時隔5年,馬斯克還是主角。
當?shù)貢r間6月27日,馬斯克在旗下腦機接口公司Neuralink發(fā)布的一段視頻中提到,到2028年,全人類有望跟AI互聯(lián),再次引爆全球“腦機接口”領(lǐng)域。一如5年前,他再次賺足眼球。2020年8月底,馬斯克用3只小豬展示公司最新的腦機接口技術(shù),小豬的腦電信號被實時采集、分析。
近日,記者在滬杭兩地采訪,無論是科學(xué)家、臨床醫(yī)生還是企業(yè)家,都繞不開馬斯克這個名字。但他們總是話鋒一轉(zhuǎn),5年過去了,馬斯克不再是唯一主角——
杭州“六小龍”中的浙江強腦科技有限公司,深耕非侵入式腦機接口領(lǐng)域,可讓肢殘人士“接上”智能仿生手,做到“手隨心動”。
上海在侵入式、半侵入式、非侵入式技術(shù)路線上齊頭并進。今年4月,成立不足5年的上海腦虎科技有限公司(以下簡稱“腦虎科技”),在一位癲癇患者腦中植入自主研發(fā)的256通道柔性電極,實現(xiàn)意念操控游玩《黑神話:悟空》等游戲。這家公司是全球首家同時掌握實時運動解碼和實時漢語解碼技術(shù)的侵入式腦機接口企業(yè)。
目前,上海已在推動腦機接口產(chǎn)業(yè)從單點創(chuàng)新向生態(tài)構(gòu)建轉(zhuǎn)型。6月29日,我國首個腦機接口未來產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)“腦智天地”在上海啟動建設(shè),其位于上海新虹橋國際醫(yī)學(xué)中心,這里科研、臨床和產(chǎn)業(yè)資源富集,迅速形成“技術(shù)突破—產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化—場景落地”的集聚效應(yīng)。
5年前,腦機接口尚屬“黑科技”,如今借助上海公司的技術(shù),癲癇患者可以腦控游玩杭州公司開發(fā)的3A大作《黑神話:悟空》。下一個5年,長三角城市腦機接口的競合發(fā)展,值得期待。
從冷清到頂流
如今的腦機接口,是科技前沿聚光燈下的“頂流”,各地政府項目招引、支持的“香餑餑”。但在杭州佳量醫(yī)療科技有限公司(以下簡稱“佳量醫(yī)療”)創(chuàng)始人兼CEO曹鵬的記憶里:“5年前,大家還沒有腦機接口概念。”
浙大二院神經(jīng)外科與浙江大學(xué)求是高等研究院組成的腦機接口團隊,經(jīng)歷了腦機接口從冷清到頂流的全過程,時間跨度更長。
2006年,浙大腦機接口團隊實現(xiàn)電極植入大鼠腦部的動物導(dǎo)航系統(tǒng),讓大鼠按照人的指令行走。2014年,浙大二院神經(jīng)外科主任張建民帶領(lǐng)團隊首次在癲癇患者顱內(nèi)植入電極,通過腦電信號解碼,“意念”控制機械手,完成“剪刀、石頭、布”等猜拳動作。此時的張建民已經(jīng)關(guān)注到,國外正開展侵入式腦機接口研究,可以更精準地提取腦電信號,解碼并控制機械手完成喝咖啡等復(fù)雜的三維運動。追趕國際前沿中,技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)打下,但遇到了同樣棘手的問題,“關(guān)鍵的是要有人給你做”。
尋找志愿者,團隊花費了5年。其間曾一度接近成功,2015年,一位漸凍癥患者做志愿者,已獲家屬答應(yīng),但最后時刻改變主意。直到2019年,在相關(guān)領(lǐng)域全球最高齡的72歲志愿者張大伯進入團隊視野,當年8月完成手術(shù)。負責(zé)主刀的張建民說:“此時慢慢跟上國外同類研究,進入并跑階段?!?/p>
2020年1月16日,浙大二院神經(jīng)外科與浙江大學(xué)求是高等研究院腦機接口團隊對外宣布:因高位截癱而接受國內(nèi)首例侵入式腦機接口手術(shù)的張大伯,已實現(xiàn)利用意念精準控制外部機械手臂完成復(fù)雜的三維空間運動,比如握手、喝可樂等動作。當張大伯用腦電信號控制機械手拿起可樂,并送到嘴邊,喝了一口時,神經(jīng)外科病房內(nèi)響起了一片掌聲。
腦機接口按照技術(shù)范式講,可分為“腦控”與“控腦”。腦控的主要應(yīng)用場景是運動、語言等功能修復(fù),如癱瘓患者意念操控機械臂、意念打字等;控腦的主要應(yīng)用場景為神經(jīng)調(diào)控治療,如抑制癲癇、帕金森等異常腦電。
