前言導(dǎo)讀

腦機(jī)接口（Brain-Computer Interface,BCI 或 Brain-Machine Interface,BMI），指在人或動(dòng)物大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接，實(shí)現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。腦機(jī)接口是一種測(cè)量中樞神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)并將其轉(zhuǎn)換為替代、恢復(fù)、增強(qiáng)、 補(bǔ)充或改善自然中樞神經(jīng)系統(tǒng)輸出的系統(tǒng)，以改變中樞神經(jīng)系統(tǒng)與其外部/內(nèi)部 環(huán)境正在進(jìn)行的交互。

BCI 一直是研究人員感興趣的領(lǐng)域。最近，它已成為一個(gè)迷人的科學(xué)探究領(lǐng)域，并已成為證明大腦與技術(shù)之間直接聯(lián)系的可能手段。許多研發(fā)項(xiàng)目都貫徹了這一理念，也成為科學(xué)探究中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。腦機(jī)接口的研究可以追溯至二十世紀(jì)七十年代，經(jīng)過(guò)近五十年的研究，腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，目前，腦機(jī)接口技術(shù)正處于第三個(gè)階段——技術(shù)爆發(fā)階段。

根據(jù)Value Reports的報(bào)告，2027年，全球腦機(jī)接口的市場(chǎng)規(guī)模約230億人民幣，年復(fù)合增長(zhǎng)率約13%。據(jù)臻泰智能介紹，盡管我國(guó)腦機(jī)接口純?cè)O(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模不足百億人民幣，但在使用場(chǎng)景中與具體產(chǎn)業(yè)（如老齡化、心理疾病等）的結(jié)合具有明顯的放大效應(yīng)，未來(lái)可能達(dá)到千億規(guī)模。

技術(shù)根源

毫無(wú)疑問(wèn)的，對(duì)于腦機(jī)接口而言，其技術(shù)根源還是在于“大腦”。

對(duì)于我們?nèi)祟?lèi)而言，眾所周知的，大腦中有 860 億個(gè)神經(jīng)元，神經(jīng)元用于發(fā)送和接收信息。盡管神經(jīng)元有許多不同的類(lèi)型，但它們通常由三部分組成：接收信號(hào)的樹(shù)突、計(jì)算信號(hào)的細(xì)胞體和發(fā)出信號(hào)的軸突。

神經(jīng)元通過(guò)突觸連接，大腦的神經(jīng)元通過(guò)稱(chēng)為突觸的軸突-樹(shù)突相互連接以發(fā)送和接收信號(hào)，比如饑餓信號(hào)或者是能量補(bǔ)給信號(hào)，神經(jīng)元通過(guò)電信號(hào)進(jìn)行交流，動(dòng)作電位導(dǎo)致突觸釋放神經(jīng)遞質(zhì)，這些小分子與樹(shù)突上的受體結(jié)合，打開(kāi)導(dǎo)致電流流過(guò)神經(jīng)元膜的通道，當(dāng)神經(jīng)元接收到時(shí)空突觸輸入的“正確”組合時(shí)，它會(huì)啟動(dòng)動(dòng)作電位。

基本原理

我們通常所認(rèn)為的腦機(jī)接口是利用中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的信號(hào)，在不依賴(lài)外周神經(jīng)或肌肉的條件下，把用戶或被試的感知覺(jué)、表象、認(rèn)知和思維等直接轉(zhuǎn) 化為動(dòng)作，在大腦與外部設(shè)備之間建立直接的交流和控制通道。

腦機(jī)接口的基本原理是利用無(wú)創(chuàng)的腦電（EEG）、功能磁共振（f MRI）、功能近紅外（f NIRS）、腦磁（MEG）或有創(chuàng)的皮層腦電（ECo G）、微電極陣列（MEA）等腦信號(hào)獲取技術(shù)，采集并解碼大腦活動(dòng)信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的指令控制外部設(shè)備。

腦機(jī)接口原理示意圖

發(fā)展脈絡(luò)

1929年：Hans Berger 教授首次發(fā)現(xiàn)腦電波，人們就推測(cè)它可能用于交流和控制，至此，針對(duì)腦機(jī)接口技術(shù)的研究正式開(kāi)始。

