集成電路是上海市重點發(fā)展的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，也是上海自貿(mào)區(qū)臨港新片區(qū)承載國家戰(zhàn)略重點布局的前沿產(chǎn)業(yè)。廣闊的運用場景對扎根在此地的企業(yè)來說，是最有利的發(fā)展條件之一。

對于來自上海自貿(mào)區(qū)臨港新片區(qū)的沐曦集成電路（上海）有限公司（下稱“沐曦”）來說，腦科學(xué)領(lǐng)域是其應(yīng)用覆蓋到的最新方向之一，而高性能GPU芯片也將助力國內(nèi)腦機接口全技術(shù)鏈的夯實。

9月2日，在2022世界人工智能大會“腦·機智能融合-讓大腦連接未來”論壇上，包括沐曦在內(nèi)的4家上海企業(yè)共同發(fā)起成立了“先進智算聯(lián)盟（FAIC）”。該聯(lián)盟的成立，實際上也反映出國內(nèi)腦機接口賽道的近況之一——全技術(shù)鏈的集成正受到史無前例的重視。

沐曦創(chuàng)始人、董事長兼首席執(zhí)行官陳維良在現(xiàn)場參與了上述“先進智算聯(lián)盟”的簽約儀式。他對澎湃新聞（www.6773257.com）記者表示，“腦機接口可以獲得大量的大腦信息，GPU則可以提供大量的算力來處理數(shù)據(jù)，量子計算也有其擅長的計算范式。”他認(rèn)為，這些技術(shù)的結(jié)合，將產(chǎn)生巨大的應(yīng)用潛力。

其余3家企業(yè)分別為國內(nèi)腦科學(xué)代表企業(yè)腦虎科技NeuroXess、云計算企業(yè)優(yōu)刻得UCloud以及量子計算企業(yè)圖靈量子。其中，腦虎科技是這場論壇的主辦方之一。當(dāng)天，腦虎科技也首次對外公開發(fā)布了首款腦機接口集成式顱頂半植入醫(yī)用級B產(chǎn)品，其體積為32立方厘米，重量為38克，材料使用的是醫(yī)用級鈦合金。與其一同發(fā)布的，還有高頻腦電信號處理儀、軟件算法云平臺，以及三款和植入體相匹配的電極產(chǎn)品。

中科院上海微系統(tǒng)所副所長陶虎是腦虎科技的創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家，其長期從事傳感器研究和產(chǎn)業(yè)化。“當(dāng)時做微納傳感器，更多的是跟人體集成的傳感器，比如說可穿戴的、皮膚集成的，還有一種是人體可植入的。”陶虎在接受澎湃新聞（www.6773257.com）記者采訪時談到，隨著跟人集成的程度越來越高，傳感器技術(shù)難度越來越高，當(dāng)然可以做到的事情越來越多。“腦機接口，特別是我們做的植入式腦機接口，相對來說是最先進，也是最難的一種。”

陶虎認(rèn)為，其和團隊近二十年在實驗室積累的技術(shù)，在一些層面已慢慢接近產(chǎn)品化和臨床應(yīng)用及商業(yè)化。“希望把實驗室的技術(shù)，通過商業(yè)化途徑真正變成產(chǎn)品。一方面給醫(yī)生、病人提供更好的疾病診治的工具；另一方面，也為前沿的腦科學(xué)研究和神經(jīng)科學(xué)家們提供更好的工具。”這是陶虎去年10月創(chuàng)立腦虎科技的初心。

值得關(guān)注的是，科學(xué)界從上世紀(jì)60年代就已經(jīng)開始研究腦機接口，但這一領(lǐng)域的“熱鬧”卻由埃隆·馬斯克（Elon Musk）掀起。“科學(xué)界在腦科學(xué)方面一直有著積極探索，但一個比較大的問題是應(yīng)用不多，所以也沒有太大的社會關(guān)注度，馬斯克讓這領(lǐng)域一下子火起來了，其實對科研人員來說這是挺沮喪的。”中科院深圳先進技術(shù)研究院、深港腦科學(xué)創(chuàng)新研究院正高級工程師李驍健如此表示。但他同樣認(rèn)為，這也是一件好事，“希望盡快能將腦機接口，尤其是植入式腦機接口做成真正的產(chǎn)品，特別是幫助殘疾人恢復(fù)相應(yīng)的生理功能，獲得更多的生活尊嚴(yán)。”

