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马斯克、陈天桥都押注的脑机接口,未来何时来?
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彭琳
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发表于 2021-8-6 16:56:00
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文|陈思
克日,马斯克创立的脑机接口公司 Neuralink 完成 C 轮融资,筹集资金 2.05 亿美元(约合13亿元人民币),被认为是该领域迄今为止规模最大的融资。
“科技狂人”的结构,似乎每次都踩在期间的前面,从移动付出Paypal、新能源汽车特斯拉、航天公司SpaceX,而这次是脑机接口。
浩繁人的眼光再次投向这个看似前沿、甚职苄些科幻的领域,现实上,这里的贸易天下早已开启。
PitchBook 的数据表现,2021 年迄今脑机接口领域的总融资额已经是客岁全年 9700 万美元的三倍。如果从脑机接口可影响到的应用领域来看,岂论是医疗、教诲照旧消费,都将带来远超于十几亿美金的巨额市场空间。市场研究机构Valuates Reports预计,举世脑机接口市场规模2027年有望达到38.5亿美元。
让失语者重新“开口语言”,失聪者再次听到声音,四肢瘫痪者可以自由活动...脑机接口技术真的有这么神奇吗?
让失语者用脑电波语言,不再是科幻
在科幻电影《黑客帝国》中,这台可以进入虚拟天下的装备但是给观众留下了非常深刻的印象,通过大脑与装备举行毗连,它就可以让人在现实与虚拟中穿梭。
(《黑客帝国》中的脑机接口 | 泉源:电影截图)
可别以为这种“黑科技”只存在于电影里,在真实生存中雷同的科技已经存在,只不外现在它还不能实现电影里那么强大的功能。
《新英格兰医学杂志》(New England Journal of Medicine,NEJM)近来刊文称,一位中风夫君乐成利用神经义肢与脑机联合的方式,乐成将脑电波转化为完整句子。
大约15年前,其时只有20多岁的患者由于大动脉破碎而中风,更为不幸的是,这条大动脉碰巧为大脑供血。自此之后,这名夫君无法控制四肢,也丧失了语言功能,由于他无法控制任何与语言有关的肌肉。
不外幸亏他的头部照旧可以活动的,在电子装备的资助下,该夫君通过头部动作控制键盘,每分钟可以拼出5个单词。
(风患者在电子装备资助下打字 |泉源:实验团队官方视频截图)
现在,研究人员为他举行了更高级的装备升级:通过将电极植入这名中风者大脑,用以接收信息,然后将接收到的信息翻译成单词,在屏幕上表现,让失语的中风患者重新开口“发言”。也就是说,这名夫君不再须要移动头部,只须要想一想自己要表达的内容,盘算机就能将脑波酿成单词句子。
这种技术正式名为“脑机接口”(brain-computer interface,BCI),简言之,BCI就是利用装备将脑电波翻译为“意图”大概可以执行的输出效果。
(非侵入式(左)与侵入式脑机接口示意图)
BCI装备可以分为两种,一种是非侵入式的,用户只须要戴在头上就行;另一种是侵入式,须要通过手术植入电极,用于辅助捕捉脑波信号。
第一台脑机接口装备诞生于1973年,制作者是加州大学洛杉矶分校的比达尔传授。其时,研究人员通过意念操纵屏幕上的光标走完了一个迷宫,固然只是一个看似简单的操作,但想想看,这但是1970年代,相信这样的演示即便放到本日也充足科幻与震撼。
(比达尔传授)
不同于本日相对更主流的侵入式脑机接口,当年的实验采用的是基于脑电波的非侵入式脑机接口。可谁都没想到,这样一个简单的实验,却正式开启了脑机接口技术期间的到来。
从上世纪七八十年代在动物身上的实验,到九十年代中后期的人体实验,再到本日更为深入与广泛的研究,脑机接口装备从只可以或许辨认并提取微弱脑信号的简单功能,发展到可以让实验者直接驱动机械手臂完成资助操作的“黑科技”;现在,脑机接口甚至可以让失语者重新“发言”。
那么,这样的功能是如何实现的呢?前文中谁人利用脑机接口,让失语者重新“发言”的实验团队在官方视频里,用一张示意图举行了介绍:
首先,通过将电极阵列放在担当脑部手术的病人头颅内——此处须要留意,该实验的前提是,病人大脑中语言功能的部分要可以或许正常工作。
之后,借助一套专门计划的循环神经网络(RNN),将记录到的皮质神经信号转化为声道咬合关节运动,然后将这些解码的运动转化为口语句子。或许有些欠好明白,你可以自己这样尝试:先在脑海里想一句话,然后不张嘴,想象说出这句话的时间须要用什么样的口型、舌头会怎么运动——这样的想象产生的脑波信号会被电极记录,并通过AI建立模子,而这个模子在之前已经多次练习,学习了人在发言变更面部肌肉时,脑部会产生什么样的信号。
末了,再颠末一套模子的合成,病人想要表达的笔墨就出现在了屏幕上。
(实验效果演示 | 泉源:实验团队官方视频截图)
相比过去一个字母一个字母去拼写,这种新方式等于直接推测了病人想要说出的每个单词,速度更快并且也不须要借助键盘,实验团队的研究员Edward Chang表示:该体系每分钟最多解码18个单词,正确率中位数为75%,偶然甚至会超过90%。
不难看出,脑机接口的实用性在不停加强,这一方面有助于医疗救济,资助中风、渐冻症、甚至意外变乱的伤害;另一方面,也证明白脑机接口技术和AI技术的融合在不停加强。过去,患者只能借助装备拼出字母,但现在可以直接表达单词甚至句子,从各种意义上来说,这都是一次不小的突破。
既然有了肯定的实用性,那么是否也就意味着脑机接口在当下或未来有了肯定的业前景?那么,就现在来看,脑机接口是一门好交易吗?
