1973年，加州大學(xué)洛杉磯分校的計(jì)算機(jī)科學(xué)家Jacques Vidal寫了一篇論文，他在論文中表明，認(rèn)為放置在頭皮上的電極可以檢測到人大腦發(fā)出的實(shí)時(shí)信號（圖1）。盡管Jacques Vidal在論文中說，腦電圖（EEG）產(chǎn)生了復(fù)雜且往往難以解釋的信號，但他預(yù)測隨著神經(jīng)科學(xué)家開始更好地理解神經(jīng)活動(dòng)的解讀（即解讀與某人的感受、想法或愿望相對應(yīng)的組成部分），那么EEG可能被用作計(jì)算機(jī)的控制信號。Vidal創(chuàng)造了腦機(jī)接口（BCI）這個(gè)術(shù)語，并問道：“這些可觀察到的腦電信號可以作為人機(jī)通信中的信息載體，或者用于控制人工設(shè)備或宇宙飛船等外部設(shè)備嗎？”在他的論文的第二部分，Vidal描述了飛行員實(shí)驗(yàn)，他試圖讓志愿者使用他們的EEG向宇宙飛船發(fā)射導(dǎo)彈。

半個(gè)世紀(jì)后，BCI已經(jīng)成為一項(xiàng)龐大的業(yè)務(wù)。Vidal表示，使這項(xiàng)技術(shù)可行所需的神經(jīng)生理學(xué)、信號分析技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)方面的進(jìn)步在不同程度上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。近年來，超過10億美元涌入該行業(yè)，為眾多初創(chuàng)企業(yè)提供資金（圖2）。

圖1. Jacques Vidal的腦-計(jì)算機(jī)接口實(shí)驗(yàn)室。

盡管埃隆·馬斯克在作為世界上資金最充足的神經(jīng)技術(shù)初創(chuàng)公司負(fù)責(zé)人的同時(shí)也擁有一家宇宙飛船公司，但正是其對假肢設(shè)備的控制主導(dǎo)了BCI的學(xué)術(shù)研究。如今，好幾家公司的使命是開發(fā)輔助技術(shù)，恢復(fù)那些因癱瘓或疾病而失去這些能力的人的運(yùn)動(dòng)和/或交流能力。

此外，游戲也代表了商業(yè)公司的目標(biāo)市場，他們在探究直接檢測用戶大腦活動(dòng)的設(shè)備的廣泛潛力可能如何成為一種大眾市場產(chǎn)品。簡而言之，BCI的殺手級應(yīng)用程序是什么？

    如何獲得信號

Vidal的預(yù)測有一些偏差，他關(guān)注于EEG作為BCI的輸入。盡管人們一直在努力地更完美解碼這個(gè)信號，但它仍然是一個(gè)非常粗糙的神經(jīng)活動(dòng)讀數(shù)。總部位于德克薩斯州奧斯汀市的BCI公司的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行Paradromics說道：“最主要的障礙是物理學(xué)屏障。如果你在皮膚和頭骨外面收集，你能得到的信號比你在組織里獲得的信號要低得多”。

因此，隨著20世紀(jì)90年代BCI研究在學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室中的發(fā)展，盡管無法將電極植入神經(jīng)中，但為了獲得高分辨率大腦讀數(shù)，能夠以微小變化控制外部設(shè)備，電極必須至少直接植入大腦?！?strong>就信號保真度而言，侵入性與非侵入性的區(qū)別就像白天和黑夜”，加州大學(xué)圣地亞哥分校從事BCI研究的計(jì)算機(jī)科學(xué)家Vikash Gilja說道，但最重要的是為獲得與正在開發(fā)的應(yīng)用程序相匹配的信號。在Gilja看來，一個(gè)EEG信號——被顱骨減弱，反映了跨越多平方厘米皮層的數(shù)百萬個(gè)神經(jīng)元的平均活動(dòng)——可能有利于實(shí)時(shí)監(jiān)測“一個(gè)正在緩慢過渡的全局的、一般的大腦狀態(tài)”。例如，清醒、注意力或冥想狀態(tài)，這些狀態(tài)伴隨著神經(jīng)元放電的種群水平的變化。

