“人機互動”、“FDA突破性裝置認證”、“大腦裡的Fitbit”、“獲人體實驗批准”、“人腦安裝晶片”、“準確預測實驗豬動作軌跡”……8月29日，當馬斯克公佈了他的腦機科學公司Neuralink旗下腦機介面技術的最新進展後，這些詞瞬間刷爆了朋友圈。
作為馬斯克早期佈局醫療領域的重要產品之一，他於2017年接手了致力於開發“神經織網”技術公司Neuralink。在那之後，雖然Neuralink幾經人員流動，但每年都有新話題流出。從去年的“類縫紉機”機器人到今年的硬幣大小的腦機晶片，馬斯克每一次關於腦機介面的資訊公佈，都將引發狂歡。
在昨日釋出會上，馬斯克再度將BCI與精神疾病關係在一起。他在演講中提到，很多人這輩子可能會在不同階段遇到各類神經性的問題，比如失憶、失明、失聰、癱瘓、抑鬱、失眠、上癮、癲癇、中風、腦外傷等。“而Neuralink的價值就在於為這些令人困擾的問題提供一個負擔得起且可靠的解決方案。透過植入電子裝置到腦部來解決這些問題，已經被醫學證明是可行的了。”
不過，藍圖是美好的，但現實真如馬斯克所想？
根據海外媒體報導，當年的馬斯克開發腦機介面，是出於對人工智慧的恐懼。他認為，按照目前AI的發展速度，用不了多久，人類就會被AI所統治，淪為傀儡。因此，他希望找到一種方法，讓人類對抗AI。唯一的方法，就是讓人類變得更強，於是他提出了一個比移民火星更“科幻”的想法——大腦強化。馬斯克曾表示：“人類需要與機器相融合，成為‘半機械人’，才能避免在人工智慧（AI）時代被淘汰。”
不過，實際的產品確乎是擺在了這裡，那麼BCI技術到底是賽博龐克愛好者的狂歡，還是神經患者的救世主？動脈網採訪了多家企業、多位專家，將其觀點整合於此，希望能從中立的角度描述BCI的發展未來。
演算法難題：將BCI應用於實際的4個步驟
從馬斯克的邏輯來看，理想中的腦機介面不僅可以幫助研究人員採集神經元訊號，還能將特定的指令進行編碼，透過腦機介面傳達給其他部位，輔助大腦完成訊號傳出。
那麼，要實現這一過程，至少需要完成4個過程：採集訊號——訊號解碼——再編碼——反饋。
這四個過程看似簡單，實則難如登天，僅是第一個“採集訊號”的過程，就卡死了大批想要從BCI中掘金的探索者。
神經學家常常用體育館的類比來描述腦部訊號的採集過程：在球場外，你可能會聽到背景噪音，並從歡呼聲中判斷是否有球隊進球了；當你坐在球場山頂位置，你能夠知道哪個球隊取得了這一分；但只有當你坐得足夠近，且足夠了解足球的合作邏輯，你才能知道，到底是怎樣一套協同動作，幫助球隊進了這個球。
這也是Neuralink的BCI由“縫紉機”發展成今天的“侵入式硬幣”的重要原因之一——只有將電極網路靠神經元足夠近，我們才可能獲得足夠高解析度的訊號。
從馬斯克釋出的小豬影片可以看出，它的植入電極確乎解決了這個問題，在演示之中，工作人員實時讀取並在大螢幕上同步展示小豬B的腦電波。裝在小豬A腦袋裡的Neuralink正在讀取與它鼻子相關的神經上的電流，每當它鼻子碰到什麼，都會有一個腦電波的高峰。
在第二隻跑步機上的小豬影片中，他演示了用腦電波進行運動軌跡的預測。圖表顯示，預測的運動軌跡和真實的運動軌跡基本吻合。
Neuralink已經能夠一定程度上預測小豬的動作姿態，這意味著其採集的訊號一經達到相當高的精度
不過，儘管馬斯克在訊號採集方面獲得了重大突破，但在BCI實現的第二個階段——訊號解碼階段，我們似乎沒有看到太大的突破。
“這次釋出會讓人失望的是神經訊號解碼方面沒有任何進步，只是簡單演示了小豬四肢運動和腦內神經放電的關係，離植入腦機介面與手機通訊還有很長的路要走。”清華大學腦機介面專家洪波教授對此表示：“目前，運動資訊腦機介面解碼的研究已經很成熟，美國布朗大學、史丹佛大學等在猴子和人的大腦上已經多次成功演示，不過，美國FDA過去批准Cyberkinetics和BlackRock等公司開展過小規模人體臨床試驗，但都沒有取得預期效果。”