从人工耳蜗开始,脑机接口向贸易化探索
回看汗青,早在1970年代,洛杉矶加州大学脑研究院就开始研究BCI技术。在随后的几十年里,研究人员一直用动物做研究,为BCI技术打底子。直到1990年代中期,研究人员才用人类测试BCI装备。
由于脑机接口技术难度大,多数产物仍处于试验阶段,已取得的效果也多数存在于实验情况下,因此,在脑机接口的发展历程中,研发人员们优先思量的照旧它的医疗与学术代价,尤其是大夫们希望能用它能办理脑损伤题目。
比如在中国,已经有医疗团队将脑机接口技术应用在了临床上。2020年,浙大二院张建民团队通过对一位高位截瘫志愿者脑内植入 Utah 阵列电极,从而意念控制机械手臂的三维运动完成进食、饮水和握手等一系列上肢重要功能运动。
固然大部分研究与产物还停留在实验阶段,但现在在脑机接口领域,照旧诞生了一项岂论是技术或是贸易化,都比较成熟的产物:人工耳蜗。
如果要追溯人工耳蜗的汗青,可以最早追溯到18世纪,意大利物理学家Volta在一次实验中发现了电刺激听觉体系产生声音感觉的征象;到了20世纪,一次外科手术中,大夫通过将电线与失聪患者的神经连通,使患者在电刺激下乐成听到了微弱的声音。
直到1969年,美国大夫William House与Jack Urban协力开发出了第一款可穿戴式的人工耳蜗,不外,这款人工耳蜗仅有一个电极,只能辅助患者读唇语;二十世纪七十年代,位于澳大利亚墨尔本的学者Graeme Clark传授研以及奥地利维也纳大学的Erwin Hochmair传授分别研发出了可在电刺激耳蜗的多个部位的装备;1977年,天下上第一台多通道人工耳蜗在奥地利维也纳举行了植入。
随着技术的不停成熟,与社会对于人工耳蜗担当度的提升,这一产物也在发展中乐成实现了贸易化。
现在,在举众人工耳蜗市场上,有三大人工耳蜗装备制造厂商共占据举众人工耳蜗市场超过90%的份额,分别为澳大利亚的科利耳(55%)、美国的Advanced Bionics(20%)和奥地利的MED-EL(20%)。
其中,总部位于澳大利亚悉尼的科利耳是成立最早(1982年),也是市场份额最大的人工耳蜗装备生产企业。
据了解,科利耳的举世雇员超过3500人,每年投入超过总收入的12%(超过1.6亿澳元)的资金用于产物研发。现在,科利耳为举世听力市场提供了超过55万莳植入式装备,资助来自100多个国家超过45万名各年龄段听障人士重获听力。
值得一提的是,科利耳公司的核心产物Nucleus体系,最早采用的正是前文中提到的Graeme Clark传授开发的技术。
凭借技术上的优势,科利耳率先完成贸易化,并且在之后的发展中投资、收购了人工耳蜗财产链上的其他公司。比如,科利耳曾收购植入物研发企业Entific Medical Systems、Otologics LLC,又投资了专业生产助听器的医疗东西公司EarLens;甚至在2017年,科利耳还投资了人工智能公司Otoconsult,后者提供的技术有望使耳蜗植入物更快、更一致地安装,从而为患者提供最佳的听力效果。
从科利耳的案例中不难看出,脑机接口若要实现贸易化,有这样几个要素是必需的:
(1)成熟的核心技术
从技术上来说,人工耳蜗的乐成阐明白,其他脑机接口产物如果想开辟同样大的市场,至少要研发出一项或几项充足成熟的技术。至于这个“成熟”的标记,或许人工耳蜗的乐成案例可以作为参考,即:至少要让担当植入者达到规复生存自理能力的水平。
如果以这个尺度来衡量,脑机接口现在还有很长的路要走,究竟现在已经曝光的脑机接口产物,可以或许资助患者实现的还只是一些简单的操作,比如抓取物体、脑波打字等等,有肯定的实用性,但暂时无法大规模利用。
别的,人工耳蜗对于可以担当植入的患者也已经形成了一套筛选尺度,对手术大概造成的风险也已经充足清晰,这一点在其他脑机接口产物中尚不具备。