圖2. BCI啟動(dòng)時(shí)間表。

EEG還可用于控制具有數(shù)十至數(shù)百毫秒的時(shí)間延遲的外部設(shè)備，但Gilja說：“我們所談?wù)摰倪@種功率輸出可能只有非常低的比特率輸出，所以這些外部設(shè)備可能只能是二進(jìn)制開關(guān)”。紐約市從事精密神經(jīng)科學(xué)的神經(jīng)外科醫(yī)生Ben Rapoport對此表示贊同，他表示，BCI一詞“是高帶寬的同義詞”，大腦和外界之間真正順暢的通信需要一個(gè)高帶寬的連接，然而，沒有辦法在不接觸大腦的情況下實(shí)現(xiàn)高帶寬的連接。

但基于EEG的BCI最為明顯的優(yōu)勢是它不需要用戶通過手術(shù)植入電極。許多開發(fā)人員目前正在開發(fā)這類系統(tǒng)的應(yīng)用程序，無論是臨床使用還是大眾市場采用，他們都必須開發(fā)出能夠可靠檢測低分辨率信號的方法。事實(shí)證明，顱內(nèi)記錄價(jià)值的學(xué)術(shù)研究主要集中在臨床目標(biāo)上，即允許嚴(yán)重癱瘓的患者控制機(jī)械臂或輪椅等外部設(shè)備，并僅通過思維產(chǎn)生合成語音。大部分研究主要集中在運(yùn)動(dòng)皮層，即大腦中產(chǎn)生控制身體肌肉組織信號的區(qū)域。因此，機(jī)械臂可以由人想象移動(dòng)自己的手臂來控制，而思維文本應(yīng)用可能涉及有人想象自己手寫或向左或向右移動(dòng)四肢來移動(dòng)光標(biāo)。

目前開發(fā)用于臨床的侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)的幾家公司可以根據(jù)使用從大腦表面記錄的電極的公司和使用電極穿透神經(jīng)組織從單個(gè)神經(jīng)元記錄的公司進(jìn)行劃分。表面電極進(jìn)行皮質(zhì)電圖（ECoG）和EEG一樣，ECoG信號反映了許多神經(jīng)元的平均活動(dòng)——但在這種情況下，是成千上萬或數(shù)萬的神經(jīng)元的反應(yīng)。此外，它的空間分辨率是大腦皮層的平方毫米，而不是平方厘米，而且信號衰減要小得多。ECoG的用戶可以指出幾篇具有里程碑意義的BCI研究論文，表明該信號可以用于復(fù)雜的設(shè)備控制。然而，單神經(jīng)元記錄的倡導(dǎo)者說，通過獲得神經(jīng)元處理信息的離散電脈沖的本質(zhì)是數(shù)字讀數(shù)，代表了讀數(shù)類型的逐步變化。

更重要的是，Angle說，隨著BCI在給定大腦區(qū)域中記錄的每一個(gè)額外的神經(jīng)元，它提供的關(guān)于該大腦區(qū)域功能的信息量幾乎是線性的增加。“當(dāng)你考慮做越來越多的應(yīng)用并開放接口可以做什么的領(lǐng)域時(shí)”，他說，“如果你正在使用記錄動(dòng)作電位的穿透電極，那么這些縮放定律是有意義的，因?yàn)槟憧梢赃M(jìn)入的電極越多，你擁有的數(shù)據(jù)就越多”。

植入設(shè)備開發(fā)人員面臨的挑戰(zhàn)是創(chuàng)建可以安全插入并安全保存在適當(dāng)位置的記錄系統(tǒng)，以便在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)獲得穩(wěn)定的記錄，在很多情況下，這將是數(shù)年甚至幾十年，這是許多工程研究的來源。