“同時，這類研究在國內也有進行，主要是浙江大學與清華大學在從事相關研究。浙江大學採用的是馬斯克在演講中提到的美國Utah電極陣列，已經在猴子和病人大腦皮層植入該電極陣列，成功實現了對機械手的腦機介面控制。清華大學則是和301醫院、宣武醫院合作在癲癇病人上開展的微創植入腦機介面研究採用不同的方案，記錄電極埋在顱骨中，不穿透硬膜，因而不破壞神經細胞，可以長期穩定採集顱內腦電，已經實現了腦機介面打字等。
“需要說明的是，這兩個研究組都還還在臨床前試驗階段，沒有獲得醫療器械許可。主要技術瓶頸和Neuralink團隊碰到的一樣，神經訊號的無線傳輸、對神經細胞創傷的控制、植入電極的長期安全有效性等。”洪波教授向動脈網解釋道。
那麼，如果馬斯克能在接下來的工作中完成解碼問題，那麼步驟三中的編碼過程可能沒那麼困難。不過，步驟四的反饋過程將必然是另一座難以逾越的大山。
反饋環節即利用BCI獲得環境反饋資訊後再作用於大腦。通常而言，我們依賴視覺、聽覺、觸覺、聽覺獲取環境資訊，進而實時向大腦傳遞。不過，就算是當前大熱且已廣泛應用於生活的計算機視覺技術，也大都停留在二維影響的處理之中，三維影像資料量大、難以編碼等問題，都成為反饋過程中的巨大障礙。
因此，從這次釋出會中，我們確實該為馬斯克成功的高解析度神經元訊號採集而狂歡，精確、高解析度的訊號能夠極大推動解碼工作的進展。但我們也需理性，BCI演算法僅是問題之一，而訊號採集只是演算法問題中的問題中的一部分——馬斯克離成熟的BCI還有很長的路要走。
材料難題：尋找能夠留存於顱內環境的可植入物
與人體的其他環境不同，美國韋斯中心的克勞德克萊門特教授將大腦比擬於海邊叢林：潮溼、炎熱、多鹽，“這絕不是個搞技術的好地方。”
與口腔、腸道、腹腔等環境不同，人類大腦的結構更為精妙，充滿著神秘，甚至承載著“靈魂”。要在這個地方放置一個感測器可不容易，既需要考慮大腦環境的排異反應，還需要考慮植入物的耐用性，避免頻繁的替換進而造成莫名的顱內損傷。植入物的晶片也同樣需要高工藝，一方面，它需要滿足對百萬級神經元資訊的採集處理；另一方面，它還需要足夠小，避免壓迫損傷顱內的其他組織。種種原因可見，植入體的設計同樣需要企業深思熟慮。
經濟學人的《植入體》一文曾描述了植入體設計的兩個方向，第一是重新思考目前的小型導電電極技術，第二是朝著新的非電氣方向前進。
哥倫比亞大學電氣與生物醫學工程系的Ken Shepard教授曾在CMOS（互補金氧半導體）電子技術來實現這一點。他認為：任何插入式電極都可能造成細胞損傷，於是他試圖研製出一個置於皮層頂部、包裹大腦的膜之下的整合裝置。2018年時，他設計的第一代CMOS晶片原型僅1cm2，包含了65000個電極，而第二代的版本將包含100萬個電極。值得注意的是，他並非把感測器堆疊在晶片上，而是加入了相同數量的放大器對訊號進行轉換，以及一個無線鏈路來向頭皮上的中繼器傳送資料。
這個晶片在當時沒有解決供電問題，畢竟將電池這樣的包含諸多危險化學物質的裝置置於腦部實在難以保證安全。但從釋出會上看，馬斯克則似乎在這一方面更進一步。不過，釋出會上僅表示該裝置擁有無線充電功能，卻沒有解釋這一功能如何實現。在過去的演講中，Neuralink曾表示其植入物的電池能夠持續24小時，並能像手機一樣無線充電。這一點，單從影片來看，我們無法驗證。
影片中僅展示了植入物的樣式與大小
回到植入物的話題，從非電氣方向出發，哈佛大學的洪國松博士嘗試製造一種SU-8柔性聚合物製成的多孔網，上面鑲嵌著感測器與導電金屬。這一網狀結構模仿了神經組織彈性而柔軟的形態，並允許神經元和其他型別細胞在其中生長，這意味著它可以解決大腦對於異物的免疫反應。相比傳統的方案，這種解決方案模糊了生物學與電子學的界限。
此外，最近清華大學醫學院和微電子學系聯合團隊採用新型憶阻器陣列來嘗試進行腦機介面的訊號處理，把功耗降低了400倍，這同樣是一個解決上述難題很有前景的方向.