腦虎科技創(chuàng)始人、CEO彭雷在上述論壇上表示，2021年2月，馬斯克的腦機接口技術(shù)初創(chuàng)公司Neuralink通過柔性電極讓猴子實現(xiàn)意念打電子游戲；2021年12月，腦機接口公司Synchron使患有肌萎縮側(cè)索硬化癥(ALS)的患者通過腦機接口技術(shù)直接在社交媒體上發(fā)送消息……種種突破意味著，“腦機接口技術(shù)迎來了重大發(fā)展拐點。”

腦機接口：植入式還是非植入式？

人腦擁有至少1000億個神經(jīng)元，數(shù)量約等于銀河系中的恒星數(shù)。這些神經(jīng)元又構(gòu)成10^15個神經(jīng)聯(lián)接，將復(fù)雜相連的神經(jīng)首尾相接，總長度超過18萬公里。

隔著顱骨，我們?nèi)绾翁骄繌?fù)雜的大腦？人類現(xiàn)在知道，神經(jīng)細胞利用電信號來相互通訊，這種電信號是短促的放電。但腦神經(jīng)電信號幅度非常微弱，一般為微伏（uv）級別，并且還得經(jīng)過顱骨和頭皮的衰減，需要經(jīng)過千倍的放大顯示以及減少干擾的濾波器才能形成現(xiàn)在并不陌生的頭皮腦電圖。

上世紀(jì)二十年代，德國精神科醫(yī)生漢斯·伯格（Hans Berger）博士開始嘗試尋找腦電信號，當(dāng)時看起來像是“黑科技”，如今已成為各國腦科學(xué)研究的重要一部分。

所謂的腦機接口，狹義上指的是建立不依賴于五官和肢體的，大腦與計算機等外部電子設(shè)備的直接通訊方式。而且它有兩個英文源詞，習(xí)慣上“Brain Computer Interface”主要指的是基于腦外采集腦信號的無創(chuàng)腦機接口技術(shù)，而“Brain Machine Interface”則主要指在腦內(nèi)植入了神經(jīng)活動傳感器的腦機接口技術(shù)（即植入式腦機接口技術(shù)）。

中科院上海分院院長胡金波在論壇上指出，目前腦機接口技術(shù)的跨學(xué)科融合是由“信息時代”向“腦智時代”發(fā)展的跨越，是腦科學(xué)與人工智能研究中最活躍的領(lǐng)域之一，涉及電子、材料、生物醫(yī)學(xué)工程、臨床醫(yī)學(xué)、信息科學(xué)等多種學(xué)科的交叉融合。尤其，高通量柔性植入式腦機接口作為國際最新顛覆性技術(shù)的代表，在神經(jīng)疾病診治和智能機器人等領(lǐng)域具有重要的研究意義和巨大的應(yīng)用潛力。

陶虎認(rèn)為，腦機接口最核心的挑戰(zhàn)在于：如何最大限度地去利用大腦，比如說怎樣提高神經(jīng)通道數(shù)；同時，如何最低限度地傷害大腦？

總體而言，按照獲取腦內(nèi)信息的技術(shù)方式來分，現(xiàn)階段腦機接口技術(shù)主要包括傳統(tǒng)非侵入式頭皮腦電圖（EEG，也是目前最成熟的技術(shù)）、非侵入式的成像技術(shù)，以及侵入式的腦內(nèi)植入電極記錄電信號技術(shù)。

彭雷在上述論壇現(xiàn)場形象地闡述了侵入式和非侵入的區(qū)別，“如果上海八萬人體育場里在進行一場足球賽，我們站在場館外聽里面的歡呼聲，這個就相當(dāng)于‘非侵入式’，大概知道里面發(fā)生了什么，可能進球了、可能結(jié)束了，但具體的信息我不知道。而‘侵入式’就像在球場里面的每一個球員教練身上都有傳感器，你能實時知道他說了什么、做了什么動作，然后看到整個過程。”