為實現(xiàn)控腦的產(chǎn)業(yè)化落地,張建民等了近10年。
2012年,針對難治性癲癇治療,浙大二院由神經(jīng)外科、神經(jīng)內(nèi)科組成聯(lián)合團隊,建立起癲癇中心。當時,美國一家公司研發(fā)的腦機接口閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控系統(tǒng)已進入三期臨床,這引起了張建民的注意。2012年起,張建民帶領(lǐng)團隊成功申報國家863課題,隨后團隊先后拿下兩個浙江省科技廳重大專項等課題,最終研發(fā)出我國首個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“閉環(huán)神經(jīng)刺激器”。
“像是在大腦里面安裝了一個‘反導(dǎo)系統(tǒng)’?!睆埥窠忉專卣鹎皶蓄A(yù)警信號,癲癇發(fā)作前也會有異常的腦電信號,這項技術(shù)就是檢測并自動刺激異常腦電,抑制頑固性癲癇發(fā)作,2021年完成國內(nèi)首例植入手術(shù)。
為何推進近10年才落地?2021年,團隊與佳量醫(yī)療的合作是關(guān)鍵一環(huán),其讓科學(xué)研究不再停留在紙面,閉環(huán)神經(jīng)刺激器等產(chǎn)品落地提速,今年內(nèi)有望完成三期臨床試驗。“產(chǎn)學(xué)研醫(yī)需要多方合作,光靠團隊研發(fā),產(chǎn)品落不了地?!睆埥裾f。
長期資本,同樣是腦機接口發(fā)展所急需的。2021年11月,陶虎創(chuàng)立上海腦虎科技。在首筆融資的關(guān)鍵時刻,腦虎科技創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家陶虎幾近放棄,最終獲得來自盛大集團創(chuàng)始人、天橋腦科學(xué)研究院創(chuàng)始人陳天橋的一筆3000萬元的投資?!八嬖V我不用急,20年、30年他都愿意等?!标愄鞓虻脑捵屘栈涫芄奈?。陳天橋還提到,培育世界級公司需要耐心資本,不能將腦機接口視為短期賺錢的風(fēng)口。
為支撐公司長期發(fā)展,腦虎科技主動布局科研市場,開發(fā)出一款高通量神經(jīng)信號采集分析設(shè)備,專為科學(xué)研究設(shè)計,已逐步獲得國內(nèi)外科研機構(gòu)的認可,成功替代部分國外同類產(chǎn)品,為公司帶來穩(wěn)定收益。對此,陶虎表示:“我們不僅專注于腦機接口的前沿技術(shù)突破,還積極探索市場化路徑,通過高附加值的產(chǎn)品增強自身的商業(yè)造血能力,為未來的產(chǎn)業(yè)化打下堅實基礎(chǔ)?!?/p>
競爭還是合作
去年底,陶虎不再擔(dān)任中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所副所長,“ALL IN”腦虎科技?!澳X機接口發(fā)展太快,全職投入腦虎科技,是為了避免科研與創(chuàng)業(yè)的資源分散,加速腦機接口技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進程?!碧栈⒄f。
業(yè)內(nèi)人士表示,不論是國家還是地方層面都很明確,腦機接口的當務(wù)之急是產(chǎn)品落地和產(chǎn)品場景效果驗證,簡言之就是加速腦機接口產(chǎn)業(yè)化。
近年來,臨床醫(yī)院、科研院所以及各地企業(yè)積極參與,技術(shù)路線逐漸明晰:腦機接口按植入條件可分為非侵入式、半侵入式和侵入式3種,其中非侵入式為無創(chuàng),后兩種均為有創(chuàng),即需進行外科手術(shù),因此由前到后技術(shù)難度相應(yīng)增加,但腦電信號質(zhì)量也會顯著提升。早期國內(nèi)企業(yè)多選擇非侵入式,但近兩年來在侵入式腦機接口領(lǐng)域,公司日益活躍,臨床試驗呈現(xiàn)加速跡象。與此同時,數(shù)據(jù)顯示,截至今年3月中旬,長三角地區(qū)腦機接口相關(guān)企業(yè)占全國總量超1/3、達34.87%,呈現(xiàn)集群優(yōu)勢,其中上海、杭州占比均超10%。
面對火熱的發(fā)展態(tài)勢,“會不會有競爭?”記者向每位受訪者拋出同樣的問題。