除了上述三個例子外，還有眾多學者都在植入物領域進行了深入研究，這裡不一一贅述。不過綜合演算法與材料兩個方向來看，馬斯克仍未解決BCI關鍵的問題。
在彭博社的分析中表示，Neuralink使用的是柔性聚合物，難以在人體記憶體在10年時間。而國內腦科學醫療整體解決方案提供商妞諾科技CEO戴珅懿告訴動脈網：“客觀來說，馬斯克的方法仍在傳統技術的範疇，能夠降低現有技術的成本，但離‘治療’還存在相當長的距離。”
倫理難題：人體實驗的倫理審查不能規避
雖然馬斯克在釋出商表示該BCI產品已經在今年7月獲得了FDA給予的突破性裝置認證，並將進一步投入到人體臨床試驗之中，但畢竟由於產品僅處於初級階段，因而植入人體所帶來的風險也相對較小，但隨著技術的深入，這裡面臨的嚴重的人類倫理問題。放在賽博朋克愛好者的討論組中，BCI終局所引發的控制與被控制、軍事戰爭等話題，數年可能也得不到一個相對一致的結果。
實際也是如此，尤其是BCI最終需要面對的反饋環節。哈佛大學的一位學者曾表示：“如果BCI成熟，研究者能夠安全地把一個人放進或抽離‘閉鎖’狀態——一個人能充分意識到自己所處的環境，但不能作出任何動作或行動。但這樣的實驗，現代審查委員會絕不能容忍。”
洪波教授同樣對BCI的倫理問題提出了質疑，他認為，植入腦機介面和基因編輯的倫理問題同等重要，在技術開發的同時就應該建立相應的倫理框架，而不是亡羊補牢。
從現在的發展形式來看，為了更好地向管理者解釋倫理問題，研究人員最好能夠探索出BCI與大腦的融合方式，讓兩者能夠透過協作指導人的行動，這樣的協同必須可解釋，或許這樣的系統能夠勉強應對倫理問題，但想必仍將面臨棘手的審查，更別談臨床試驗。
有一個引人深思的問題可以在這裡丟擲——我國是否有可能在BCI的技術上趕上馬斯克，並處理好其中的倫理問題呢？很遺憾，兩者的答案均是否定的。
先談第二個問題，目前我國並沒有制定類似於FDA的“突破性裝置”特別審批程式來幫助BCI這樣的產品取得審批。相比之下，我國器審中心的綠色審批通道更為強調創新裝置帶來的“治療方向”上的經濟效益的改變與療效上的改變，馬斯克所設計的BCI顯然不在這一範疇。其次，我國在很長一段時間內都沒有辦法從BCI這一領域追上馬斯克的技術成果，但這並不意味著國內漠視了腦科學的發展。實際上，從2015年到今天的五年時間內，在神經疾病臨床上，我國已在諸多神經疾病的研究上反超美國。
不過，從宏觀角度來看，BCI這樣的基礎科學對於人類的發展顯然至關重要，正是因為大量學者在基礎科學的大量投入與獻身，才有了我們如今所享有的科技與生活。因此，馬斯克的偉大不言而喻。
對標歐美，我國應該如何發展腦科學？
正如上文所言，國內的BCI技術雖無法同美國相比，但我們的腦科學研究水平仍處於世界前列。
同時，基於人口上的優勢，我們將隨著時間獲得更多腦部疾病的大資料，這些資料將幫助更多患者得到治癒——BCI並非治癒腦部疾病的唯一方法。
那麼，我國應該如何推動腦科學發展？方向、人才、產業三者的融合，或許是其中的解決之道。
一、方向