李驍健談到，非植入式的腦機接口的缺點在于，頭皮表層的信號極為薄弱，且信號不穩(wěn)定，而植入式腦機接口技術(shù)又具有一定風(fēng)險性，并不容易被患者廣泛接受，研究緩慢。直至2000年前后，腦機接口實驗的對象才從動物轉(zhuǎn)移到真實患者身上。

陶虎對澎湃新聞記者表示，腦虎科技和Neuralink的相同點之一就是，“我們都是堅信腦機接口未來主流的路線是植入式的，而不是非植入式的。不管是從信號采集的精度、控制的精度，以及本身通道數(shù)來說，植入式都有著絕對性的優(yōu)勢。”

他同時提到，這一方式目前還存在著手術(shù)創(chuàng)傷，這是需要去解決的問題。“但是植入式這一技術(shù)的天花板以及可以帶來的重大應(yīng)用場景，上限是非常高的。”

馬斯克入局，行業(yè)迎來拐點？

李驍健早期做實驗采用的傳感器還是玻璃包被的鎢絲電極，“一根針下去，前面尖端觸點能采集神經(jīng)電信號，針桿部分都是絕緣體。一次實驗在腦袋里植入不了幾根電極，也采集不到多少神經(jīng)電信號”。他此前在接受澎湃新聞（www.6773257.com）記者專訪時表示。

在李驍健看來，直到上世紀(jì)六七十年代，腦機接口技術(shù)才真正開始形成。但直到上個世紀(jì)末，這一技術(shù)的發(fā)展都相當(dāng)緩慢。

在腦科學(xué)面前，彭雷實際上是外行人。他去年底從互聯(lián)網(wǎng)換道腦機接口，更重要的原因或在于，腦機接口的底層技術(shù)近10年來迎來了大幅發(fā)展。這些底層技術(shù)包括醫(yī)療微機電系統(tǒng)、醫(yī)療器械、芯片、材料學(xué)、算法、神經(jīng)科學(xué)等多領(lǐng)域，“正是這些底層技術(shù)的發(fā)展與突破，讓腦機接口行業(yè)迎來了‘拐點’。”

不得不提的是，“自帶流量”的馬斯克，將腦機接口迅速推到了大眾面前，這是此前半個多世紀(jì)里科學(xué)界未曾做到的事情。

Neuralink成立于2016年。2019年7月，Neuralink首次對外宣布其成果——一種可擴展的高帶寬腦機接口系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一組電子芯片和一些厚度只有4至6微米、寬度比人類頭發(fā)絲還細的絲線組成。整個系統(tǒng)包含3072個傳感器，分布在大約100根柔性絲線上。

彭雷認(rèn)為，2021年可視作行業(yè)“拐點”之年。“這個行業(yè)拐點意味著，腦機接口技術(shù)在過去20年里面學(xué)術(shù)、商業(yè)上都相對比較平緩的發(fā)展線，進入了一個加速上升的階段。”

全球也出現(xiàn)了一些受到廣泛關(guān)注的標(biāo)志性案例。2021年2月初，馬斯克在音頻社交應(yīng)用Clubhouse上透露了一則消息，稱會在一個月左右的時間內(nèi)發(fā)布Neuralink新進展的相關(guān)視頻。隨后的4月，一段3分多時長的視頻顯示，一只為“Pager”的9歲獼猴僅用其大腦就能控制光標(biāo)在屏幕上移動，玩起“意念乒乓球”（ MindPong）游戲。獼猴腦部的運動皮層被植入了2個電極陣列，植入時間是在視頻拍攝的6周前。

不過，在臨床試驗上更快一步的是另一家公司Synchron。成立于2017年的Synchron公司在2021年7月獲FDA 批準(zhǔn)，率先對其產(chǎn)品進行人體臨床試驗。不過，Synchron公司采用的是類似腦血管支架的方式，以微創(chuàng)的方式將網(wǎng)狀的Stentrode傳感器通過血管輸送到大腦。

“這種方式比較容易通過臨床試驗審批，但是電極只能停放在較粗大的血管中。可用位點少，且離神經(jīng)元距離遠，不能清晰地獲得大量的腦神經(jīng)信息，所以這仍舊是兩碼事。”李驍健認(rèn)為，Neuralink這類高通量腦機接口技術(shù)未來的臨床試驗獲批，才能最終帶動這一領(lǐng)域的“開閘”。

