘疾的病人重新與外界聯(lián)系——有無限的可能性。Connexus® DDI的第一個應(yīng)用是一種基于BCI的輔助溝通設(shè)備,適用于嚴(yán)重運動障礙的人群,目前正在沖擊首例人體臨床試驗。這項技術(shù)有望徹底改變神經(jīng)系統(tǒng)和與大腦相關(guān)的疾病的治療方式,涵蓋了從感覺缺陷到情緒障礙的范圍,使數(shù)百萬人能夠過上更幸福、更健康、更充實的生活。
Paradromics Connexus®直接數(shù)據(jù)接口:(從右上)皮層模塊記錄1600多個獨立神經(jīng)元的信號;顱骨樞紐為皮層模塊供電并完成信號處理;無線發(fā)射器(皮下)提供電源和安全、高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸。(來源:Paradromics)
10、Cognixion
Cognixion ONE是一款面向有溝通障礙的殘障人士專門打造的AR眼鏡,其特點不僅僅是集成腦機(jī)接口,而且還支持自然語音交互(語音生成和對話),目標(biāo)是讓有交流、認(rèn)知障礙的人能更好的交流、生活。
Cognixion是一家專注于服務(wù)于有溝通障礙的人士提供相關(guān)解決方案的公司。在此之前,已推出基于蘋果原深感相機(jī)的眼神追蹤AI軟件,以及用于情感表達(dá)訓(xùn)練的iOS應(yīng)用等。
Conixion ONE的工作原理很簡單,只需將頭戴式耳機(jī)系上耳機(jī),然后讓AR接口在通信過程中引導(dǎo)用戶。六個無創(chuàng)電極通過確定信號在大腦中的位置來管理大腦的交流,并將其信號轉(zhuǎn)換為電信號,從而通過諸如上下文感知的預(yù)測鍵盤,徑向句子生成器工具,集成的AI助手和數(shù)據(jù)流。頭戴式耳機(jī)的雙顯示屏使用戶可以提問或回答問題,并在顯示屏的前置屏幕上廣播他們的回答。耳機(jī)的AR環(huán)境會記錄來自頭部運動,語音命令,BCI和開關(guān)控制的信號。Cognixion ONE還支持4G LTE,即使在旅途中也能提供全部功能,并配備了USB-C充電端口。
Cognixion ONE背后的制造商是根據(jù)需要設(shè)計BCI的–市場上沒有其他BCI享有其許多功能。Cognixion ONE由神經(jīng)病學(xué)家,生物信號工程師,言語語言病理學(xué)家,特殊教育者以及在日常生活中實際使用AAC / AT工具的人員組成的團(tuán)隊開發(fā)而成,它發(fā)展成為世界上第一個使用AR將思想轉(zhuǎn)換為語音的BCI。憑借如此強(qiáng)大的創(chuàng)新團(tuán)隊,Cognixion ONE能夠提供語音和用于家庭自動化控制的集成AI助手。
11、腦虎科技
腦虎科技是一家國內(nèi)領(lǐng)先的通過柔性腦機(jī)接口技術(shù)來保護(hù)及探索大腦的生命科技公司。公司成立于2021年11月,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。

NeuroXess(腦虎)致力于打破國外技術(shù)壟斷,建立起自身在柔性電極、生物材料、芯片設(shè)計、核心算法、植入方式、臨床應(yīng)用、生態(tài)建設(shè)等多環(huán)節(jié)的全面領(lǐng)先優(yōu)勢。我們希望通過自身努力,在2025年前成為該領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者。
腦虎科技圍繞“如何最大限度利用大腦和最低限度損傷大腦”的核心理念,從技術(shù)能力、臨床實驗、商業(yè)化落地及團(tuán)隊建設(shè)四個方面各自取得了相當(dāng)矚目的進(jìn)展。
技術(shù)能力方面,公司已完成多個核心科技樹的建設(shè),包括了神經(jīng)電極、生物材料、腦電芯片、醫(yī)療級植入體、高通量腦電圖儀、神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人及數(shù)字腦庫算法云平臺等,且核心技術(shù)均已申請專利保護(hù)。公司以核心科技樹視角建設(shè)了從科研到工業(yè)化的整體能力,構(gòu)筑了端到端的完整解決方案。
臨床實驗方面,公司率先獲得國內(nèi)臨床倫理批件,開展了數(shù)例科研臨床實驗并取得了良好的預(yù)期效果。華山醫(yī)院陳亮教授表示“在功能神經(jīng)外科領(lǐng)域,腦機(jī)接口的技術(shù)突破會對于腦疾病的治療,致病原理的研究,創(chuàng)新調(diào)控醫(yī)療器械等多個層面上,產(chǎn)生新的機(jī)會,我們積極樂觀地推動相關(guān)的臨床研究”;瑞金醫(yī)院陸勇教授也表示“在漸凍癥、重度抑郁、成癮、癲癇等難治性腦病領(lǐng)域,對腦機(jī)接口等新技術(shù)帶來的臨床新范式也有強(qiáng)烈的需求和廣大應(yīng)用前景”。
商業(yè)化落地方面,公司同樣取得快速進(jìn)展,成立短短一年,公司自主產(chǎn)權(quán)的首批產(chǎn)品已實現(xiàn)落地,下游客戶包括醫(yī)療機(jī)構(gòu)、高校和科研院所,相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)開始獲得商業(yè)化收入,并保持快速增長趨勢。
團(tuán)隊建設(shè)方面,腦機(jī)接口作為生命科學(xué)和信息技術(shù)交叉融合的系統(tǒng)工程,涉及傳感器、芯片、算法、AI、神經(jīng)科學(xué)、材料學(xué)、機(jī)器人、臨床醫(yī)學(xué)、倫理等多個學(xué)科,其中產(chǎn)學(xué)研醫(yī)交叉融合、環(huán)環(huán)相扣。公司成立至今,快速組建了一支來自國內(nèi)外多學(xué)科交叉復(fù)合的頂級團(tuán)隊實現(xiàn)原創(chuàng)自主核心技術(shù)突破,并以學(xué)術(shù)+商業(yè)“雙軌制”模式進(jìn)行組織設(shè)計和業(yè)務(wù)推進(jìn)。公司擁有獨家合作的頂級科學(xué)家顧問團(tuán),成員來自于中科院、國家實驗室、哈佛大學(xué)、德州大學(xué)奧斯汀分校、萊斯大學(xué)及梅奧醫(yī)學(xué)中心等頂尖高校;在工程化能力建設(shè)上,公司亦吸納具有前瞻戰(zhàn)略眼光且戰(zhàn)斗力極強(qiáng)的商業(yè)化人才,管理層均來自業(yè)內(nèi)明星企業(yè)核心中高層,如微創(chuàng)醫(yī)療、美敦力、卡爾蔡司及阿里巴巴等。
