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脑机接口:元年已至,商业化落地是关键

脑机接口:元年已至,商业化落地是关键

上周,第二届南渡江智慧医疗与康复产业高峰论坛在海口举办,本文是该论坛的系列报道②:脑机接口。

脑机接口(Brain Computer Interface, BCI),指的是在人脑与计算机或其他电子设备之间建立的直接交流和控制通道,通过这种通道,用户可直接通过大脑思想来表达想法或操作设备,而不需要语言或者动作。tw1esmc

2023年是脑机接口的发展“元年”。政策层面,国家针对脑机接口产业,相继出台了一系列利好政策予以产业推动;产业链层面,各方对脑机接口的了解度不断提升,推动产业实现高速发展。本文将分享三家企业在脑机接口的应用落地的经验。tw1esmc

国产侵入式脑机接口对标马斯克Neuralink

上海脑虎科技有限公司创始人、CEO彭雷介绍称,目前市场上侵入式的脑机接口主要分为三个主要技术路线。第一种是硅基硬质电极系统,可以同时记录96个通道,可应用于临床、需要开颅,适用于硬质易剪切脑组织;第二种是血管电极系统,可同时记录16通道,可应用于临床,颈静脉植入,但只能记录场电位;第三种是柔性电极系统,可同时三维记录1024通道,可通过机器人开颅自动植入,但尚未实现临床。tw1esmc

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Neuralink的柔性深部电极属于第三种,可通过手术机器人植入大脑,此前该公司通过将这种电极植入了小猪脑部,通过解码猪在跑步机上走路时的运动皮层,来判断它的运动信号、脑电信号跟步态间关系。2021年进一步实现在猴脑上的植入,目前这种方式已获批首次人体临床实验。tw1esmc

“脑虎科技与Neuralink一样选择的是柔性脑机接口,我们认为这条路线长期推广最核心的要素之一是高通量。”彭雷指出,这条路线是三种技术路线中通道最多的,高达一千多条,其他最少的只有16条。而通道数决定可以读写神经元的数量,从目前来看一千多条仍是非常小的数量指标,远不足以把人体800多亿个神经元都记录下来。tw1esmc

记录多少神经元信号可以解释大脑?没有人知道,但彭雷认为脑机接口的通道数一定会持续增长,这就是“脑机接口的摩尔定律,每隔18个月可以读写的脑机接口神经元数量细胞应该翻一倍,这是我们认为要实现的目标。”tw1esmc

第二个核心要素是低创伤,要求手术植入的创口越来越小,从厘米级走向毫米级、亚米级甚至更小。第三个要素是长期在体,指的是植入电极稳定在人体内的时间从短期植入,提升到周、月、年甚至更长。tw1esmc

在动物实验方面,脑虎已经完成了小鼠、兔子、狗、猴的实验,临床实验上目前完成了一系列上人实验,在国内处于领先状态。tw1esmc

XR设备+脑机数字疗法,治疗心理、精神疾病

脑机产品商业化时,必须评估用户购买、使用产品的成本,以及给用户带来价值的比较。杭州回车电子科技有限公司联合创始人、CTO童路遥认为,给用户带来的价值减去成本,不能是负数;如果包括购买和使用的成本,两者加起来获得的价值是负的,就很难做到商业化。tw1esmc

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基于这个考虑,近几年AR/VR等XR技术逐渐的成熟,可以和脑机接口很好地结合。由于XR设备本身要佩戴在头部,所以加上脑机接口功能对于佩戴者来说没有其他的成本增加。tw1esmc

据悉,回车科技后续将逐渐把公司战略重心转到脑机接口和XR设备的结合,包括交互方面。这个交互不仅是传统理解的运动交互,还有一部分是情感交互,由于XR设备越来越多地开始集成AI功能,AI也越来越能够理解情感状态,可以形成使用反馈。tw1esmc