與馬斯克的宏大藍圖不同，國內的腦研究更為關注腦疾病的診斷治療與腦啟發的人工智慧。2019年前後，經過長達五年多時間的醞釀，中國在科學界形成“一體兩翼”腦計劃研究方向的基礎共識。
“一體”即“認知腦”，關注和理解人類大腦的認知功能是怎麼來的。核心是認知腦區結構和功能神經網路的實質，嘗試闡明大腦如何工作。
中國腦計劃的領軍者和倡導者蒲慕明院士表示：“我們看到計算機，要分析它的功能就必須知道計算機的結構，對於大腦的功能我們必須要知道大腦的網路結構，這就叫做‘全腦介觀神經聯接圖譜’，也是我們這個大計劃的關鍵部分”。
兩翼，則指向“保護腦”和“創造腦”兩大主攻方向。
其中，“保護腦”主要是更好地診斷和治療各類重大腦疾病，包括阿爾茨海默症、癲癇、帕金森、抑鬱症等疾病，在神經系統疾病這條賽道上，將有機會誕生千億獨角獸。
“創造腦”主要實現類腦人工智慧的研究與開發，核心戰略目標是開發仿腦計算機，將由兩部分組成:一是發展腦型器件和結構；二是腦型資訊產生和處理系統的設計和開發。
中國腦計劃的巨大價值在於其在未來五到十年的持續實施，會全力推動人工智慧與腦科學的深度融合發展，其研究成果，將會極大的促進類腦人工智慧技術的發展，這一領域的研究突破，將引領新一輪的科技革命。
基於這個計劃，我國正全力發展阿爾茨海默、帕金森、癲癇、精神分裂、抑鬱症等社會負擔重大的疾病的治療。如今，這些疾病的研究已經擁有了極大的進展。
二、教育
教育決定了科學未來的發展在方向，而腦科學這一門學科介於醫學與工程學間，如何培養這類人才，是我國當下面臨的一個重要問題。從現在的教育現狀來看，各大高校都是獨立專科培育人才，進而橫跨至腦科學進行研究，這樣的發展方式欠缺戰略性、難以向全產業進行發展。
為了應對這樣的問題，浙江大學於2018年開始實施“雙腦計劃”，推動腦科學與人工智慧的結合，並於2020年1月浙江大學近日成立腦科學與腦醫學學院，以解決最為基礎的教育問題。
“腦科學是最具挑戰性的前沿學科，也是近年來國際上發展最快的學科。”段樹民說，在美國神經科學年度交流大會參會人員有3-4萬，已經成為最大的學科。但在國內，我國普通高校提供的本科生教育的專業有400多種，還沒有一個是神經科學的專業。
“目前國內腦科學研究的研究生的考生來源主要是生物學和生物技術專業畢業的本科生，他們在本科生階段幾乎沒有受到神經科學相關的知識教育，很不利於科研工作的開展。”段樹民說。他注意到，在這些學生的入學面試時，大多數學生都顯示了從小對腦科學的興趣，但在本科生階段沒有他們能選擇的專業。
因此，將有興趣的學生在本科階段匯入理工專業，再在碩士階段基於臨床相關教育，或是當前困境的解決方案之一。
只有解決了最為基礎的人才問題，我們才能談及更深入的腦科學課題研究，進而推動腦科學醫學產業發展。浙江大學的模式無疑是一個旗幟，希望能夠引導各大高校深入發展腦科學。
三、產業
無論是政策、人才，其最終目的都是要建立健全的腦科學醫療全產業，將有價值的醫療科技普惠大眾。事實上，在近十年的時間內，已經有一批有志之士開始了腦科學的探索，並已成功的將其成果擴充套件到了神經疾病、精神疾病、康復等領域。在這種眾多企業之中，動脈網以博睿康、妞諾科技、臻泰智慧三家企業為例，簡述我國腦科學領域的發展。
