北京搶抓腦機接口產業“奇點”

李雪

近日，美國企業家埃隆· 馬斯克宣布， 其所創辦的腦機接口公司Neuralink 正式開始招募第二個接受腦機植入的患者。此前，第一位腦機設備植入實驗的患者已經成功手術100 余天。

腦機接口，這一未來產業引人關注。其在醫療、工業、教育、航天航空、交通等多種領域具有廣闊發展前景和巨大市場潛力。2024 中關村論壇期間，《加快北京市腦機接口產業發展行動方案（2024-2030）（征求意見稿）》發布。在腦機接口產業加速演進的當下，北京市正搶抓產業“奇點”機遇，打造高水平腦機接口產業高地。

顛覆性技術實現“讀腦”

所謂腦機接口，通俗來講是一種“讀腦”技術，實現讓人的大腦和電腦或其他電子設備直接“對話”。通過這種技術，可以把大腦的想法轉換成電腦可以理解的信號，或者把電腦的信號轉換成大腦可以理解的指令。它可以讓殘疾人或者腦部疾病的患者恢復一定的運動能力，獲得一些簡單的交互能力。

研究數據顯示，1990 年至2021 年，全球超過三分之一的人口受到神經系統疾病的困擾，包括中風、嬰兒腦損傷、癡呆癥、癲癇、孤獨癥等，給醫療系統和社會經濟發展帶來巨大負擔。

“腦機接口為神經系統疾病治療開辟新路。”神經外科醫學家、中國科學院院士趙繼宗在2024 中關村論壇上公開表示，腦機接口可以替代、恢復、增強、補充腦功能，為腦功能損傷患者帶來希望。

近年來，隨著生物醫學、通信和人工智能技術的顯著提升，腦機接口技術實現了跨越式發展，其在醫療領域應用前景廣闊。目前，利用腦機接口控制電腦、機械臂已經從實驗室逐漸走向臨床試驗。

目前，世界上最受關注的腦機接口企業無疑是美國企業家埃隆· 馬斯克的腦機接口公司Neuralink。其在今年1 月宣布完成了第一次向人體移植腦機接口設備的工作。3 月底，參與移植的首位人類受試者諾蘭· 阿博在社交媒體直播露面。這位因潛水事故導致肩部以下癱瘓8 年的29 歲男子，表示自己現在可以躺在床上玩幾個小時的電子游戲：“我只需要在大腦里想象光標在移動，就可以真的移動電腦上的光標?！?/p>

實際上，我國完成無線微創腦機接口臨床試驗比馬斯克公司進行得更早。去年10 月，首都醫科大學宣武醫院趙國光教授團隊、清華大學醫學院洪波教授團隊共同完成了無線微創腦機接口臨床試驗。試驗中，科研人員將2 枚硬幣大小的腦機接口處理器植入癱瘓患者顱骨中，再通過采集顱內神經信號，使他利用腦電活動驅動氣動手套實現了自主“腦控”喝水。

我國在腦機接口領域的科研投入、產出已經走在世界前列，正成為重要的腦機接口技術原創地

據介紹，該系統采用無線微創設計，體內機埋在患者顱骨內，電極覆蓋在硬膜外（硬膜位于顱骨和大腦皮層之間，起到保護神經組織作用），不損傷大腦細胞。使用時，體外機利用近場無線供電和信號傳輸技術，隔著頭皮給體內機供電，并接收腦內的神經信號，傳送到電腦或者手機上，借助解碼算法實現腦機接口通信。經過數月的居家康復訓練，患者抓握準確率超過90%，脊髓損傷的臨床評分和感覺誘發電位響應也有了顯著改善。2023 年12 月，這套系統的第二例脊髓損傷患者植入手術在首都醫科大學附屬北京天壇醫院成功進行，經過一段時間的康復訓練，患者不但能夠抓握水瓶，還可控制電腦屏幕上的光標移動。

值得注意的是，清華大學醫學院洪波教授團隊研究的是半侵入式手段，而馬斯克公司采用的技術路線是侵入式腦機接口。目前，腦機接口分為三種不同的技術路徑——侵入式、非侵入式和半侵入式。侵入式腦機接口，需要通過開顱手術放入電極，采集神經元活動，實現腦電信號的獲取及解碼。在半侵入式路徑中，腦機接口的電極就是放在硬腦膜上，將硬幣大小的接口植入癱瘓患者的顱骨中。而非侵入式腦機接口，則是在頭皮外側以無創的方式采集腦信號，目前在商業化場景中被廣泛采用，也更易被大眾接受。

我國腦機接口發展處于世界第一梯隊

目前，腦機接口的應用主要在醫療領域。未來，腦機接口技術有望在醫療、康復、娛樂等領域得到廣泛應用，例如元宇宙、腦機接口游戲等。

根據中商產業研究院統計數據，2022 年全球腦機接口市場規模接近17.4億美元。麥肯錫咨詢公司預測，未來10至20 年，全球腦機接口產業將產生最多2000 億美元的經濟價值。