    無創(chuàng)BCI

盡管EEG有所局限，用于記錄該信號的廉價(jià)系統(tǒng)現(xiàn)在已廣泛使用，并且許多公司今天正在競相開發(fā)使用該信號的產(chǎn)品。例如，帕多瓦大學(xué)BCI研究員Luca Tonin在學(xué)術(shù)研究中表明，使用EEG讀數(shù)可以可靠地做出左/右決定。但是，他強(qiáng)調(diào)，商業(yè)腦電圖產(chǎn)品的開發(fā)受到了以下限制：沒有公司會為了提高信號質(zhì)量而去開發(fā)一款費(fèi)時(shí)費(fèi)力的產(chǎn)品——傳導(dǎo)凝膠。

事實(shí)上，這些科技公司的一個(gè)突出特點(diǎn)是他們致力于開發(fā)人們可以愉快佩戴的美觀設(shè)備。在這類公司中，目前有一個(gè)重點(diǎn)是Gilja所描述的全球大腦狀態(tài)：新興產(chǎn)品是相對簡單的EEG系統(tǒng)，它可以監(jiān)控整個(gè)大腦活動(dòng)，從而讓用戶更好地控制或響應(yīng)這種活動(dòng)。因此，這些設(shè)備不符合BCI的經(jīng)典觀點(diǎn)：它們不能實(shí)現(xiàn)對外部計(jì)算機(jī)的意志控制。相反，他們讓用戶有意識地意識到自己的大腦狀態(tài)，將他們的大腦活動(dòng)置于一個(gè)“開放循環(huán)”中，這樣用戶就可以相應(yīng)地調(diào)整自己的行為和想法，或者讓大腦活動(dòng)控制自己計(jì)算體驗(yàn)的某個(gè)方面。

例如，總部位于馬薩諸塞州波士頓的初創(chuàng)公司Neurable將16個(gè)“隱形”EEG電極整合到一對降噪藍(lán)牙耳機(jī)中；加州山景城的NextSense公司正在開發(fā)含有腦電圖傳感器的耳塞；總部位于加拿大多倫多的InteraXon，他們的產(chǎn)品Muse提供了一個(gè)夾在耳朵上并環(huán)繞前額的頭帶，以監(jiān)測額葉上方的腦電圖；來自紐約布魯克林的神經(jīng)學(xué)家，他們發(fā)明了一種稱之為“皇冠”的光滑彎曲的頭帶裝置；Emotiv則生產(chǎn)各種EEG耳機(jī)和耳塞以提供不同的EEG監(jiān)測功能。Neurable和Neuropy旨在通過監(jiān)測與注意力狀態(tài)相關(guān)的腦電波來提高用戶的生產(chǎn)力和/或注意力。而Muse希望通過測量與深度冥想狀態(tài)相關(guān)的活動(dòng)模式來幫助用戶提高正念。NextSense正在開發(fā)監(jiān)控大腦健康的軟件。

其他公司的目標(biāo)是允許用戶控制外部設(shè)備。其中一家是總部位于巴黎的NextMind公司，該公司開發(fā)了一種輕便的腦電圖傳感器，該傳感器安裝在用戶的后腦勺周圍，使其電極位于視覺皮層上方。它旨在檢測與用戶關(guān)注筆記本電腦顯示器的元素相關(guān)的電子模式，使用戶能夠游玩基本游戲并選擇屏幕上的項(xiàng)目。2022年3月，社交媒體公司Snap（SnapChat的開發(fā)商）收購了NextMind，以進(jìn)一步開發(fā)和運(yùn)營這項(xiàng)技術(shù)。