“現(xiàn)在,大家尚不構(gòu)成競爭,而是在布局?!辈荠i的回答很有代表性,從腦機接口發(fā)展生態(tài)看,全國腦機接口公司不過上百家,很多還是初創(chuàng),就連很多研發(fā)機構(gòu)成立相關(guān)科室或立項項目最多也不過三五年。
著眼未來,業(yè)內(nèi)人士依舊不懼競爭,甚至樂見競爭。一個行業(yè)逐漸起勢,吸引了越來越多參與者,張建民表示,“相互競爭很正常,我們希望通過這種競爭,帶動相互促進、共同提高”,也是國家層面在2021年正式啟動“中國腦計劃”的初衷。
相比之下,“合作”更是腦機接口從業(yè)者口中的高頻詞。
對腦虎科技而言,與華山醫(yī)院的深度合作無疑加速了臨床轉(zhuǎn)化。腦虎科技很早便在華山醫(yī)院西院附近設(shè)立研發(fā)團隊,有多近?“走路5分鐘。”陶虎說,距離近了,跟華山醫(yī)院更深度的合作便水到渠成。
這種深度合作也為雙方所樂見:一方面,腦虎科技在華山醫(yī)院西院專門設(shè)置了腦機接口訓(xùn)練病房,集合意念操控智能家居、打游戲等場景;另一方面,雙方至少每兩周會開一次會,開展臨床討論、數(shù)據(jù)分析等,陶虎不忘補上一句:“我們過去,他們也過來。”
目前,腦虎科技在華山醫(yī)院完成全球首例漢語言解碼臨床試驗,將語言解碼速度提升至49.6字/分鐘,為失語患者重塑語言功能提供新路徑。作為腦虎科技的投資方,陳天橋表示,這一語言解碼的實現(xiàn)難度不亞于Neuralink的技術(shù)突破,其價值遠大于拿到某一個設(shè)備的批文。
產(chǎn)業(yè)集聚,在杭州同樣發(fā)生著。“現(xiàn)在是高校、醫(yī)院、科研機構(gòu)、企業(yè)等,開展產(chǎn)學(xué)研醫(yī)合作最好的時機,沒有之一?!辈荠i肯定地說。其中,科學(xué)家提供底層技術(shù)突破,企業(yè)承擔(dān)工程化與產(chǎn)業(yè)化,醫(yī)生定義臨床需求并驗證技術(shù)有效性,患者則參與技術(shù)優(yōu)化。今年3月,因完全性脊髓損傷喪失行走功能的金大伯,在浙大二院接受了閉環(huán)脊髓神經(jīng)接口植入手術(shù),如今已能自主站立、行走,該產(chǎn)品就來自張建民團隊在追蹤國外動態(tài)時的發(fā)現(xiàn),并聯(lián)合杭州南湖腦機交叉研究院,浙大生儀學(xué)院及佳量醫(yī)療幫助落地。
更大范圍的跨區(qū)域合作,也正逐步進行。2021年底,閉環(huán)神經(jīng)刺激器啟動全國多中心研究,由上海的華山醫(yī)院院長毛穎和北京的宣武醫(yī)院院長趙國光作為共同PI牽頭,在全國8家醫(yī)院開展前瞻性臨床研究。“預(yù)計8月前,可以完成多中心臨床研究100例的目標?!睆埥癖硎?,如果證明安全有效,就可申報國家創(chuàng)新醫(yī)療產(chǎn)品,最快明年拿證上市。
破題“腦機接口+”
今年4月,《Nature Human Behaviour》期刊發(fā)表了一篇通過大腦運動皮層將書寫動作分解成一系列微小動作片段來進行編碼的論文,現(xiàn)任浙江大學(xué)腦醫(yī)學(xué)研究所所長、浙大腦機調(diào)控臨床轉(zhuǎn)化研究中心神經(jīng)疾病分中心主任張建民參與了這項研究。早在2023年,他和團隊完成國際首例用腦控機械手書寫漢字,就是“用意念寫字”。
據(jù)了解,漢字有3500多個常用字符,有橫、豎、撇、點、彎、鉤等基本筆畫32個,具有顯著的運動控制復(fù)雜度。“我們就去研究書寫漢字時的腦電信號軌跡是如何組成的?!睆埥窠榻B,由此一步步弄清楚漢字書寫的運作機制,并創(chuàng)新引入非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,實現(xiàn)漢字書寫,“不過目前寫出來的字,可能像小孩子寫的字一樣歪歪扭扭的?!?/p>
無論腦控還是控腦,區(qū)別只是應(yīng)用場景不同,本質(zhì)都是“腦機接口+”的概念,底層都是對于“腦網(wǎng)絡(luò)”的認知進一步突破。作為神經(jīng)外科專家的張建民直言,對于臨床而言,就是要把腦網(wǎng)絡(luò)相關(guān)研究的最新成果,應(yīng)用到如運動、語言等功能障礙及癲癇、抑郁癥、狂躁癥和自閉癥等腦疾病治療中。