在學(xué)術(shù)研究方面，去年5月，頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）以封面文章的形式刊發(fā)了由斯坦福大學(xué)、布朗大學(xué)、哈佛醫(yī)學(xué)院等團隊的研究人員聯(lián)合完成的一項里程碑式研究。研究團隊將人工智能軟件與一款腦機接口設(shè)備結(jié)合起來，與一名大腦中植入腦機接口設(shè)備的癱瘓患者合作，讓該患者想象他拿著一支筆，在一張橫線紙上“嘗試”寫字，就像他的手沒有癱瘓一樣。并將該男子手寫意圖快速轉(zhuǎn)換為電腦屏幕上的文本。

該項研究的通訊作者同時也是第一作者的Francis R. Willett博士此前在接受澎湃新聞（www.6773257.com）記者專訪時表示，“手寫腦機接口是一個令人興奮和潛在的可行方法，使得我們可以恢復(fù)與嚴(yán)重癱瘓的人的交流。”

他同時也提到，要將這項技術(shù)轉(zhuǎn)化為真正的產(chǎn)品，就需要簡化它，用戶應(yīng)該不需要花費太多時間來培訓(xùn)它就能夠使用這款腦機接口。此外，它應(yīng)該足夠智能，能夠自動跟蹤神經(jīng)活動的實時變化，這樣用戶就不必每天停下來重新訓(xùn)練系統(tǒng)。最后，微電極裝置應(yīng)是無線且完全植入。

從國內(nèi)來看，陶虎對澎湃新聞記者表示，腦虎科技的腦機接口產(chǎn)品目前已正式獲得臨床試驗批件。

而對于腦虎科技“為何而來”？彭雷談到，他和陶虎是本科大學(xué)同學(xué)，倆人畢業(yè)于中科大。“在大學(xué)里面，我們兩個正好是兩種不同路徑的典型，陶虎專注于學(xué)術(shù)研究，我不太安分，一直喜歡創(chuàng)業(yè)，從大學(xué)開始創(chuàng)業(yè)到去年的這二十多年時間里，一直在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)。”彭雷系原客如云的創(chuàng)始人、CEO，在和陶虎一起創(chuàng)立腦虎科技之前，他擔(dān)任阿里巴巴本地生活資深副總裁。

“其實這么多年我們一直保持著交流，都有共同的夢想，我們有著很強的科技情節(jié)，還是想做一些科技報國的事情。而且我很明顯地感覺到，從前年開始，整個硬科技領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)熱潮起來了，未來10年、15年，國內(nèi)硬科技方向一定會持續(xù)加大投入。”

彭雷對澎湃新聞（www.6773257.com）記者表示，技術(shù)等各方面因素在去年都到了一個比較成熟的階段，“我們就決定把多年來的想法付諸實踐。”

值得關(guān)注的是，盛大集團和天橋腦科學(xué)研究院創(chuàng)始人陳天橋多次投資支持了這家公司，其余投資人包括紅杉等。而同樣令人關(guān)注的是，腦虎科技有著“天團顧問”：中科院院士、神經(jīng)科學(xué)家張旭，復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院院長毛穎，UCloud創(chuàng)始人兼CEO季昕華，寒武紀(jì)創(chuàng)始人兼CEO陳天石，科大訊飛聯(lián)合創(chuàng)始人胡郁，康諾亞生物創(chuàng)始人兼CEO陳博等。

陶虎直截了當(dāng)?shù)乇硎荆疤靾F顧問”絕非為了“提升公司名氣”。“這里面有腦科學(xué)的專家、做臨床醫(yī)學(xué)的專家，以及和公司本身發(fā)展具有協(xié)同性或具有上下游關(guān)聯(lián)性的相關(guān)人士，基本都是常年的合作伙伴或良師益友，而且將近有一半都是中科大的校友，我們之間有著天然的信任感。”