同樣，位于圣巴巴拉的初創(chuàng)公司Cognixion也使用位于視覺皮層上方的腦電圖電極。2014年，Andreas Forsland創(chuàng)立了Cognixion公司，其目標(biāo)是幫助那些癱瘓的人進(jìn)行交流。多年來，該公司研究了幾種類型的傳感器，包括加速計(jì)和眼動(dòng)追蹤設(shè)備，旨在讓用戶利用其剩余的運(yùn)動(dòng)能力來控制外部設(shè)備。但EEG和BCI現(xiàn)在是該公司準(zhǔn)備發(fā)布的輔助技術(shù)耳機(jī)的核心。該耳機(jī)——Cognixion ONE（圖3A）以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)或“輔助現(xiàn)實(shí)”為中心，在用戶眼前的遮光板上顯示多個(gè)選項(xiàng)，用戶可以通過盯著目標(biāo)項(xiàng)目進(jìn)行選擇。且該公司已經(jīng)部署了一個(gè)聰明的策略來確定用戶正在查看哪些商品。每個(gè)目標(biāo)選項(xiàng)都以不同的頻率閃爍，這種閃爍會影響視覺皮層EEG信號的性質(zhì)。經(jīng)過一段時(shí)間的校準(zhǔn)后，機(jī)器學(xué)習(xí)軟件可以在一到三秒內(nèi)分辨用戶正在選擇哪個(gè)項(xiàng)目。

圖3. 不同的BCI。A，Cognixion ONE耳機(jī)；B，內(nèi)核流耳機(jī)；C，來自Synchron的stentrode；D，來自Precision Neuroscience的微陣列；E，來自Blackrock Neurotech的猶他陣列。

“我們用頻率給大腦寫信”，福斯蘭說，“我們在尋找那些被注入大腦的信號”。福斯蘭表示，Cognixion計(jì)劃明年向臨床醫(yī)生和研究人員發(fā)布其耳機(jī)，并正在與美國食品和藥物管理局（FDA）討論，讓該設(shè)備在臨床上被批準(zhǔn)用于各種形式的癱瘓患者。他還指出，輔助現(xiàn)實(shí)接口與其他類型的BCI兼容。

加利福尼亞州圣克魯斯的Neurololutions公司已經(jīng)獲得了FDA對其非侵入性腦機(jī)接口的批準(zhǔn)。他們的Ipsihand系統(tǒng)旨在幫助大腦一側(cè)中風(fēng)后失去手部控制權(quán)的人重新控制那只手。他們的高級工程總監(jiān)Rob Coker解釋說，其方法是基于每只手同一側(cè)的運(yùn)動(dòng)皮層中有一小部分能夠控制這只手。Ipsihand系統(tǒng)旨在誘導(dǎo)或加速神經(jīng)可塑性的形成，這將增加同側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層控制受中風(fēng)影響的手的能力。

2021 年4月，經(jīng)FDA批準(zhǔn)，BCI記錄來自未受傷的同側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層上方的腦電圖信號，并將這些信號連接到一個(gè)機(jī)器人手臂上，該手臂環(huán)繞并移動(dòng)癱瘓的手。臨床事務(wù)主任Lauren Souders表示：“只要患者想'我真的想移動(dòng)我受損的手’，它就會接收到信號，并很快打開設(shè)備”。她說，以前的治療設(shè)備使用電刺激來促進(jìn)神經(jīng)可塑性，但I(xiàn)psihand系統(tǒng)將運(yùn)動(dòng)意圖與實(shí)際運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來，為學(xué)習(xí)和可塑性提供了更強(qiáng)大的刺激。在一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中，三分之二的用戶在六個(gè)月后獲得了臨床顯著改善。例如，Souders說：“他們能夠抓住一些東西并把它帶到某個(gè)地方”。

非侵入式BCI設(shè)備的一個(gè)有趣的補(bǔ)充是由洛杉磯神經(jīng)科技公司Kernel開發(fā)的系統(tǒng)。首席技術(shù)官Ryan Field表示，核心公司由企業(yè)家Bryan Johnson于2016年創(chuàng)立，部分受到約翰遜自己的沮喪以及他對大腦知之甚少的挫折的啟發(fā)，他尋求開發(fā)一種系統(tǒng)，提供有關(guān)大腦和心靈運(yùn)作的高質(zhì)量信息。最初，該公司對植入記錄技術(shù)感興趣，但Field表示，Johnson帶領(lǐng)公司轉(zhuǎn)型，并表示“我們將采用非侵入式技術(shù)，因?yàn)榉乔秩胧绞钦嬲龑⑸窠?jīng)技術(shù)帶給大眾的唯一途徑”。Kernel選擇了EEG，并嘗試了其他兩種方法，一種是腦磁圖（MEG），另一種是功能性近紅外光譜（fNIRS）——蘋果手表用來測量血氧的技術(shù)。