2022年12月28日,腦虎科技NeuroXess正式宣布完成數(shù)億元人民幣A輪融資。本輪融資由中平資本領(lǐng)投,輕舟資本、國生資本(成都生物城)、上海賽領(lǐng)、演化博弈參與跟投,現(xiàn)有投資方盛大、聯(lián)新資本、紅杉中國持續(xù)追加投資。華興資本擔(dān)任本輪交易的獨家財務(wù)顧問。
專利分析
近兩年來,隨著腦科學(xué)和類腦科學(xué)、人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步,腦機(jī)接口也受到了更多的矚目,而且隨著腦機(jī)接口的不斷深入,資本市場也高度聚焦該賽道,據(jù)不完全統(tǒng)計,2021年腦機(jī)接口領(lǐng)域融資規(guī)模創(chuàng)下新高,融資金額總計4.68億美元,同比增長482%。相關(guān)專利也自然成為了一個熱點,筆者對腦機(jī)接口專利問題進(jìn)行了詳細(xì)的分析,這里展示部分結(jié)果,以饗讀者。
專利基礎(chǔ)信息
全球頂級學(xué)術(shù)平臺《nature》在其著名學(xué)術(shù)期刊《Nature Biotechnology》雜志上發(fā)表了一篇文章——《Patent landscape of brain–machine interface technology》,從專利角度對腦機(jī)接口進(jìn)行了全面的分析,對于部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)筆者引用至本文。
1984年-2020年專利申請情況進(jìn)行了歸納匯總,得出如下公開趨勢:

腦機(jī)接口專利公開趨勢
腦機(jī)接口領(lǐng)域?qū)@暾埖赜蚍植记闆r如下數(shù)據(jù)趨勢:
腦機(jī)接口專利地區(qū)分布
腦機(jī)接口領(lǐng)域?qū)@匾獙@麢?quán)人(申請人)分布情況如下數(shù)據(jù)趨勢:
腦機(jī)接口重要專利權(quán)人(申請人)分布
明星產(chǎn)品與專利
目前國內(nèi)外針對腦機(jī)接口技術(shù)開展商業(yè)化運營的企業(yè)、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)等已近800家,有代表性的也已突破上百家,鑒于篇幅原因,筆者擇機(jī)選擇幾組進(jìn)行說明。
1、Neuralink,2015 年創(chuàng)立, 2016 年馬斯克將其收購。專注于侵入式腦機(jī)接口研究,主要研發(fā)將人工智能植入人類大腦皮層的腦機(jī)接口技術(shù)。Neuralink 已獲得 FDA的“突破性設(shè)備計劃”認(rèn)證,即將在人類身上進(jìn)行植入實驗,未來產(chǎn)品可治療重度抑郁、阿爾茨海默病等疾病。
Neuralink模型示意圖
Neuralink的腦機(jī)接口技術(shù)在神經(jīng)脈沖檢測、薄膜電極陣列、集成電路的夾層組裝、探針、組件密封等多個角度進(jìn)行了系統(tǒng)的專利布局,典型專利之一如下:
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公開/公告號 |
US20210007602A1 |
申請日 |
2020/7/10 |
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發(fā)明名稱 |
Brain implant with subcutaneous wireless relay and external wearable communication and power device |
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解決的技術(shù)問題 |
Brain-machine interfaces (BMIs) hold tremendous promise for the restoration of sensory and motor function and the treatment of neurological disorders. Most of these applications require fine scale communication—at the level of individual neurons—with large numbers of neurons across multiple brain areas. There are not yet any clinically translatable approaches for achieving this level of brain interfacing. |
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技術(shù)方案 |
A brain-machine interface (BMI) is described in which many flexible electrodes for implanting within a subject's brain run to a cylindrical sensor device configured to fit inside a burr hole in the cranium. The devices contain sealed electronics that convert analog neural voltages to digital signals, or vice versa, and connects through a serial cable to a subcutaneous relay on the mastoid region (behind the subject's ear) or other suitable location. The relay draws power from and communicates with an externally worn device and distributes the power to the devices. The externally worn device communicates wirelessly or through a tether to a base station computer for data analysis and/or stimulation. |