博睿康：打造通訊速率最高的無創腦機介面系統
被業內公認為頭部企業的博睿康科技是國內首個將腦機介面產業化的公司，依託於清華大學神經工程實驗室，博睿康研發出了目前全世界通訊速率最高的無創腦機介面系統，使中國在國際腦機介面領域佔有了一席之地。
無創之外，博睿康也在研發微創腦閉環反饋刺激系統。該系統採用微創植入避免感染，滿足長期使用，採集與刺激閉環，實現智慧調控；以治療癲癇病為例，即透過在癲癇發作前的特徵訊號預警，觸發電刺激，從而達到抑制癲癇發作的成效。同時，公司還在著手研發腦機智慧主動康復系統，將適用於中風等神經疾病損傷康復、ADHD干預治療。
妞諾科技：軟硬體與強科研融合的醫療腦電資料服務商
以解決臨床需求、提升患者價值為目標，妞諾科技在產品線方面圍繞醫療腦電資料服務進行了以AI演算法為核心基礎融合軟硬體雙向開發模式。戴珅懿向動脈網解釋到：“一開始我們只做演算法，但在資料的採集過程中，我們遇到了非常多的問題。第一，由於採集裝置的差異而導致腦電資料收集出現質控問題；第二，很多行動式的場景非常具有應用價值，但很多廠商很難快速跟進這一需求，並對小規模的測試進行技術支援；第三，腦電資料需要經過多個演算法轉化，排除干擾，才能形成可分析的訊號，而要抓住某個特徵值的訊號，還需自己去理解微小訊號的處理，而這個繞不開對裝置的理解。”
場景與技術都是在探索之中不斷髮展的，未來，妞諾科技將繼續探索新的商業路徑，深入與網際網路醫療、醫藥企業、保險公司等的合作，運用AI能力協助腦電服務深入醫療各級系統落地，在適應症廣度及深度擴充，不僅會涉及傳統的各類腦疾病的診療，如：癲癇、阿爾茨海默症等相關神經疾病的鑑別診斷，也將推動醫療腦電服務在精神專科、兒神經專科、重症及急診等多專科更廣泛的普及應用，實現高新技術的全面普惠。
臻泰智慧：“BCI+VR+機器人”助力患者康復
BCI在康復醫療領域是剛需，早已吸引了無數研究者和企業的目光。上世紀90年代，科學家們開始進行相關研究；2000年，基於腦電的生物反饋產品開始在醫療領域落地應用；2014年，截癱青年朱利亞諾·平身著外骨骼機器衣為世界盃開球；如今，這一行業已經進入產品化階段。
目前，公司的腦控智慧康復解決方案主要用於神經性疾病康復，在科研預臨床階段，累計試用患者已達1000多例。研究顯示，經過腦機介面系統康復治療，患者的認知狀態、運動能力、平衡力、肌張力有了明顯的提升。接下來該解決方案會逐漸擴充至物理治療、作業治療等康復訓練全場景，並透過全週期的腦電資料採集評估，為患者精準化定製康復治療方案。
寫在最後
回到最初的問題，BCI技術用於疾病“治療”有多遠？相比各位心裡已經有了答案。
總的來說，Neuralink的突破固然可喜可賀，但我們也應理性看待BCI技術於醫療應用的挑戰與現階段的侷限性。因此，對於我國醫學領域的研究而言，堅持“醫療腦”進行突破，側重於疾病診療，深積疾病資料庫，或許是一條更為實際的路。
畢竟，醫療領域可能沒有馬斯克的浪漫。
一步接著一步，這才是醫療應該擁有的節奏與速度。