脑机接口就是在人脑与外部设备间建立直接连接通路,让大脑与机器实现“对话”。
在科幻电影中,经常有这样的场景——残疾人可以用机械臂自如地弹唱,失语者可以重新“开口说话”,失聪者能再次听到声音,人类依靠“意念”指挥着庞大的机械……其实,这些神奇的场景并不仅仅是科幻想象,现实中,不断发展的“脑机接口技术”正是要在将来让这些变成现实。
脑机接口是生命科学和信息技术深度交叉融合的前沿新兴技术,是培育未来产业发展的重要方向。在日前举办的2023中关村论坛-脑机接口创新发展论坛上,专家指出,我国在产业界的共同努力下,已经形成覆盖基础层、技术层与应用层的脑机接口全产业链,并在医疗、教育、工业、娱乐等领域应用落地,将展现出强大的创新驱动力和巨大的发展潜力。
脑机接口技术是什么?它在我国发展有哪些先天优势和需要解决的难题?产业发展又有怎样的前景?今天,请跟随《中国科技信息》来聊聊这些话题。
脑机接口技术源于人类扩展大脑智能的渴望
近日,埃隆·马斯克宣布旗下脑机接口公司Neuralink已获得美国食品药品监督管理局批准,将启动首次人体临床试验。这被业内认为是脑机接口迈向商业化应用的重要里程碑。同时,国内的实践也走在前列。5月,全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京获得成功,该试验在猴脑内实现了介入式脑机接口脑控机械臂。实验中猴子“想一想”,机械臂就把食物送到它嘴边。
从字面意思来看,脑机接口就是大脑和计算机之间的接口,指大脑与计算机的直接连接。一方面大脑要发出指令实现对外部设备的控制;另一方面外部设备也要不断地给大脑发送各种各样的反馈信息,让大脑及时调整控制策略,维持整个系统的稳定性。 通俗来讲,脑机接口就是在人脑与外部设备间建立直接连接通路,让大脑与机器实现“对话”。这种看上去只会在科幻电影中出现的桥段,如今在中国已经有相当一部分的企业入局,并将一部分成果转化为实际的商业应用。
人类的渴望扩展大脑智能推动了脑机接口的发展,该技术已经有了一百年的历史。其起源还要追溯到1924年,德国医生汉斯·贝格尔首次发现并无创记录脑电信号,开启了人们对大脑与脑机接口的探索。
时至今日,脑机接口取得了飞速的发展,已被应用于医疗健康、状态检测、智能生活、国防安全等众多场景,被美国、欧盟、日本、韩国等众多发达经济体视作战略级科技。在可预见的将来,机器的存储和运算能力,配合人脑的思维与创新能力,将以脑机协同的形式开创一个新的未来。
医疗健康是最直接最主要的应用领域
目前来看,全球的脑机接口技术尚处于发展初期,国内的发展进度与国际持平。随着计算机科学、神经生物学、数学、康复医学等相关学科的不断探索与交叉融合,脑机接口技术正从基础科研走向市场,在医疗、教育和消费品等市场应用潜力巨大。
医疗健康是目前脑机接口技术最直接、最主要的应用领域。据中国科学院院士、世界神经外科联盟执委赵继宗介绍,脑机接口通过在脑与机器之间建立连接,可以替代、恢复、增强、补充脑功能,为脑功能损伤患者的康复带来福音。
在2023中关村论坛-脑机接口创新发展论坛展览现场,能够帮助脑卒中等患者恢复肢体运动能力的设备十分“抓人“:患者只要戴上一个类似发卡的头箍,将其自带的几个金属贴片靠在额头上,再戴上链接着数根线缆的手套,就可以按照恢复软件中演示的方式想象自己在煎鸡蛋和抓蝴蝶。当时记者只看到了屏幕上出现的握拳动作,还没来得及戴上手套,手套就自己缩了起来。这是设备捕捉到了脑发出的“握拳”信号,传导给训练手套做出的反应。
科学家们正在利用脑机接口技术,通过植入电极获取和分析脑电波,以解读神经元信息。经过有效翻译大脑发出的信号,脑机接口设备可以实现大脑与机器的直接沟通,直观呈现出人类的所观、所感、所想,未来可以调节大脑放电,为人类提供认识脑、保护脑和增强脑的方法。
除了临床医疗,目前脑机接口技术也在工业安全监测领域落地实践,尤其是非侵入式脑机接口技术非常适用于工业安全监测,未来有望提升工业生产效率。脑机接口技术主要应用于脑控打字系统、辅助睡眠脑机等产品中。
我国产 业规模2040年将达1200亿元
伴随着技术迅速发展,脑机接口的应用被广泛看好。根据麦肯锡预测未来10到20年,全球脑机接口产业市场规模可达700亿至2000亿美元。而对于我国来说,到2040年,脑机接口行业综合市场规模有望超过1200亿元。
良好的前景之下,我国南京熊猫、汉威科技、盈趣科技、汤姆猫、科大讯飞等多家上市公司早已争相布局这一领域。即便如此,我国脑机接口行业也仍处于发展初期,行业内大部分企业规模较小,以布局非侵入性脑机接口产品为主,少有企业进行侵入式脑机接口产品的研究。
专家指出,目前脑机接口技术需要攻关的三大问题分别是材料、产业化和伦理。侵入式脑机接口设备最大的问题在于其材料是否安全,是否能长期在人体内而不对神经系统起到副作用,这是脑机接口上游亟待解决的问题;目前各国对脑机接口的研究还是“个案”,现有已产业化的设备距离真正技术应用还有一定的距离;再有就是伦理问题。
对此,我国也高度重视脑机接口技术发展,已将“脑科学和类脑研究”列入国家重大科技创新和工程项目。中国科学院也于2022年初成立脑科学和智能技术卓越创新中心。2023年2月,中国脑机接口产业联盟成立,将积极发挥政产学研用桥梁纽带作用,为我国脑机接口、脑机交互、脑机智能领域规划布局提供支撑建议,加强跨领域与行业交流,推动技术创新与应用探索,开展标准和测试研究,培育和构建产业生态,以便更好地支撑我国经济、科技和社会发展。
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