1935年：哈佛醫(yī)學(xué)院的 Frederic Gibbs、Hallowell Davis 和 William Lennox 報(bào)告了使用 EEG 來(lái)改善癲癇癥的可能性。

1952年：西班牙神經(jīng)科學(xué)家 José M Delgado 開(kāi)始將配備無(wú)線電的電極陣列植入動(dòng)物和人類(lèi)體內(nèi)。

1970年：美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局啟動(dòng)了一項(xiàng)利用 EEG 探索大腦通信的計(jì)劃。

1973年：加州大學(xué)洛杉磯分校的 Jacques Vidal 教授創(chuàng)造了“腦機(jī)接口”一詞，并提出了腦

機(jī)接口項(xiàng)目的目標(biāo)，以分析 EEG 信號(hào)。

1987年：美國(guó)科學(xué)家Phillip Kennedy通過(guò)將神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)錐電極植入猴子體內(nèi)，構(gòu)建了第一個(gè)皮質(zhì)內(nèi)腦機(jī)接口。

1997年：美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn) DBS 用于治療特發(fā)性震顫和帕金森病（隨后于 2003 年批準(zhǔn)用于治療肌張力障礙和 2018 年用于癲癇）。

1999年：召開(kāi)的第一屆腦機(jī)接口國(guó)際研討會(huì)首次給腦機(jī)接口明確的定義。

步入21世紀(jì)以后，人們對(duì)腦機(jī)接口的興趣與日俱增，各類(lèi)研究機(jī)構(gòu)和公司紛紛投入此項(xiàng)研究。基于篇幅有限，對(duì)于21世紀(jì)后腦機(jī)接口的相關(guān)發(fā)展脈絡(luò)不在本文中展示，感興趣的讀者可以與筆者取得聯(lián)系，共同交流學(xué)習(xí)。

專(zhuān)利分析

近兩年來(lái)，隨著腦科學(xué)和類(lèi)腦科學(xué)、人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，腦機(jī)接口也受到了更多的矚目，而且隨著腦機(jī)接口的不斷深入，資本市場(chǎng)也高度聚焦該賽道，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2021年腦機(jī)接口領(lǐng)域融資規(guī)模創(chuàng)下新高，融資金額總計(jì)4.68億美元，同比增長(zhǎng)482%。相關(guān)專(zhuān)利也自然成為了一個(gè)熱點(diǎn)，筆者對(duì)腦機(jī)接口專(zhuān)利問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的分析，這里展示部分結(jié)果，以饗讀者。

專(zhuān)利基礎(chǔ)信息

全球頂級(jí)學(xué)術(shù)平臺(tái)《nature》在其著名學(xué)術(shù)期刊《Nature Biotechnology》雜志上發(fā)表了一篇文章——《Patent landscape of brain–machine interface technology》，從專(zhuān)利角度對(duì)腦機(jī)接口進(jìn)行了全面的分析，對(duì)于部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)筆者引用至本文。

1984年-2020年專(zhuān)利申請(qǐng)情況進(jìn)行了歸納匯總，得出如下公開(kāi)趨勢(shì)：

腦機(jī)接口專(zhuān)利公開(kāi)趨勢(shì)

腦機(jī)接口領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)地域分布情況如下數(shù)據(jù)趨勢(shì)：

腦機(jī)接口專(zhuān)利地區(qū)分布

腦機(jī)接口領(lǐng)域?qū)＠匾獙?zhuān)利權(quán)人（申請(qǐng)人）分布情況如下數(shù)據(jù)趨勢(shì)：

腦機(jī)接口重要專(zhuān)利權(quán)人（申請(qǐng)人）分布

Synchron產(chǎn)品與專(zhuān)利

目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)腦機(jī)接口技術(shù)開(kāi)展商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的企業(yè)、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)等已近百家，有代表性的也已突破30家。目前在BCI領(lǐng)域，Synchron備受關(guān)注，本文著重聚焦Synchron，需要說(shuō)明的是，筆者對(duì)國(guó)內(nèi)外腦機(jī)接口技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)性梳理和全面性研究，尤其在專(zhuān)利角度形成了卓有成效的工作成果和報(bào)告，感興趣的讀者可以與筆者取得聯(lián)系，對(duì)研究成果一起交流學(xué)習(xí)。

