大数据文摘受权转载自头部科技文丨海中天摘要:从本质上讲,脑机接口 (Brain Computer Interface, BCI) 就是一款设备,它可以连接大脑电信号和数字设备,将大脑信号翻译成设备可以理解的信号。
将计算机芯片植入大脑原本只存在于科幻世界,但现在离现实越来越近了。
从本质上讲,脑机接口 (Brain Computer Interface, BCI) 就是一款设备,它可以连接大脑电信号和数字设备,将大脑信号翻译成设备可以理解的信号。
人类的沟通主要依赖视觉、动作、语言等方式,BCI可以将大脑的电活动与外部世界连接,增强人的活动能力。BCI为患者打开一条非肌肉通信通道,获取、处理、分析和翻译大脑信号,然后患者就能控制外部设备和应用。
虽然BCI研究如火如荼,但研究人员仍然面临着巨大挑战。例如,即使使用可提供更高信号质量的植入式BCI,保持长期稳定仍然是一个难题。随着时间的推移,由于生物组织反应或机械故障等问题,设备的性能会下降,从而导致可靠性受到影响。
还有,为了使用BCI设备,患者需要经历长时间培训,整个过程耗时耗力,也会带来精神上的折磨。Neuralink专门开发一个APP帮助病人练习,但即使如此,过程仍然繁琐。
当我们阅读BCI报道时总是忍不住兴奋,期待过高,认为未来已来。美国密歇根大学直接脑接口实验室主管Jane Huggins提醒说:“我想可能会有实用的BCI出现,但我并不认为它会完全符合各种鼓吹,应该改变一下预期。人们应该有符合现实的预期,理解到BCI毕竟是一项新技术。我们仍在理解它是如何运作的,为什么能运行,为什么不能,需要哪些支持。”
在可预期的未来,BCI并不会迎来真正的大突破,但下一代人也许会看到飞跃。BCI还有很远的路要走,今天只是在打基础。让我们带着这样的态度继续阅读今天的文章。
领导者Neuralink今年干了啥
BCI之所以突然热闹起来,与马斯克有着千丝万缕的联系,实际上就是与Neuralink的走红有莫大关系。
今年1月,Neuralink将N1 Implant植入病人Noland Arbaugh的大脑,植入物使用了1024个电极,有64根比头发丝还细的导线,它可以记录神经活动。导线柔韧性极强、超薄,可以将植入伤害降到最低。
3月中旬,Noland通过Neuralink直播告诉世界他的近况,他能用植入物玩游戏、上网、直播、使用应用程序,一切都是用意念控制光标实现的。
5月8日,Neuralink发布消息,它们收回一些导线,导致有效电极数量减少。
到目前为止,Neuralink已经将植入物植入两名美国病人的体内。按照Neuralink的说法,第二位病人状况良好,他可以玩视频游戏,可以设计3D模型。
简单来说:Neuralink的第一次人体实验并没有完全取得成功,它的研究也代表着美国BCI的最高水平,当然,第一次实验不成功完全可以理解,我们不能过于苛求。
11月26日Neuralink发布消息称,它已经获得许可,将会进行用植入物控制机械臂的实验。也就是说,Neuralink想将植入物放入四肢瘫痪者体内,让他用意念控制外部设备。
不论是最新的四肢瘫痪者植入实验还是之前的实验,研究方向是一致的。
科幻式的创意不断涌现
每隔一段时间,BCI领域就会冒出一些稀奇古怪的点子,是吹嘘?是创新?没有人知道。无论怎样,他们的努力仍然值得认真对待。
例如,Neuralink联合创始人Max Hodak与马斯克分道扬镳后,自己带领团队进行冒险。他发明的技术叫“生物混合探针技术”,试图在体外培养神经元,嵌入电子设备,然后植入大脑,形成新的生物连接。
以前的BCI采用的是电极方案,生物混合探针技术对大脑的损伤更小,可以获得更丰富的神经活动信息,如果成功,将是一大突破。
从神经元尺度看,即使是很小的电极,破坏性仍然很严重。为了解决这一问题,Max Hodak选择了生物混合架构。
研究团队试图用人工手段培养神经元,然后植入大脑,让电子元器件与人工神经元连接。
2021年Max Hodak离开Neuralink,创建新公司Science,后来又收购了一家名为Pixium Vision的创业公司。Max Hodak之所以离职创业,主要是因为他看到一段视频,视频中盲人可以通过植入物阅读文本。
视频中提到一款名为Prima的芯片,它的面积约为2平方毫米,可以通过手术放置在视网膜上。盲人戴上眼镜,眼镜上有摄像头,摄像头捕捉视觉信息,然后通过红外光将图案投射到芯片上,芯片上有378个光点像素。芯片将光转化为电刺激图案,再将电脉冲输入大脑,大脑会将信号翻译为图像。
Max Hodak的研究方向虽然与Prima不同,与Neuralink也不同,但瞄准的都是BCI新技术。
到目前为止,Neuralink已经融资3.63亿美元,Science Corp公司成立没多久,已经从14位投资人手中融资4700万美元。
从研究方向看,Science Corp关注的是基因编辑和光遗传学,所谓光遗传实际上就是让光与神经元交互,“生物混合探针技术”正是基因编辑和光遗传学的合体。
摩根士丹利:这是一个巨大的机会
最近摩根士丹利在一份报告中指出,脑机接口(brain-computer interface,简称BCI)市场将会成为投资者的下一个投资机会,它的潜在市场规模高达4000亿美元。
分析师Kallum Titchmarsh说:“在我们看来,BCI是科技界的下一个大机会,如此大的机会相当罕见。实际上BCI研究已经进行100年了,现在它离全面商用只有5年距离,我觉得大家是时候兴奋起来了,抢先一步可以占据先机。”