多年來，美國、歐盟、日本等都在戰略層面對腦機接口進行布局。2013 年，美國宣布啟動腦科學計劃，歐盟、日本隨即分別啟動“歐洲腦計劃”以及“日本腦計劃”。我國高度重視腦機接口技術發展，“腦科學與類腦研究”分別在“十三五”“十四五”規劃中被列為重大科技項目。中國科學院也于2022 年初成立腦科學與智能技術卓越創新中心。今年，腦機接口被工信部等七部門列為《關于推動未來產業創新發展的實施意見》的10 大標志性產品之一。

目前，全球有近40 個國家和地區開展腦機接口技術創新，相關科研項目的投入金額和科研產出持續增長，發明專利申請持續活躍。而我國在腦機接口領域的科研投入、產出已經走在世界前列，正成為重要的腦機接口技術原創地。

在2024 中關村論壇年會“腦機接口創新發展與應用論壇”上，腦機接口產業聯盟發布首批《2024 腦機接口產業創新十大案例》，包括大腦360 認知能力與心理健康腦電測訓系統、便攜式腦機接口駕駛安全智能防控系統、高場強磁共振兼容藍牙可感知腦起搏器等，涵蓋多個腦機接口核心器件、系統產品及行業應用場景，展示了我國在腦機接口技術及產業應用方面的創新成果。

其中，“北腦二號”智能腦機系統作為2024 中關村論壇年會重大發布成果之一全新亮相。據介紹，“北腦二號”實現了自主研發的高密度柔性微絲電極、千通道神經電信號采集系統，以及實時編解碼算法等關鍵技術，填補了我國高性能侵入式腦機接口空白，解決了大規模單細胞信號長期穩定記錄和實時解碼的國際前沿難題，也是全球首次實現獼猴通過“意念”控制對二維動態目標的腦控攔截。

北京加快打造產業高地

北京作為全國科技創新中心，是我國腦機接口技術的研發與應用的重要起源地與創新高地，在醫療康復、智能控制、教育培訓等多個領域取得顯著突破，先發優勢突出。腦機接口也被北京列為重點布局的20 個未來產業之一，正致力于打造高水平腦機接口產業高地。

在科研力量與企業數量、專利與論文數量方面，北京在全國遙遙領先。據北京市經濟和信息化局披露的數據，截至去年12 月，北京申請腦機接口領域專利的科研單位和高校達100 余家，創新主體擁有腦機接口相關專利總量1000余件，居全國前列。

近年來，北京研究部署腦機接口重大科技戰略并取得系列成果。除了前文提及的清華大學醫學院洪波教授團隊的成果，還有多項重大成果。

2023 年初，“智能腦機系統增強計劃”在位于昌平區的北京腦科學與類腦研究所啟動，目標是整合北京地區在神經科學、信息科學、集成電路科學、材料科學、臨床醫學等方面的優勢，力爭在3 到5 年內突破侵入式腦機接口方面的關鍵技術，推出“北腦一號”“北腦二號”腦機系統，并在臨床上實現初步應用。

今年4 月10 日，北京市牽頭支持的侵入式腦機接口“北腦一號”已完成核心部件研發和動物實驗驗證。

而在北京地區產業鏈取得的成果方面，在上游，植入式芯片樣片流片成功，實現首代產品成功量產；中游，便攜式腦活動傳感設備技術指標達到國際先進水平，建立起微觀腦圖譜的高通量技術體系；下游，不同場景的解決方案在工業安全監測領域、神經疾病診斷治療和康復領域、輔助生活等方面實現應用。

在全球腦機接口產業加速演進的背景下，北京立足先發優勢，搶抓產業機遇，提出打造高水平腦機接口產業高地。

去年9 月，《北京市促進未來產業創新發展實施方案》印發，腦科學與腦機接口是其中20 個細分產業之一。

近日印發的《加快北京市腦機接口產業發展行動方案（2024-2030）（征求意見稿）》提出，到2026 年，腦機接口核心關鍵技術實現突破，培育5 家全國引領龍頭企業、100 家專精特新“小巨人”單項冠軍，推動5 項腦機接口醫療器械啟動臨床試驗。建成1 個特色腦機接口體驗和展示中心，形成產教融合平臺并培養1000 人次。到2030 年，產業規模達到3000 億，成為未來產業經濟重要增長點。

北京市經濟和信息化局負責人此前表示，“圍繞腦機接口產業發展，我們將會同相關部門深度推動新材料、新型制造技術、神經科學等交叉融合發展，聚焦多模態腦信號、腦機交互智能控制設備等領域，加快關鍵核心技術和設備攻關，推動醫療康復、工業安全、教育等標桿場景建設。”