近日，《自然》雜志同期發(fā)表了兩篇腦機(jī)接口技術(shù)（BCI）的重磅論文，標(biāo)志著腦機(jī)接口研究邁向了新臺(tái)階：美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校等機(jī)構(gòu)的學(xué)者將一塊芯片植入了受試者的大腦皮層后，當(dāng)受試者默念句子時(shí)，屏幕上的AI替身會(huì)幫她發(fā)出“她自己的”聲音，并展示微笑、嘟嘴、悲傷等受試者努力想傳達(dá)的表情；另一項(xiàng)研究，則使用了植入的微電極陣列（MEA）識(shí)別受試者說話時(shí)口面動(dòng)作相關(guān)的腦區(qū)神經(jīng)信號(hào)，經(jīng)機(jī)器學(xué)習(xí)模型解碼，最終令受試者可以以每分鐘62詞的速度與人交流，這是以往同類技術(shù)最高速度的3倍，接近了無語言障礙者的自然交流速度（160詞/分鐘）。
腦機(jī)接口技術(shù)取得了一系列突破性進(jìn)展，已逐漸從科幻走向現(xiàn)實(shí)?；谀X機(jī)接口企業(yè)底層技術(shù)類型、產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域、當(dāng)前產(chǎn)品商業(yè)化程度等維度，本文從海外國(guó)家中選取了5家值得關(guān)注的腦機(jī)接口代表企業(yè)進(jìn)行分析，以便在微觀角度上更好的觀察腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)。
? Synchron——全球首家獲得FDA批準(zhǔn)進(jìn)行永久植入性設(shè)備臨床試驗(yàn)的公司
公司簡(jiǎn)介：Synchron成立于2017年，總部位于美國(guó)紐約，并在澳大利亞設(shè)有辦事處。Synchron脫胎于墨爾本大學(xué)，其前身是美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)和國(guó)防部(DoD)資助的墨爾本大學(xué)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室。目前該公司的主要研究方向?yàn)樯窠?jīng)恢復(fù)、神經(jīng)調(diào)控和神經(jīng)診斷。Synchron是全球第一家獲得FDA批準(zhǔn)對(duì)永久植入性設(shè)備進(jìn)行人體臨床試驗(yàn)的腦機(jī)接口公司。
核心產(chǎn)品
由Synchron研發(fā)的Stentrode™，直徑僅為8毫米，長(zhǎng)度僅為40毫米，能夠攜帶16個(gè)電極傳感裝置。通過微創(chuàng)手術(shù)，經(jīng)頸靜脈將設(shè)備Stentrode™放置在大腦的上矢狀竇，無需進(jìn)行開顱手術(shù)。它的外觀像一個(gè)血管支架，能夠通過微創(chuàng)手術(shù)放置在大腦血管中，經(jīng)過細(xì)胞生長(zhǎng)期后，與大腦建立鏈接；接收來自大腦的電信號(hào)，使人們能夠通過思維控制計(jì)算機(jī)。
圖 Stentrode細(xì)節(jié)圖1
通過放大Stentrode的細(xì)節(jié)可以看到：“支架”中線纜連接處的橢圓小點(diǎn)為交聯(lián)點(diǎn)。它的作用是記錄或刺激血管內(nèi)的大腦或神經(jīng)，它被設(shè)計(jì)成像紋身一樣融入血管壁，與心臟支架類似，且不會(huì)對(duì)大腦造成長(zhǎng)期炎癥或創(chuàng)傷。
最新進(jìn)展
2019年Synchron在澳大利亞對(duì)四名漸凍癥患者進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，術(shù)后患者可完成發(fā)送電子郵件甚至推文，以及訪問網(wǎng)上銀行、完成遠(yuǎn)程醫(yī)療訪問等操作。一年期的數(shù)據(jù)顯示該實(shí)驗(yàn)未發(fā)生任何不良反應(yīng)。
2022年2月，Synchron獲得了未透露的一筆融資。根據(jù)相關(guān)報(bào)道，C輪融資使Synchron的總籌款額達(dá)到1.45億美元。
2022年7月，Synchron又在美國(guó)FDA批準(zhǔn)下，在美國(guó)西奈山醫(yī)院招募了一名患者進(jìn)行臨床試驗(yàn)，目前未發(fā)現(xiàn)不良事件。
?Neuralink—— 侵入式腦機(jī)接口芯片開拓者
公司簡(jiǎn)介：Neuralink成立于2016年，由埃隆·馬斯克（Elon Musk）和一群頂級(jí)神經(jīng)科學(xué)家成立。該公司致力于開發(fā)植入式腦機(jī)接口（BCI）設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)人腦與計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備之間的直接通信。Neuralink 采用的是侵入性腦機(jī)接口方案，它直接將柔性電極絲植入大腦皮層之中。一般而言，越深入和靠近腦組織本身，腦電信號(hào)就越清晰和準(zhǔn)確。