Field認(rèn)為MEG（測量神經(jīng)活動(dòng)產(chǎn)生和發(fā)射的磁場）產(chǎn)生的信號比EEG在空間上更精確。但該公司未能創(chuàng)造出能夠充分屏蔽記錄系統(tǒng)免受外界磁信號的影響的可穿戴設(shè)備，因此于去年中止了該項(xiàng)目。但他們現(xiàn)在有了一種使用fNIRS監(jiān)測大腦活動(dòng)的原型產(chǎn)品。這項(xiàng)技術(shù)使用了功能磁共振成像所依賴的相同的大腦活動(dòng)指標(biāo)：神經(jīng)活動(dòng)增加導(dǎo)致的局部血流增加。Field說：“你的神經(jīng)元開始消耗氧氣，然后你的身體試圖用新鮮的、含氧的血液來補(bǔ)充氧氣”。為了對大腦血流進(jìn)行成像（與手腕表面附近的血流相對），Kernel使用時(shí)域fNIRS（TD-fNIRS）；它的系統(tǒng)向頭骨發(fā)射光子，然后只分析那些在時(shí)間窗內(nèi)返回的光子，這些光子與它們進(jìn)入和從大腦返回的光子一致。這些信號的強(qiáng)度具體地指示局部血流。頭盔狀的內(nèi)核流系統(tǒng)（圖3B）包含52個(gè)TD fNIRS傳感器模塊，覆蓋整個(gè)顱骨以監(jiān)控整個(gè)皮層。但Field表示，未來的系統(tǒng)可能包含更少的傳感器，以針對感興趣的皮層區(qū)域。

但Field表明目前還存在一個(gè)問題，他說：“血液動(dòng)力學(xué)信號通常需要幾秒鐘的時(shí)間才能發(fā)展，這是一個(gè)滯后的信號”。這樣的延遲意味著該設(shè)備不太可能對外部設(shè)備的及時(shí)控制有用，但它確實(shí)提供了一種新的可穿戴和空間精確的方式來監(jiān)測個(gè)人的大腦活動(dòng)。至于它可能在哪里獲得市場份額，F(xiàn)ield坦率地說：“我們還不知道”，他解釋說，該公司的理念是首先建立一種新的有效技術(shù)，然后將其交給“探險(xiǎn)者”，弄清楚它有什么好處。因此，Kernel計(jì)劃在2023年將Flow系統(tǒng)交給臨床醫(yī)生和研究人員，讓他們嘗試使用它的方法——可能用于診斷大腦疾病，監(jiān)測他們的治療，或觀察藥物或冥想對大腦活動(dòng)的影響。Field說：“這將如何幫助神經(jīng)科技市場起飛？我認(rèn)為這是我們在2023年必須回答的一個(gè)大問題”。

    植入式ECoG BCIs

在開發(fā)帶有植入記錄系統(tǒng)的腦機(jī)接口的公司中，有兩家公司專門研發(fā)ECoG設(shè)備：Synchron和Precision Neuroscience。

ECoG在臨床上已經(jīng)使用了幾十年，特別是用于監(jiān)測癲癇活動(dòng)。事實(shí)上，一家公司已經(jīng)將一種長期植入的、閉環(huán)的深層腦刺激系統(tǒng)引入了治療頑固性癲癇的臨床。該系統(tǒng)由Neuropace開發(fā)，使用ECoG檢測即將發(fā)生的癲癇樣活動(dòng)的跡象。當(dāng)它啟動(dòng)時(shí)，它會自動(dòng)觸發(fā)一個(gè)植入活動(dòng)源附近的刺激電極，以提供高頻電流脈沖，從而減少完全癲癇發(fā)作的可能性。隨著ECoG也被用于控制外部設(shè)備的幾項(xiàng)具有里程碑意義的BCI原理驗(yàn)證學(xué)術(shù)研究，Synchron和Precision Neuroscience開發(fā)了植入新型記錄接口的巧妙方法。

