領先Neuralink！國產侵入式腦機接口廠商已完成多項臨床實驗！

（如上圖，不同的接口類型所獲得的信號強度有很大差異）

非侵入式：是指無需通過侵入大腦，只需通過附著在頭皮上的穿戴設備來對大腦信息進行記錄何解讀。這種技術雖然避免了昂貴和危險的手術，但是由於顱骨對於大腦信號的衰減作用，以及對於神經元發出的電磁波的分散和模糊效應，使得記錄到的信號強度和解析度並不高，很難確定發出信號的腦區或者相關的單個神經元的放電。

半侵入式：即將腦機接口植入到顱腔內，但是在大腦皮層之外。主要基於皮層腦電圖（ECoG）進行信息分析。雖然其獲得的信號強度及解析度弱於侵入式，但是卻優於非侵入式，同時可以進一步降低免疫反應和愈傷組織的幾率。

侵入式：是指通過手術等方式直接將電極植入到大腦皮層，這樣可以獲得高質量的神經信號，但是卻存在著較高的安全風險和成本。另外，由於異物侵入，可能會引發免疫反應和愈傷組織（疤痕組織），導致電極信號質量衰退甚至是消失。另外傷口也易出現難以癒合及炎症反應。因此，侵入式腦機接口技術的門檻和風險都相對更高。

目前，腦機接口技術主要應用在醫學治療相關領域，例如為遭受嚴重創傷或患有先天殘障的患者製造可以憑「意念」控制的輪椅和假肢，讓同時患有語言和肢體障礙的患者藉由腦機接口，將其所思所想呈現在電腦螢幕上，實現與外界交流，也可被腦部或神經受創的患者用於相關的康復訓練。腦機接口技術也有被應用於教育領域，因為其可以訓練孩子的專注力。遊戲領域則是非侵入式腦機接口技術的另一大頗具想像力的應用領域，用戶直接通過大腦就能夠直接暢玩電腦遊戲。

根據Data Bridge Market Research的數據研究顯示，2019-2022年全球腦機接口市場規模從12億美元增長至17.4億美元，期內年平均復合增長率達13.19%，預計2023年全球市場規模將達到19.7億美元。

侵入式腦機接口技術的三大主要路線

具體到侵入式腦機接口技術方面，也有三大主要技術路線：矽基硬質電極系統、血管電極系統、柔性電極系統。

矽基硬質電極系統，可以同時記錄96個通道，可應用於臨床，需要開顱。但是硬質的電極容易因為剪切力損傷腦組織。其中的代表公司是Blackrock，其矽基硬質電極也是目前唯一獲得FDA批准的植入式電極。

第二個是血管電極系統，可同時記錄16通道，可應用於臨床，該技術的優點在於無需開洞手術，大大降低了患者的風險和不適感。頸靜脈植入的方法相對簡單，手術時間也更短。其中的代表公司是Synchron，他們開發了一種「支架」技術，通過頸靜脈植入，並通過r管引導到大腦旁邊的位置。該支架在大腦區域旁邊放置了16個電極，可以無線和即時地控制設備。

第三個是柔性電極系統，雖然該技術也需要開顱植入，但是其優勢在於對於大腦的損傷威脅相對矽基硬質電極系統更小，可同時三維記錄1024通道，可以獲得更為清晰穩定的腦電信號。其中的代表公司是馬斯克的Neuralink，其特色在於開發了對應的手術機器人來進行開顱自動植入，在一定程度上降低了手術門檻和風險，此前已經在豬和猴子等動物實驗上獲得了成功。目前Neuralink的柔性深部電極方案已經獲得了FDA的批准進行人體臨床實驗。

柔性電極系統方案的三大方向

國產侵入式腦機接口技術公司——上海腦虎科技有限公司也選擇了與Neuralink一樣的柔性電極系統方案。上海腦虎科技有限公司創始人、CEO彭雷表示，柔性電極系統滿足腦機接口技術產業推廣的三大核心要素是：高通量、低創傷、長期在體。

所謂高通量是指，柔性電極系統可以擁有更高的通道，這也決定了其可以讀寫更多的神經元數量。數據顯示，人腦有800億個神經元，需要多少的通道才能夠解讀大腦，沒人知道，但是可以肯定的是，通道數一定會持續增長。彭雷進一步指出，「腦機接口領域也應該有一個『摩爾定律』，即每隔18個月可以讀寫的腦機接口神經元數量細胞應該翻一倍，這是我們認為要實現的目標。

同時，侵入式腦機接口技術也需要降低手術的植入創口大小，推動手術創口從厘米級走向毫米級、亞毫米級甚至更小。長期在體，則需要解決柔性電極系統在體時間從短期植入提升到以年為單位的更長時間。

對標Neuralink，腦虎科技為何能脫穎而出

上海腦虎科技有限公司成立於2021年10月，是一家以柔性腦機接口去保護和探索大腦的生命科技公司。基於柔性電極系統方案的三大發展方向，上海腦虎科技就自主開發可臨床大面積推廣的高通量、低創傷、可長期在體的柔性腦機接口核心技術和包括電極、晶片、材料、封裝、植入一體化微系統整體解決方案，相關技術獲得了2021年度世界人工智慧大會最高獎SAIL獎。

首先，在核心的柔性電極方面，上海腦虎科技採用了MEMS集成電路工藝來打造高通量、高密度、超柔性的電極，這顛覆了傳統以來器械半手工製備的方式。並且，達到了深部電極但器件集成2640通道，皮層電極1024通道的極高通量水平。