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相關(guān)附圖 |
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2、2021年,美國食品和藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)了一種旨在幫助中風(fēng)患者恢復(fù)手腕和手功能的新型設(shè)備。該系統(tǒng)名為IpsiHand,是首個獲得FDA市場認(rèn)可的腦機(jī)接口(BCI)設(shè)備。FDA對IpsiHand設(shè)備準(zhǔn)予市場授權(quán),這標(biāo)志著腦機(jī)接口設(shè)備首次在美國用于臨床使用。
IpsiHand示意圖
IpsiHand設(shè)備由兩個獨立的部分組成–位于腕部上方的無線外骨骼,以及使用無創(chuàng)腦電圖(EEG)電極記錄大腦活動的小型頭盔。典型專利之一如下:
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公開/公告號 |
US9539118B2 |
申請日 |
2013/3/15 |
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發(fā)明名稱 |
Brain-controlled body movement assistance devices and methods |
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解決的技術(shù)問題 |
Patients who have experienced a brain injury (e.g., stroke, trauma, infection, hemorrhage, neonatal malformation, cerebral palsy, or neurodegenerative) typically undergo some type of rehabilitation in an attempt to restore or strengthen the motor impaired or paralyzed side of the body, often using a variety of rehabilitation devices that aid in the rehabilitation effort. Often, the rehabilitation method involves equipment that requires the patient, in order to perform the necessary rehabilitation activities, to be at a particular location such as a rehabilitation facility where the equipment is located. |
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技術(shù)方案 |
Methods, devices, systems, and apparatus, including computer programs encoded on a computer storage medium, for brain-controlled body movement assistance devices. In one aspect, a device includes a brain-controlled body movement assistance device with a brain-computer interface (BCI) component adapted to be mounted to a user, a body movement assistance component operably connected to the BCI component and adapted to be worn by the user, and a feedback mechanism provided in connection with at least one of the BCI component and the body movement assistance component, the feedback mechanism being configured to output information relating to a usage session of the brain-controlled body movement assistance device. |
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相關(guān)附圖 |
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3、Synchron,巧妙的與“神經(jīng)介入” 結(jié)合,實現(xiàn)不開顱植入,Synchron于2017年創(chuàng)立,2021年7月通過FDA臨床研究性器械豁免(IDE)申請,這也是第一家植入式BCI獲得對人類患者進(jìn)行臨床試驗許可,這使得其領(lǐng)先了競爭對手Neuralink等公司。
Synchron產(chǎn)品示意圖
Synchron的腦機(jī)接口設(shè)備并不會植入大腦,醫(yī)生會把該設(shè)備——也就是一個放在支架上的電極陣列,通過頸部靜脈放入能夠接收電信號的腦部血管中。典型專利之一如下:
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公開/公告號 |
US20210342004A1 |
申請日 |
2021/7/19 |
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發(fā)明名稱 |