Synchron總部位于紐約布魯克林，2012年由一名神經(jīng)學(xué)專家和一名心臟病專家創(chuàng)立，他們結(jié)合各自的專業(yè)知識開發(fā)了stentrode（圖3C），其靈感來源于保持血管開放的機(jī)械裝置。stentrode是一種管狀金屬電極網(wǎng)，插入大腦血管后，它將粘附在血管的兩側(cè)，并記錄相鄰腦組織中神經(jīng)元的群體活動(dòng)。

Synchron利用了人體運(yùn)動(dòng)皮層是主要血管的所在地這一事實(shí)，并瞄準(zhǔn)了這一區(qū)域，這樣一個(gè)人的想象動(dòng)作就可以用來控制計(jì)算機(jī)界面。雖然ECoG不提供單神經(jīng)元記錄的分辨率，但首席執(zhí)行官Tom Oxley說：“當(dāng)我現(xiàn)在把手移動(dòng)時(shí)，ECoG可以記錄非?？深A(yù)測的模式。”系統(tǒng)通過植入胸腔內(nèi)的可充電電池連接，無線傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的分析軟件然后將信號分類為是或否命令輸出，從而指示到iPhone上的控制系統(tǒng)。Oxley說：“我們試圖保持盡可能簡單，該系統(tǒng)的基本功能是使患者能夠控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)提高其功能獨(dú)立性的任務(wù)，如電子郵件、發(fā)短信、在線任務(wù)、數(shù)字醫(yī)療等”。

與神經(jīng)外科手術(shù)相比，插入手術(shù)也相對簡單，它是作為門診手術(shù)進(jìn)行的，裝置無限期地保持在原位。到目前為止到目前為止，七名患有嚴(yán)重癱瘓的患者已經(jīng)植入了Synchron的stentrode，并取得了積極的結(jié)果。Oxley表示，該公司正在與FDA討論臨床批準(zhǔn)的途徑?！斑@還需要幾年的時(shí)間”他說，“但我們正在迅速走向關(guān)鍵的審判”。

由Rapoport及其同事于2021年創(chuàng)立的Precision Neuroscience采用更傳統(tǒng)的方法，通過將電極放置在皮質(zhì)表面上來獲取ECoG記錄。它的創(chuàng)新來自其薄膜電極陣列（圖3D），它包含1024個(gè)電極，可以彎曲以符合大腦的曲率——以用于植入它們的微創(chuàng)手術(shù)?！拔覀冊谄つw上和骨頭上做一個(gè)非常小的切口”Rapoport說，“然后將電極通過骨切口滑動(dòng)到大腦表面，這是我們在Precision開發(fā)的一種微創(chuàng)手術(shù)，以盡量減少整個(gè)手術(shù)對患者的影響”。數(shù)據(jù)收集在皮下植入顱骨的集線器中，并由那里的小型電池或連接到胸部的電池供電?！白罱K的產(chǎn)品將是一個(gè)完全植入的系統(tǒng)，沒有與外界連接的電線”，Rapoport說，“它將允許用戶與數(shù)字世界進(jìn)行直接的大腦交流”。

Precision電極陣列的一個(gè)關(guān)鍵特征是它不會對大腦造成傷害，這意味著它可以移動(dòng)到它檢測到最強(qiáng)大信號的地方并能夠被移除，這將能夠支持它在需要時(shí)進(jìn)行升級或更換舊電極。Rapoport解釋道：“最少的手術(shù)和無損傷的記錄是Precision理念的核心”。

到目前為止，該設(shè)備已經(jīng)在小型豬中進(jìn)行了測試，Precision正在與FDA討論今年的初始臨床試驗(yàn)。這些試驗(yàn)首先涉及短時(shí)間使用該系統(tǒng)來監(jiān)測需要該系統(tǒng)的人的大腦活動(dòng)，例如那些正在接受醫(yī)學(xué)檢查的癲癇患者。