未來3到5年，腦機接口能做些什么？

在當(dāng)天的論壇上，彭雷現(xiàn)場發(fā)布了腦虎科技首款腦機接口集成式顱頂半植入醫(yī)用級產(chǎn)品，其體積為32立方厘米，重量為38克，材料使用的是醫(yī)用級鈦合金。一同發(fā)布的，還有高頻腦電信號處理儀、軟件算法云平臺，以及三款和植入體相匹配的電極產(chǎn)品。

據(jù)介紹，這款產(chǎn)品滿足高通量、高采樣率信號采集與處理功能。最高支持256通道，相比目前業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品通道數(shù)（128ch）提升1倍以上；可采集頻率高達30KHz，有效采集Splike信號；采樣精度達16Bit，確保采集腦電數(shù)據(jù)質(zhì)量，為處理軟件提供高品質(zhì)數(shù)據(jù)保障，并可同時兼容Spike、LFP、ECoG等多種類型的腦電信號。

陶虎對澎湃新聞記者表示，腦虎科技和Neuralink之間存在多個相同點，“但在一個非常關(guān)鍵的地方我們有巨大的差別，而且這個差別可能直接決定腦機接口到底是停留在大家一個幻想里面，還是真正走到臨床應(yīng)用。”

他再次強調(diào)，相比于如何最大限度利用大腦，腦機接口落地的更大挑戰(zhàn)在于盡可能小地?fù)p傷大腦。陶虎認(rèn)為，相比于Neuralink采用機器人將柔性電極植入腦內(nèi)的方式，其公司選擇的路線更為安全穩(wěn)妥。 

“盡管他們的電極是柔性的，但打進去時依靠鋼針，仍然存在很大的風(fēng)險。”腦虎科技采用微創(chuàng)蠶絲蛋白電極包裹技術(shù)，通過蠶絲蛋白把電極柔軟的表面適度固化以方便植入，植入完成后蠶絲蛋白便會溶解，讓電極逐漸恢復(fù)柔軟。

“蠶絲蛋白這層殼的強度介于腦跟血管之間，如果下面沒有血管，它直接插進去了；如果下面正好碰到血管，它會滑過血管插下去。”陶虎比喻道，這就像武俠小說里綁在腰帶上的軟劍一樣，“這是我們非常大的一個創(chuàng)新，意味著我們可以盲插，完全不需要打開顱骨看下面有沒有血管。”

據(jù)陶虎介紹，目前他們設(shè)計的開孔直徑在1毫米以下，而他認(rèn)為實際上創(chuàng)傷可以更小，但受限于目前可利用的手術(shù)鉆頭只有這么小。“我們現(xiàn)在也在研究如何把孔開得更小，是用激光來開孔，還是用機械的方式來開孔。”

初步的產(chǎn)品已經(jīng)打造出來了，接下來會做什么？彭雷表示，本次發(fā)布的產(chǎn)品主要面向的兩個市場，一個是以“腦計劃”為依托的科研市場，助力“腦計劃”的基礎(chǔ)研究工具平臺；另一個是明確醫(yī)學(xué)價值的醫(yī)療市場，針對明確的適應(yīng)證如漸凍癥，高位截癱、失明等，然后腦虎會按照醫(yī)療產(chǎn)品的合規(guī)和流程逐步穩(wěn)妥的推進臨床計劃。

彭雷對澎湃新聞記者還提到，腦虎科技目前制定了三個“五年計劃”。第一個五年，腦虎科技專注于將腦機接口技術(shù)用在醫(yī)療市場，主要的商業(yè)化選擇是逐步在絕癥、重癥、輕癥中尋找適應(yīng)癥；第二個五年，在通過醫(yī)療市場的充分驗證和規(guī)模推廣之后，尋找面向普通人、正常人使用的腦機接口產(chǎn)品的商業(yè)化機會；第三個五年計劃，則是其和陶虎創(chuàng)業(yè)的終極目標(biāo)，“我們相信隨著腦科學(xué)的探索、材料技術(shù)的推進、算法芯片的邊際提升等，能夠?qū)崿F(xiàn)大腦的反向工程，能夠?qū)⑷说乃季S、意識、記憶、情感等高級功能實現(xiàn)數(shù)字孿生。”