Systems and methods for generic control using a neural signal |
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解決的技術(shù)問題 |
Currently for brain computer interfaces (BCIs), users are asked to either perform a task-relevant mental task to perform a given target task (e.g., try moving a cursor when the target task is to move a cursor) or are asked to perform a task-irrelevant mental task to perform a given target task (e.g., try moving your hand to move a cursor to the right). Furthermore, current BCIs only allow users to use the thought (e.g., the task-relevant mental task or the task-irrelevant mental task) to control a pre-defined target task that is set by the researcher. This disclosure describes novel methods and systems that prepare and allow BCI users to utilize a given task-irrelevant thought to independently control a variety of end-applications, including software and devices. |
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技術(shù)方案 |
Universal switch modules, universal switches, and methods of using the same are disclosed, including methods of preparing an individual to interface with an electronic device or software. For example, a method is disclosed that can include measuring brain-related signals of the individual to obtain a first sensed brain-related signal when the individual generates a task-irrelevant thought. The method can include transmitting the first sensed brain-related signal to a processing unit. The method can include associating the task-irrelevant thought and the first sensed brain-related signal with N input commands. The method can include compiling the task-irrelevant thought, the first sensed brain-related signal, and the N input commands to an electronic database. |
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相關(guān)附圖 |
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4、 Axoft的新技術(shù)誕生于劉嘉教授開發(fā)超柔性納米電子學(xué)的材料和設(shè)計的工作,以模仿大腦的機(jī)械和結(jié)構(gòu)特性,并由Le Floch在哈佛大學(xué)完成機(jī)械工程博士學(xué)位時進(jìn)一步研究。他們開發(fā)的新型植入物是無膠質(zhì)細(xì)胞增生的,也就是說,植入物可以長期存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中而不會受到傷害。Axoft的植入物還具有電氣穩(wěn)定性,可以長期跟蹤大腦信號,并提供超高密度的傳感器,以最大限度地提高大腦和電子設(shè)備之間可以交換的信息。
Axoft受到生物材料的啟發(fā),通過使用具有延展性和彈性的材料解決了這個難題。Axoft的植入物由比柔性電子器件軟1萬倍的材料制成,可以在比信用卡薄的單根線中嵌入多達(dá)1024個電極,實現(xiàn)與神經(jīng)系統(tǒng)的無縫銜接,同時具有超高的帶寬,并能穩(wěn)定地測量單個神經(jīng)元。
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公開/公告號 |
WO2022192319A1 |
申請日 |
2022/3/9 |
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發(fā)明名稱 |
Fluorinated elastomers for brain probes and other applications |
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解決的技術(shù)問題 |