其次，在植入技術上，上海腦虎科技也採用全球獨創的技術——微創蠶絲蛋白電極包裹植入技術。因為深部電極要插入大腦皮層，沒有辦法自己植入，所以通常需要通過Neuralink的手術機器人以類似「縫紉機」的方式進行植入。對此，上海腦虎科技嘗試採用了蠶絲蛋白來包裹柔性電極，使柔性的電極表面固化，讓電極的硬度介於血管和腦組織之間，這樣將更為方便植入，而在植入完成之後，蠶絲蛋白就會溶解，電極就會恢復之前柔軟的狀態，植入大腦皮層的時候可以躲避血管，也可以減少對血管的損傷。同時可以實現弱排異、小創口。這主要利用了蠶絲蛋白所具有天然的抗菌性、可控降解、生物相容性好、機械性能佳等性能優勢。不過，目前上海腦虎科技研究的該技術還是在實驗室的探索階段，沒有進入產業化階段。

在動物實驗方面，上海腦虎科技在今年7月的上海人工智慧大會上國內首發了其全套制研的電極植入體腦電算法平台，展示了通過半植入的方式訓練一隻兩歲的拉布拉多犬在跑步機上走路，在走路的過程中去解碼運動區的腦電源區的信號跟步態關係，實現了80%以上的軌跡相關性，解碼的準確率也非常之高。

「第一代產品還是半植入，通過有線的設備去植入，拉布拉多犬在跑步機訓練走路，頭上可以長期的採集信號，解碼它的步態跟腦電信號的關係，通過解碼可以獲得一個模型，這個整套環節和設備都是腦虎科技研發的。馬斯克之前做了豬走路的實驗，我們同樣在狗上完成了實驗。」

今年7月，上海腦虎科技還對於一隻7歲的恆河猴做了植入實驗。首先是訓練了100天，使它學會了通過控制搖杆與電腦對打類似桌球的一個小遊戲，接到球會有獎勵，可以喝到飲料。然後對其進入了腦機接口的植入。在實驗過程中，把搖杆斷線，猴子本身無法區分搖杆是否在線，但是斷掉搖杆連接之後，螢幕上的小板還能受（腦信號）控制，連續十次接球都是成功，說明信號不是來自於搖杆，而是來自於它腦部的信號解碼。這也是國內首次做的恆河猴腦控運動解碼的項目。馬斯克的Neuralink於2021年展示的恆河猴腦控實驗，也是用了同樣的實驗標準模式展示。

芯智訊

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在人體實驗上，今年2月份，上海腦虎科技實現了在術中植入電極，這也是國內第一次將電極植入人腦，並採集到單個神經元的信號。這也使得上海腦虎科技獲得2023年度上海人工智慧大會的最高獎，

在今年5月份，上海腦虎科技還聯合華山醫院，在術中了做漢語語調的解碼，也是用了腦虎科技全套的腦電的電極，在術中開顱的情況下將電極放在患者的語言表達區，將患者喚醒，患者在清醒狀態下進行了語言範式的讀取和解碼的合成。

顯然，雖然上海腦虎科技起步比Neuralink要更晚，但是在侵入式腦機接口技術的進展和動物實驗上，目前已經達到了與Neuralink相當的水平。而在人體臨床實驗方面，上海腦虎科技更是實現了對Neuralink的領先。

另外，在產品布局方面，上海腦虎科技這兩年的時間面向市場推出了工完整的解決方案。腦機接口應該包括的整體生態非常完整，硬體層面需要有電極，植入體需要三類醫療器械才能夠上臨床，晶片也要能夠實現高通量信號採集和處理，外部的手術機器人需要可以實現視覺引導下的微絲的導入，它的設還有腦電等等。

彭雷指出：「整個方案需要一系列的軟硬體生態，我們全部都把它做出來了，軟體也非常重要，這個領域是我們很想做的事情。腦科學裡面過去沒有形成面向全球的開源軟體和數據的算法。為什麼AI在過去一年有快速的發展，因為AI有成熟的底層生態，包括上面的大模型應用、算法級的分享，而腦科學領域目前則沒有。我們腦虎科技希望把這套算法、雲跟數據的能力做一套平台，這是我們很想做的一件事情。動物實驗我們自己做了小鼠、兔子、狗、猴，臨床實驗上目前我們表現在國內最領先的完成了一系列人體的實驗。中國做侵入式的腦機接口需要具備的產品能力是每個模塊都需要具備，全面發展。」

得益於在侵入式腦機接口技術上的領先性，上海腦虎科技也獲得了資本的追捧。據彭雷介紹，上海腦虎科技成立僅兩年多的時間就已經獲得了3.3億人民幣現金的融資，是目前國內腦機接口領域融資額最高的公司。

「 腦虎科技（NeuroXess）是一家通過柔性腦機接口技術來保護及探索大腦的生命科技公司。創始人是陶虎博士和我，陶虎博士是中科院上海微系統所副所長，我們是典型的科學家跟創業者的結合，不僅要有科學家牽頭做前沿技術探索，還要有人把公司商業化路徑規劃好。我們也期待，我們的這套硬體、軟體、動物實驗的腦機接口這套能力，能夠賦能更多科學家和醫療機構，希望跟更多的小夥伴一起探索解開這個問題。」彭雷最後總結說道。

編輯：芯智訊-浪客劍