腦虎科技是上海新興產(chǎn)業(yè)的“八大賦能者”之一。陶虎同樣認為,腦機接口提供的是一個接口,突出的是“賦能”概念,其未來可賦能人工智能、集成電路、生物醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè),并形成融合發(fā)展態(tài)勢。陶虎解釋道,如果腦機接口只是一個新型醫(yī)療器械,它不會被國家部委等各個層級、各方如此重視。
實現(xiàn)“腦機接口+”,正是政策支持創(chuàng)新應(yīng)用場景的題中之義。陶虎表示,上海為腦虎科技快速發(fā)展提供了全方位的培育與支持,比如上海市科委通過“項目經(jīng)理制”全鏈條支持腦機接口研發(fā),從技術(shù)攻關(guān)到醫(yī)療器械注冊提供“一站式”服務(wù),腦虎科技的全植入、全無線、全功能柔性腦機接口系統(tǒng)僅用數(shù)月便完成型檢與倫理審批。此外,華山醫(yī)院牽頭成立了腦電數(shù)據(jù)聯(lián)盟,向企業(yè)開放經(jīng)倫理審查的臨床數(shù)據(jù),這也加速了公司的算法優(yōu)化。
更可喜的是,在產(chǎn)業(yè)化進程中,從業(yè)者正逐漸擺脫“科研”思維?!敖鼛啄?,腦機接口正從由科學(xué)家主導(dǎo)的科學(xué)問題,轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)家牽頭的產(chǎn)業(yè)化問題?!碧栈⒈硎荆隹蒲胁恍枰紤]產(chǎn)品的良品率,“可以只做單點突破的創(chuàng)新,將電機通道數(shù)堆到上萬個,不需考慮溫控等問題”;而做產(chǎn)品,則要考慮整個系統(tǒng)的優(yōu)化,“甚至是某些環(huán)節(jié)的妥協(xié)”,如此才能方便未來接入更多適應(yīng)征。
為實現(xiàn)更好賦能,目前仍有些裉節(jié)問題需要解決,尤為關(guān)鍵的是腦機接口發(fā)展生態(tài)的構(gòu)建,需要來自技術(shù)、政策和資本層面形成系統(tǒng)化支撐——
在技術(shù)層面,腦機接口的創(chuàng)新要根據(jù)中國患者的特點開展,技術(shù)要有先進性,同時不能只是束之高閣,要能及時用于臨床,比如漢語解碼就是很好的嘗試。
“我們現(xiàn)在很多原始創(chuàng)新和核心技術(shù)推動,都耽誤在一事一議上。”一位業(yè)內(nèi)人士說,不同部門會緊盯對方是否先破格,而不愿做“出頭鳥”,乃至互相踢皮球,事情僵在那里。因此,在政策層面需要系統(tǒng)性政策支撐,比如由藥監(jiān)、科委、經(jīng)信等部門共同制定政策,齊心協(xié)力破題。
同時需要兼顧當下與長遠的創(chuàng)新性資本參與其中,即將靈活高效的社會資本與長期主義的政府資本相結(jié)合,更好支撐腦機接口未來的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
如今,長三角正逐漸勾畫出腦機接口區(qū)域協(xié)同的新圖景。其中,上海是臨床轉(zhuǎn)化高地,在運動解碼、語言解碼領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全球領(lǐng)先突破,目前腦機接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟長三角產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心已落地腦智天地;浙江杭州不僅起步早,依托人工智能生態(tài),正探索“腦機接口+”場景創(chuàng)新;在江蘇,腦機接口已列為三大先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一,今年6月江蘇省首家腦機接口臨床研究病房揭牌;安徽的科大訊飛正探索語音交互技術(shù)與腦機接口技術(shù)的融合應(yīng)用,今年5月長三角腦機接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在安徽蚌埠成立。
可以期待的是,未來通過長三角的協(xié)同發(fā)力,像拼積木一樣,將打造多樣化的腦機接口產(chǎn)品,持續(xù)挖掘“腦機接口+”的無限可能。(記者 任俊錳)