数字疗法是由软件程序驱动,以循证医学为基础的干预方案,用以治疗、管理或预防疾病。童路遥认为这是脑机接口离产业化最近的应用领域。目前的数字疗法主要面向与精神健康相关的领域,因为传统药物治疗精神疾病存在副作用、耐药性等问题,数字医疗在该领域的作用逐步显现。tw1esmc

他列举了多种精神健康疾病,如抑郁症、多动症、失眠、成瘾治疗等,脑机接口设备对于疾病早筛、生物反馈式治疗、效果评估等方面都有重要作用,可以通过结合VR的沉浸感和脑机接口的生物反馈来提高治疗效果。tw1esmc

童路遥认为,脑机VR领域面临的挑战是目前没有专门面向医疗领域的VR产品,消费级别VR产品本身的设计是面向成人,且更偏向于游戏化的设计。“比如失眠的客户,设备后面有一个大大的电池,是没有办法躺下来睡觉的。另外数据的准确性和可靠性,还需要行业内更多跟踪和优化,内容开发平台和工具也不够完善。”tw1esmc

展望脑机接口设备的未来,他认为从硬件来说需要实现更轻、更舒适、成本更低。“预计未来几年,XR产业会飞速进步,目前的设备重量大约是300克左右。另外是数据维度要更丰富,各种各样的生理参数数据才能更好辅助应用的开发。”tw1esmc

侵入与非侵入方案已到十字路口

脑机接口是脑与外部设备之间的直接联系设备,侵入式脑机接口需要进行植入手术,能够精准识别脑电信号,同时也会带来颅内的出血和感染的风险,以及局部的神经元损害和胶质细胞疤痕形成。所以目前在临床上大规模的应用侵入式的脑机接口其实还是有争议,目前美国的FDA和欧洲的MDR都不认可其在临床的大规模应用。tw1esmc

非侵入式的脑机接口虽然没有侵入式脑机接口带来的脑损伤,但是解码的准确率和可靠性比较低。65%-80%的准确性作为脑控的用途来说过低,目前只适用于轻度的神经康复患者,例如脑卒中后的神经康复,尽管证明有效,但这类患者中个体的疗效差异非常明显。tw1esmc

上海傲意信息科技有限公司医疗事务部副主任马洁博士表示,脑机接口为脑损伤患者的神经康复带来了一种新的可能,但是侵入式和非侵入式脑机接口目前存在的局限性,制约了脑机接口的产业化,“国际上的项目组在干预运动功能障碍做了思考和尝试,例如2021年FDA批准了第一个脑机接口的注册IpsiHand, Neurolutions。”tw1esmc

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“脑机接口的产业化,侵入与非侵入方案已经来到一个十字路口。”马洁认为。tw1esmc

应该怎样突破非侵入式的脑机接口在脑损伤患者应用的困局?傲意提出基于脑肌电联合解码的意图识别和运动辅助的方法来重建脑卒后,主要通过脑肌和肌肌接口来训练脑卒中患者的脑肌电关系,来重建大脑和周围肌肉的偶联,增强其肌电信号,再通过肌电信号来控制外骨骼,进而恢复运动功能。tw1esmc

“常规的康复体系一般以恢复动作为目标,而我们建立的是以恢复肌电信号为目的的体系,基于此我们研发了三套体系。”马洁说到,第一套是NeuCir Max,主要目的是提高患者自身的肌电信号和控制能力,患者在康复进程中根据VR来训练连贯使用。为了进一步实现控制轻便外骨骼完成日常生活任务奠定一个基础。第二套NeuCir-Pro则为控制轻便外骨骼完成日常生活任务奠定了基础;第三套NeuCir-Lite有效解决ADL需求的上肢助力穿戴外骨骼。tw1esmc

责编:Momoz
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Momo Zhong
国际电子商情(Electronics Supply and Manufacturing-China)助理产业分析师,专注于PCB、电子工程、移动终端、智能家居等上下游垂直领域。
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