核心產(chǎn)品：Neuralink的核心產(chǎn)品是一種叫做the Link的小型設(shè)備，它可以通過無線方式連接到你的手機(jī)或電腦。the Link設(shè)備有一個(gè)計(jì)算芯片和1024根微小的線，這些線可以通過一個(gè)專門的機(jī)器人植入到你的大腦中。這些線上有傳感器，可以讀取和寫入你大腦中的神經(jīng)元信號(hào)。神經(jīng)元信號(hào)是你大腦中傳遞信息的電信號(hào)，它們決定了你的思想、感覺和行為。
通過the Link設(shè)備，你可以把你的大腦信號(hào)轉(zhuǎn)化為可以被計(jì)算機(jī)理解的數(shù)據(jù)，也可以把計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可以被你大腦理解的信號(hào)。這樣，你就可以用意念來控制手機(jī)、電腦或其他設(shè)備，也可以從設(shè)備中獲取信息或指令。
Neuralink有很多潛在的用途，其中最重要的是治療一些神經(jīng)系統(tǒng)的疾病。Neuralink可以通過植入電極來刺激或修復(fù)受損的神經(jīng)元，從而恢復(fù)正常的功能。比如，Neuralink可以幫助那些因?yàn)橹酗L(fēng)、外傷或其他原因?qū)е掳c瘓或失去感覺的人重新走路或感受觸摸Neuralink也可以幫助那些患有帕金森氏癥、癲癇、抑郁癥或其他精神障礙的人改善他們的情緒和行為。Neuralink甚至可以幫助那些失明或失聰?shù)娜嘶謴?fù)視力或聽力。
最新進(jìn)展
2023年5月26日，Neuralink宣布獲得FDA對(duì)人類臨床試驗(yàn)的批準(zhǔn)。同時(shí)，該公司計(jì)劃在今年下半年開始對(duì)6名志愿者進(jìn)行人體試驗(yàn)，這些都是因?yàn)榧顾钃p傷而導(dǎo)致四肢癱瘓的患者。
2023年8月，埃隆·馬斯克在社交媒體平臺(tái)“X”（前身為“Twitter”）宣布，Neuralink在D輪融資中籌集了2.8億美元（折合人民幣約為20億）。由億萬富翁、“硅谷風(fēng)投教父”彼得·蒂爾的創(chuàng)始人基金（Founders Fund）領(lǐng)投，該公司并沒有透露此次融資的估值。
? Blackrock Neurotech——全球領(lǐng)先的精密電極產(chǎn)品供應(yīng)商猶他陣列電極發(fā)明者
公司簡(jiǎn)介：Blackrock Neurotech成立于2008年，公司總部位于猶他州鹽湖城，是全球領(lǐng)先的神經(jīng)工程、神經(jīng)假體和臨床神經(jīng)科學(xué)研究工具的供應(yīng)商。Blackrock匯聚了來自密歇根大學(xué)、猶他大學(xué)、紐約大學(xué)等知名高校的博士人才，擁有超過20年的腦機(jī)接口專業(yè)知識(shí)，技術(shù)專長(zhǎng)覆蓋材料、植入式電子、微型化、系統(tǒng)集成和規(guī)范。產(chǎn)品涵蓋了電極、前端探頭、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、刺激器、無線探頭、行為系統(tǒng)、配件、適配器等八大類。
核心產(chǎn)品：在電極領(lǐng)域，Blackrock Neurotech是全球領(lǐng)先的精密電極供應(yīng)商，也是知名硬質(zhì)電極—猶他陣列的發(fā)明者。
圖 猶他斜電極及回旋電極陣列2
相比于其他植入電極，猶他電極具有多方面的優(yōu)點(diǎn)：（1）高通道數(shù)。猶他陣列擁有最多128個(gè)有源電極通道，可定制多達(dá)1024個(gè)通道。（2）安全性。自2004年首次植入人體以來，猶他陣列迄今未發(fā)生與植入物相關(guān)的嚴(yán)重不良事件。（3）壽命長(zhǎng)且穩(wěn)定。猶他陣列目前已成功在靈長(zhǎng)類動(dòng)物體內(nèi)進(jìn)行了10多年的長(zhǎng)期記錄，以及在人體內(nèi)進(jìn)行了7年的長(zhǎng)期記錄。此外氧化鎵的材料特性使其能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的閾值和高負(fù)荷電容，保證電極記錄性能的長(zhǎng)期穩(wěn)定。
最新進(jìn)展：
2021年5月，Blackrock Neurotech完成1000萬美元的融資，由re.Mind Capital領(lǐng)投，Palantir Technologies的聯(lián)合創(chuàng)始人兼董事長(zhǎng)Peter Thiel、德國(guó)企業(yè)家Tim Sievers、Sorenson Impac參與投資
?Paradromics——研發(fā)高數(shù)據(jù)傳輸速率的腦機(jī)接口
公司簡(jiǎn)介：Paradromics總部位于美國(guó)德克薩斯州奧斯汀，是一家腦機(jī)接口技術(shù)開發(fā)商，公司致力于開發(fā)高數(shù)據(jù)速率的侵入性BCI技術(shù)，讓具有嚴(yán)重連通性障礙的患者恢復(fù)與外界的交流和身體功能。