第一個“五年計劃”，實際上也是目前科學(xué)界最具共識的目標(biāo)。李驍健提到，在現(xiàn)階段，腦機接口主要還是針對有疾病的人，幫助他們提升生活質(zhì)量。“因為傳感器等電子裝置的體積還是有點大，腦袋上裝這么一個東西，不太容易被普通人接受。并不是植入腦內(nèi)你就可以回家待著、家庭家居生活不受影響，而是必須在醫(yī)院里使用。”

去年上半年，李驍健率領(lǐng)的團隊及其合作團隊完成了在獼猴腦內(nèi)長期植入雙陣列(超過1400通道的柔性電極陣列)，并使用自研儀器成功地以數(shù)萬赫茲的高采樣率，同步且持續(xù)地采集了每個通道的神經(jīng)信號，在國內(nèi)率先打通了腦機接口全技術(shù)鏈。

李驍健對澎湃新聞記者表示，研究團隊目前已實現(xiàn)中國首個采用自主研發(fā)的超千道腦機接口技術(shù)設(shè)備進行的獼猴腦機接口實驗。“今年我們實現(xiàn)了全技術(shù)鏈的國產(chǎn)化，這是比較關(guān)鍵的一點。”

中科院深圳先進技術(shù)研究院、深港腦科學(xué)創(chuàng)新研究院正高級工程師李驍健。

李驍健提到，國內(nèi)其他團隊研發(fā)的植入傳感器等，實際是都需要測試，“現(xiàn)在有越來越多的團隊去研發(fā)腦機接口各環(huán)節(jié)的零件，我們持非常開放的態(tài)度，這些都可以嵌入到我們的整套系統(tǒng)中測試，這也是一種協(xié)同發(fā)展。”他強調(diào)，現(xiàn)階段國內(nèi)腦機接口仍需做更多的生態(tài)培育工作，“我非常愿意去做這樣一個角色。”

當(dāng)然，其團隊的另一重心在于，利用自主研發(fā)的植入式腦機接口系統(tǒng)，幫助癱瘓患者通過腦控機械肢體恢復(fù)行動自由。“目前最容易做的就是運動功能替代，我們主要也是在前面蹚路。”

值得一提的是，李驍健、陶虎等人均認(rèn)為，國內(nèi)腦機接口技術(shù)從各環(huán)節(jié)來說并不落后于國際上先進的實驗團隊。

“但如何把各環(huán)技術(shù)有機地高質(zhì)量地組合起來，也就是所謂的高性能系統(tǒng)集成，才是目前亟需攻克的難題。”李驍健談到，這也是Neuralink的優(yōu)勢所在。陶虎也同樣表示，“我們不會狂妄地說，我們已經(jīng)超過了馬斯克的公司，但是至少在這個領(lǐng)域，我并不會覺得我們落后。”

在上述論壇的圓桌論壇環(huán)節(jié)，陶虎、李驍健等人也總結(jié)道，中國在腦機接口領(lǐng)域存在三個優(yōu)勢：政府支持、臨床資源豐富、立法安全。陶虎同時提及腦機接口公司需要面臨的挑戰(zhàn)，“中國在腦機接口領(lǐng)域法規(guī)審批非常嚴(yán)格，一項技術(shù)做合法合規(guī)可能需要五六年，腦虎科技這次發(fā)布的產(chǎn)品，做人體臨床試驗時，倫理報告就用了一年時間才拿到。”

中科院上海微系統(tǒng)所所長謝曉明在上述論壇的致辭中指出，腦科學(xué)和人工智能已經(jīng)成為新一輪產(chǎn)業(yè)變革的核心驅(qū)動力，近年來，腦機接口技術(shù)發(fā)展十分迅速，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展上有光明的前景。腦科學(xué)和人工智能的融合對世界經(jīng)濟發(fā)展、社會進步以及人類生活產(chǎn)生重要的影響。

謝曉明同時表示，中科院上海微系統(tǒng)所正在整合中科院腦機接口技術(shù)優(yōu)勢隊伍，開發(fā)高通量超柔性神經(jīng)電極陣列、高帶寬神經(jīng)信號處理芯片、大規(guī)模神經(jīng)信號編解碼算法以及微創(chuàng)植入自動手術(shù)機器人等，鍛造“殺手锏”技術(shù)，將有效支撐上海科創(chuàng)中心建設(shè)和人工智能先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。