    單個(gè)神經(jīng)元

今天，三家公司在開發(fā)從單個(gè)神經(jīng)元記錄的BCI方面處于領(lǐng)先地位，分別是Paradromics、Neuralink和Blackrock Neurotech。其中Blackrock Neurotech自2008年成立以來一直是BCI研究的中流砥柱。

Blackrock所使用的猶他陣列（圖3E）是一個(gè)10×10網(wǎng)格逐漸變細(xì)的突出鉑能夠穿透皮質(zhì)表面，這是2005年開發(fā)的第一個(gè)植入人體的腦機(jī)接口。從那時(shí)起，有超過30人接受了植入，在這些試驗(yàn)中，用戶控制了從軟件到機(jī)器人手臂的各種外部設(shè)備。通常，單個(gè)陣列會接收數(shù)十個(gè)神經(jīng)元的放電，每個(gè)電極也可以通過電流非常局部地刺激大腦。這種能力支撐了BCI技術(shù)的另一個(gè)方面——將信息“寫入”大腦的可能性。例如，早期的研究表明，刺激大腦的軀體感覺皮層可以喚起基本的合成觸覺。

Blackrock的聯(lián)合創(chuàng)始人兼董事長Florian Solzbacher表示，該公司希望很快將其系統(tǒng)商業(yè)化。最初，該公司正尋求在臨床試驗(yàn)中使用其長期使用的系統(tǒng)，盡管這是一個(gè)通過插入經(jīng)顱端口的電線連接外部設(shè)備的接口。雖然對于全身癱瘓的人來說，這樣的連接可能是一個(gè)很小的負(fù)擔(dān)，但該端口存在感染風(fēng)險(xiǎn)，Solzbacher 表示，該公司正在開發(fā)一個(gè)完全植入的無線系統(tǒng)。Solzbacher說：“我們希望盡快解決問題，讓有線設(shè)備適用于那些對他們有用并且風(fēng)險(xiǎn)效益還可以的患者，比如ALS（肌萎縮側(cè)索硬化癥）或嚴(yán)重四肢癱瘓患者”。

Paradromics由Angle及其同事于2015年創(chuàng)立，也在開發(fā)帶有突出電極的陣列。但Angle表示，他們做了幾件與Blackrock不同的事情，例如使用20×20陣列來增加帶寬，并使用Angle認(rèn)為更耐用的不同材料。該系統(tǒng)還旨在使植入多個(gè)陣列變得更加容易。Angle說：“將我們的設(shè)備與猶他陣列區(qū)分開來的最后一件事是我們在可植入的皮質(zhì)內(nèi)模塊中使用有源電子設(shè)備。這意味著您可以擁有任意數(shù)量的電極，但仍然只有幾根電線連接到收發(fā)器和遙測設(shè)備”。這些陣列已經(jīng)在綿羊身上進(jìn)行了測試，Angle表示，該公司希望在2023年在這些動(dòng)物中測試其最終的完整系統(tǒng)，作為獲得FDA批準(zhǔn)進(jìn)行首次人體試驗(yàn)的最后一步。

根據(jù)2022年12月的新聞發(fā)布會，Neuralink也正在與FDA就人體試驗(yàn)進(jìn)行討論。馬斯克的公司因加速BCI行業(yè)而廣受贊譽(yù)。Solzbacher表示，該公司成立于2016年，“提高了人們的認(rèn)識。金融市場開始注意到這一點(diǎn)，因此我們開始看到公司的誕生”。而Neuralink聯(lián)合創(chuàng)始人Rapport在那里工作了15個(gè)月，它“創(chuàng)造了一個(gè)有機(jī)會以驚人的資本不受約束的方式相互合作的群，我們探索了很多不同的選擇，并了解了很多真正可能的東西”。Neuralink最終選擇的技術(shù)被稱為“線程”：一種精細(xì)、靈活的聚合物電極，設(shè)計(jì)用于匹配大腦的機(jī)械阻抗，允許它們穿過神經(jīng)組織，并無限期地留在那里，從數(shù)百（如果不是數(shù)千）個(gè)神經(jīng)元中獲取信號。到目前為止，該系統(tǒng)已經(jīng)在猴子身上進(jìn)行了試驗(yàn)，復(fù)制了之前的BCI研究，這些動(dòng)物能夠順利控制外部軟件。