核心產(chǎn)品：
美國(guó)Paradromics公司產(chǎn)品Connexus是一款高數(shù)據(jù)速率腦機(jī)接口產(chǎn)品，專為長(zhǎng)期日常使用而設(shè)計(jì)。Connexus由三個(gè)部件組成：Cortical Module、Cranial Hub和Transceiver。
Cortical Module
CorticalModule能夠記錄來自1600多個(gè)獨(dú)立神經(jīng)元的信號(hào)，以皮層大腦表面以下 1.5 毫米的神經(jīng)元為目標(biāo)。因此與使用侵入性較小的 BCI（例如 Synchron 產(chǎn)品）相比，它可以測(cè)量的神經(jīng)信號(hào)質(zhì)量將使患者能夠以更快、更自然的速度進(jìn)行交流。
Cranial Hub
允許被固定在頭骨成上，為Cortical Module提供動(dòng)力，并完成信號(hào)處理。
Transceiver
通過外部計(jì)算和用戶界面系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無線充電和數(shù)據(jù)安全傳輸。
最新進(jìn)展：
2023年5月18日，Paradromics的設(shè)備Connexus直接數(shù)據(jù)接口（Connexus DDI）獲得了美國(guó)FDA突破性醫(yī)療器械認(rèn)定，該設(shè)備可用于治療不可逆轉(zhuǎn)的衰弱性疾病。同時(shí)，Paradromics還獲得了3300萬美元的A輪融資，此輪融資由Prime Movers Lab領(lǐng)投。這筆新資金將用于啟動(dòng)Connexus DDI的首次人體臨床試驗(yàn)。
?BrainGate——人類的高帶寬無線腦機(jī)接口
公司簡(jiǎn)介：BrainGate成立于2001年，屬于泰斗級(jí)別的腦機(jī)接口公司，目前已獲得FDA的腦機(jī)接口技術(shù)人體試驗(yàn)研究設(shè)備豁免。BrainGate的神經(jīng)技術(shù)使用植入大腦的微電極陣列，讓人類僅憑意念就能操作計(jì)算機(jī)或機(jī)械臂等外部設(shè)備。BrainGate系統(tǒng)已經(jīng)允許脊髓損傷、腦干中風(fēng)和漸凍癥患者通過思考自己癱瘓的手和手臂的運(yùn)動(dòng)來控制電腦光標(biāo)。
核心產(chǎn)品：
BrainGate的 “無線腦機(jī)接口”（BWD）系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成，一部分是位于大腦皮質(zhì)內(nèi)的電極陣列，另一部分是位于體外的無線發(fā)射器。無線發(fā)射器固定在使用者的頭部，與大腦運(yùn)動(dòng)皮層內(nèi)的電極陣列相連。其中，無線發(fā)射器是一個(gè) 5cm 大小、43g 重的小型裝置，代替了傳統(tǒng)腦機(jī)接口用于傳輸來自大腦內(nèi)部傳感器信號(hào)的電纜。
圖 試驗(yàn)者正在使用無線腦機(jī)接口系統(tǒng)
這套 “無線腦機(jī)接口” 系統(tǒng)有兩大特點(diǎn)，首先，沒有了傳統(tǒng)腦機(jī)接口繁冗的電纜束縛；其次，能夠以 “全寬帶保真度” 和 “單神經(jīng)元分辨率” 來傳輸大腦信號(hào)。換言之，它能夠?qū)崿F(xiàn)高帶寬、高精度的無線信號(hào)傳輸。BrainGate 的研究人員在 IEEE Transactions on Biomedical Engineering 發(fā)表的研究結(jié)果顯示，兩名癱瘓?jiān)囼?yàn)者使用 BWD 在一臺(tái)平板電腦上進(jìn)行點(diǎn)擊操作和碼字，他們的點(diǎn)擊的精度和碼字的速度非常接近，這表明這套無線腦機(jī)接口系統(tǒng)的傳輸信號(hào)保真度與有線系統(tǒng)幾乎相同。
最新進(jìn)展：
2023年，BrainGate發(fā)布植入神經(jīng)接口系統(tǒng)臨床試驗(yàn)的安全記錄結(jié)果，以證實(shí)BrainGate神經(jīng)接口系統(tǒng)的安全記錄可與其他長(zhǎng)期植入醫(yī)療設(shè)備相媲美。
參考文獻(xiàn)：
[1] 投資人六便士，血管內(nèi)腦機(jī)接口：劉慈欣的科幻正變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，https://mp.weixin.qq.com/s/fX7VHkLs3K0h3CkmtEB8Xg
[2]謝凡，奚野，徐慶達(dá)，《面向腦機(jī)接口的猶他神經(jīng)電極技術(shù)》，物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2020
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