Decoding neural signals is of fundamental importance to bridge the existing gap of knowledge between our molecular understanding of synaptic circuits and behavioral neurosciences. Understanding neurodegenerative diseases or brain circuitry in general, and increasing the bandwidth of brain-machine interfaces for novel medical devices such as neuroprostheses or deep brain stimulators, are, to name a few, potential applications that would benefit from advanced neural interface technologies. However, probing the dynamic of neural network on a sufficiently large spatial and temporal scale to understand neural encoding requires simultaneous measurements on tens, if not hundreds of thousands of neurons, in vivo , over time. Moreover, each neuron itself can have tens to hundreds of thousands of synaptic connections, which can extend throughout the entire volume of the brain. Therefore, chronically stable and brain-wide activity mapping is needed to understand the connectome of the brain. |
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技術(shù)方案 |
Articles and devices comprising fluorinated polymers, as well as methods of preparing fluorinated polymers, are generally described. In some cases, such fluorinated elastomers can be used for sensing neural activity, e.g., by encapsulating electronic circuits, or other applications. Furthermore, according to certain embodiments, polymers can, surprisingly, be directly deposited onto layers comprising low molecular weight fluorinated polymers, e.g., without swelling in the presence of certain solvents. Some embodiments are generally directed to devices and methods for treating fluorinated polymers and subsequently depositing material onto the treated fluorinated polymers. This may allow the fabrication and patterning of multilayered articles comprising fluorinated elastomers. |
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相關(guān)附圖 |
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結(jié)語
目前腦機(jī)接口的參考成果資料呈點狀的分散模式,沒有形成面,更未形成系統(tǒng)化的整合。雖然腦機(jī)接口賽道廣受關(guān)注,國內(nèi)也有眾多商業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究,但是主要聚焦于熱點等動態(tài),更多的處于跟隨狀態(tài),由于資料的不系統(tǒng)化,在技術(shù)的角度沒有從底層邏輯出發(fā),也沒有搭建起系統(tǒng)化的技術(shù)框架。
根據(jù)上海市人工智能協(xié)會的調(diào)研情況來看,目前,腦機(jī)接口企業(yè)普遍反映如何獲取高質(zhì)量數(shù)據(jù)已成為中小微企業(yè)難以依賴自身力量輕松觸達(dá)的領(lǐng)域,所以急需市場供應(yīng)相關(guān)數(shù)據(jù)庫資源,減少企業(yè)在研發(fā)階段所需耗費的大量精力。
目前先進(jìn)技術(shù)仍然以外文形式公開。毫無疑問的,腦機(jī)接口目前仍然以國外企業(yè)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)為引領(lǐng),雖然目前國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)在腦機(jī)接口領(lǐng)域的科研成果已處于國際領(lǐng)先地位,但是其研究的高水平技術(shù)仍然會以外文形式學(xué)術(shù)發(fā)表,顯然腦機(jī)接口高價值資料仍以外文形式為主。
目前,隨著各大國內(nèi)廠商聯(lián)動產(chǎn)學(xué)研醫(yī)生多方力量,不斷創(chuàng)新,必將推動中國腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,也會逐步擺脫國外競品帶來的壓力和技術(shù)障礙,不過,國外巨頭公司和國內(nèi)新興企業(yè)在知識產(chǎn)權(quán)方面布局更加緊密,腦機(jī)接口賽道上的各個國內(nèi)廠商之間的競爭也會逐漸激烈,屆時相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)問題也必將會成為各大腦機(jī)接口廠商的研究重點課題,后續(xù)相關(guān)產(chǎn)品的的研發(fā)和專利事務(wù)值得持續(xù)關(guān)注。