摩根士丹利列出一些值得关注的医疗科技股票,比如Inari Medical、Penumbra、Sight Sciences、Irhythm Technologies、Nevro、Inspire Medical Systems、Embecta。
报告称:“按我们的数据,2035年之前BCI植入式手术创造的营收将达15亿美元,2036年年营收将达5亿多美元,2041年年收入达到10亿美元,达成上述目标是完全可能的。”
分析师说,一些神经科技企业正在竞争,它们都想成为BCI市场的苹果。
Kallum Titchmarsh认为,在BCI技术商用的前20年,它的渗透率不会太高,2045年之前渗透率不会超过3%。尽管如此,它所创造的市场仍然是巨大的,不需要太高的渗透率就能创造大量营收。
摩根士丹利将BCI市场分为两块,一块是赋能BCI,一块是预防BCI。赋能BCI可以让失能者移动、说话,这些人可能因为神经系统疾病或创伤导致能力丧失。预防BCI可以帮助用户预防一些疾病,比如癫痫、抑郁症。
最开始商用时医生可能会用BCI治疗运动神经元病、肌萎缩侧索硬化症、脊髓损伤、中风、多发性硬化症、脑瘫、截肢、癫痫、抑郁症。
这是一个巨大的市场,也是一个充满竞争的市场。
马斯克几个月前在X发消息称:“未来没有什么手机,只有Neuralink。”2016年马斯克创建Neuralink,它的估值据说已经达到80亿美元。
除了马斯克,还有一些富豪也在投资BCI企业。
例如Synchron,它想将芯片通过血管植入人体,不需要在颅骨上钻孔,该公司已经完成3轮融资,投资者包括微软联合创始人盖茨、亚马逊创始人Jeff Bezos。据报道,Synchron的估值已经达到4亿美元。
还有Blackrock Neurotech,它是知名VC Peter Thiel创建的,已经融资至少1亿美元,估值达到3.5亿美元。德国亿万富豪Christian Angermayer也加入了Blackrock Neurotech的董事会。
值得重点关注的明星企业
摩根士丹利重点关注四家企业,它们分别是Neuralink、Synchron、Precision Neuroscience、和Paradromics。
Kallum Titchmarsh说:“我认为成为第一名是相当重要的。在某个医疗领域,同时有4-5家企业竞争是很少见的,一般最多只有三家。”
照他的估计,当BCI技术商用后,短短几年内主要竞争者数量会缩减到3家,其它企业会被上市公司收购。
Kallum Titchmarsh称:“在美国已经有三家很大的企业拥有神经调节业务,它们是Medtronic、Abbott、Boston Scientific。看起来BCI市场相当独特,上面所说的大企业目前只是将BCI当成游戏,不想迷失在复杂的研发中。10年内这些大企业中的某一家如果拥有BCI业务,我一点也不会感到惊讶。”
上个月,Precision Neuroscience融资9300万美元,估值达到5亿美元。
Precision Neuroscience联合创始人Michael Mager说:“我们认为BCI是一种重要的生命科学创新,今天主要应用于麻痹领域,明天会应用于更多不同的场景。”
Precision开发了所谓的“Layer 7 Cortical Interface”技术,已经有20多位病人正在进行临床实验,它的技术采用微创方式,不会伤害大脑。
实际上,Precision Neuroscience技术已经超越了医学范围,它涉及到新奇的制造技术、AI技术和机器学习技术。
目前Precision Neuroscience正在等待FDA的批准,一旦获准,它可以将芯片植入病人大脑最多30天,但植入手术价格高昂,一个BCI可能要几十万美元。
我们简单介绍一下几家明星公司:
——Synchron
美国医生兼神经科学家汤姆·奥克斯创建的新企业,目标是让患者(比如渐冻症病人)与世界重新连接,他开发了名为Stentrode的设备,面向渐冻症、中风及脊髓损伤等严重瘫痪患者。
Stentrode可以植入大脑血管,膨胀并固定在上矢状窦的壁上(靠近大脑运动皮层的血管)。当Stentrode检测到信号,信号通过导线沿着静脉回传到患者胸部的接收器。
Synchron成立已经12年,累计融资约1.45亿美元。
——Precision Neuroscience
Precision Neuroscience的主要产品是名为Layer 7的超薄电极阵列,它不需要穿刺大脑,收集的信息更丰富。单个Layer 7比拇指指甲略大,厚度相当于人类发丝的五分之一,上面有1024个微电极,每个电极和神经元差不多大。
手术时,医生只需要在颅骨开一个1毫米的节口,然后让Layer 7薄膜滑入大脑表层。
——Paradromics
Paradromics成立于2015年,它的目标是帮助失明、失聪、瘫痪患者更好生活。公司已经开发出Connexus BCI系统,它是一种侵入式BCI设备,可以直接连接大脑皮层,高速传输神经信号数据。
按照设计,Paradromics会在病人脑组织植入微小电极阵列,测量解读脑信号,通过植入在胸部皮下的无线收发器将信号传输到外部设备。
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