Synchron，巧妙的與“神經(jīng)介入” 結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不開(kāi)顱植入，Synchron于2017年創(chuàng)立，根據(jù)市場(chǎng)研究公司數(shù)據(jù)，Synchron擁有約60名員工，迄今已從投資者那里籌集了約6500萬(wàn)美元。2021年7月通過(guò)FDA臨床研究性器械豁免（IDE）申請(qǐng)，這也是第一家植入式BCI獲得對(duì)人類(lèi)患者進(jìn)行臨床試驗(yàn)許可，這使得其領(lǐng)先了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手Neuralink等公司。

據(jù)悉，2022 年 7 月 19 日，Synchron在美國(guó)完成了首個(gè)人腦-計(jì)算機(jī)接口 (BCI) 植入物，首次在人體植入血管內(nèi) BCI 是一個(gè)重要的臨床里程碑，它為癱瘓患者開(kāi)辟了新的可能性，” Synchron 首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人 Tom Oxley 博士說(shuō)，“我們的技術(shù)是為數(shù)百萬(wàn)失去雙手控制數(shù)字設(shè)備能力的人服務(wù)的。我們很高興將可擴(kuò)展的 BCI 解決方案推向市場(chǎng)，該解決方案有可能改變?cè)S多人的生活。”

據(jù)媒體報(bào)道稱(chēng)，馬斯克似乎對(duì)其投資的生物技術(shù)公司Neuralink越來(lái)越失望，因其商業(yè)化進(jìn)展過(guò)于緩慢。Synchron是Neuralink的競(jìng)品公司，尷尬的是，這家成立晚于Neuralink的公司卻在產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)了彎道超車(chē)，成為美國(guó)第一家進(jìn)行人體實(shí)驗(yàn)的公司。

Synchron的腦機(jī)接口設(shè)備并不會(huì)植入大腦，醫(yī)生會(huì)把該設(shè)備——也就是一個(gè)放在支架上的電極陣列，通過(guò)頸部靜脈放入能夠接收電信號(hào)的腦部血管中。典型專(zhuān)利如下：

結(jié)  語(yǔ)

目前，對(duì)于腦機(jī)接口設(shè)備而言，其技術(shù)依然以Neuralink、BrainGate、Synchron等國(guó)外企業(yè)為引領(lǐng)，不過(guò)隨著國(guó)內(nèi)重視程度不斷提高的情況下，中國(guó)公司蓄勢(shì)待發(fā)，在一片被普遍看好的市場(chǎng)中開(kāi)始暗流涌動(dòng)，雖然目前為止還沒(méi)有真正的國(guó)產(chǎn)腦機(jī)接口成品問(wèn)世，但是也已涌現(xiàn)了天津大學(xué)、清華大學(xué)、博睿康、強(qiáng)腦科技等重點(diǎn)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)，隨著各個(gè)“卡脖子”技術(shù)不斷攻克，國(guó)產(chǎn)腦機(jī)接口一定會(huì)在近幾年實(shí)現(xiàn)重大突破和問(wèn)世。

目前，國(guó)內(nèi)各大腦機(jī)接口領(lǐng)域醫(yī)療廠商還會(huì)將國(guó)外等重要競(jìng)品作為標(biāo)桿和對(duì)照，但是隨著各大國(guó)內(nèi)廠商聯(lián)動(dòng)產(chǎn)學(xué)研醫(yī)生多方力量，不斷創(chuàng)新，必將推動(dòng)中國(guó)腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也會(huì)逐步擺脫國(guó)外競(jìng)品帶來(lái)的壓力和技術(shù)障礙，不過(guò)，國(guó)外巨頭公司和國(guó)內(nèi)新興企業(yè)在知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面布局更加緊密，腦機(jī)接口賽道上的各個(gè)國(guó)內(nèi)廠商之間的競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)逐漸激烈，屆時(shí)相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題也必將會(huì)成為各大腦機(jī)接口廠商的研究重點(diǎn)課題，后續(xù)相關(guān)產(chǎn)品的的研發(fā)和專(zhuān)利事務(wù)值得持續(xù)關(guān)注。