然而，讓植入的腦機(jī)接口發(fā)揮作用不僅僅是開發(fā)好的電極。專家們一致認(rèn)為，許多關(guān)鍵的學(xué)術(shù)進(jìn)步都依賴于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的出現(xiàn)，這些技術(shù)可以識別與用戶在訓(xùn)練過程中的思維相關(guān)的神經(jīng)活動(dòng)模式。但是，關(guān)于這些校準(zhǔn)系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的可靠性和可擴(kuò)展性仍然存在問題，其中個(gè)體用戶可能根據(jù)其大腦功能的特性或其腦損傷的性質(zhì)以不可預(yù)測的方式變化。盡管如此，Angle并不認(rèn)為軟件是開發(fā)中的主要瓶頸，他認(rèn)為最重要的是獲得高質(zhì)量的信號。

事實(shí)上，當(dāng)談到即將到來的潛在障礙時(shí)，Gilja還強(qiáng)調(diào)了另外兩個(gè)問題。首先，有從大腦傳輸數(shù)據(jù)所需要的系統(tǒng)組件。“放大和數(shù)字化不是無條件的”，他解釋說，這些組件占據(jù)了空間，這在頭蓋骨內(nèi)的含量很高，而且他指出，“它們需要能量，這等于產(chǎn)生熱量”。收集的數(shù)據(jù)量越多，這些問題就會變得更大，如果熱量發(fā)生在大腦附近，就需要仔細(xì)評估。Gilja說：“構(gòu)建允許在體內(nèi)進(jìn)行高效數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)是一個(gè)多因素的挑戰(zhàn)”。其次，Gilja說，用于記錄神經(jīng)活動(dòng)的材料的創(chuàng)新創(chuàng)造了某些未知數(shù)，特別是因?yàn)閷τ谠S多設(shè)想的應(yīng)用，植入的BCI將需要正常運(yùn)行幾十年?！八麄兪褂玫牟牧衔覀?nèi)狈?jīng)驗(yàn)，是更新興的技術(shù)”他說，“因此，對于他們在更長時(shí)間內(nèi)的行為，并沒有那么多的集體經(jīng)驗(yàn)和知識。直到歲月流逝，我們才完全了解”。

    接下來會發(fā)生什么？

2023年對BCI來說將具有重要意義。多個(gè)非侵入性系統(tǒng)很可能進(jìn)入研究人員和臨床醫(yī)生的手中，一些植入系統(tǒng)的關(guān)鍵臨床試驗(yàn)計(jì)劃開始。要取得成功，BCI必須確保自己安全和真正對有嚴(yán)重疾病的人有幫助。

在商業(yè)領(lǐng)域，旨在大規(guī)模消費(fèi)的設(shè)備開發(fā)商必須說服人們放棄花錢，并接受了解自己的大腦或與電腦互動(dòng)的新方式。盡管如此，許多人仍持樂觀態(tài)度。Field表示，Kernel仍致力于在2033年之前在世界上的每個(gè)家庭都擁有Flow耳機(jī)。Rapoport認(rèn)為，至少在植入設(shè)備領(lǐng)域，某種同志情誼正在為該行業(yè)推波助瀾。他說：“我們都有共同的動(dòng)力去推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，并且希望監(jiān)管機(jī)構(gòu)、保險(xiǎn)公司、醫(yī)生、醫(yī)院以及整個(gè)醫(yī)療系統(tǒng)和公眾接受新一代的腦機(jī)接口?！?/span>

如今，在雄心勃勃的同時(shí)，未來也充滿不確定性。但正如Vidal 在1973年對BCI所寫的一樣：“目前只能推測這類系統(tǒng)的長期影響”。

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