(2)成熟的财产链
人工耳蜗包罗了体外与体内两套装备,体外部分包罗麦克风、语音处理器、信号发射器;体内部分包罗信号接收及解码模块、刺激电极阵列。在这些装备中,植入材料、电极材料、技术组合等都须要相应的公司来参与生产,发展至今财产链条已相对成熟。
而其他脑机接口产物现在多处在实验阶段,参与研发与装备生产的财产链尚不清晰,且由于技术限制无法对装备举行大规模生产,想要贸易化似乎暂时无法实现。
(3)成熟的社会担当度
人工耳蜗从正式诞生到被社会大众担当,至少颠末了二十年的时间,期间还发生过有肯定规模的抗议活动。脑机接口如果想得到发展,伦理这一关似乎也是不得不外的,幸亏有耳机接口的先例作为铺垫,后续其他脑机产物在大众当中的信任度,或允许以更高些。
不外,正由于现在脑机接口市场没有太高的成熟度,也就吸引了一批科研机构以外的企业参与其中开辟市场,在资本的簇拥下,或许用不了多久,脑机接口技术也能从学术走向消费市场。
企业纷纷入局,脑机接口的未来何时来?
除了前文提到的Neuralink,Facebook旗下Reality Labs实验室也曾做过雷同研究。该实验室的根本设想就是开发一款头戴式装备,让装备读取“意识”,将意识酿成笔墨,每分钟可以转化100个单词。
有观点认为,Facebook不利用侵入式装备,大概是想将BCI装备与AR/VR联合在一起利用。
7月30日,Facebook一直资助的加州大学旧金山分校(UCSF)的脑机接口技术研究团队,初次证明可以从大脑活动中提取人类说出某个词汇的深层寄义,并将提取内容敏捷转换成文本。
值得关注的是,就在Facebook实现险些实时的言语意念文本键入的同时,它也公布将放弃头戴式脑机接口研究,专注基于手腕的可穿戴装备,并表示这款装备“将在短期内进入市场”。这再度引发了业界对脑机接口能否实现贸易化的热议。
另一家美国BrainGate也在脑机接口领域崭露锋芒。该公司声称,当用户想像自己拿着笔和纸正在誊写时,BrainGate装备就会读取其“意识”,进而将意识转化为笔墨。BrainGate声称自己的装备在转化速度上是其它BCI装备的两倍,并且明年就会让装备正式上市。
在中国,阿里巴巴、腾讯、科大讯飞等企业也在结构脑机接口。
2020年8月,阿里在淘宝造物节上公布了一项专利,名叫“淘宝意念购”,正式进军脑机接口领域。据了解,该项目是淘宝和清华大学孵化的一个专门做脑机接口的公司 NeuraMatrix 合作的,共同目的是探索脑机接口技术的软件落地。甚至,阿里巴巴还专门开发了用于“意念购”的芯片。
(阿里巴巴“意念购”专利 | 图片泉源:互联网)
不同于大部分脑机接口公司将发展目标定位在医疗方向,淘宝“意念购”专注于线上购物场景,采用的也是非入侵式方案。
2019年2月25日,科大讯飞发布公告称,其全资子公司讯飞云创与科大讯飞副总裁胡郁、华南理工大学传授李远清、广州华南理工大学资产经营有限公司共同投资设立了一家脑机接口公司。该合资公司名称暂定为广州华南脑控智能科技有限公司,注册资本4176.87万元人民币。
固然尚不清楚这项“黑科技”何时才华正式问世,但是阿里与科大讯飞等企业的结构也足以阐明白,中国企业也希望在脑机技术行业的低级阶段,占据一席之地的想法。
与此同时,一些正在孵化阶段的初创公司也正在渐渐走上舞台,大有发展为明星公司之势。
前文提到的清华系的NeuraMatrix公司,已得到数百万美元Pre-A轮融资;而由红杉中国领投,清华系博睿康科技公司已经在2021年3月完成B轮过亿元融资。固然这些新秀们现在尚无庞大效果发布,但是仍旧是值得重点关注的对象。
不外,即便有相当规模的群体认为:脑机接口技术将会引爆下一轮科技革命,但到现在为止,我们还只是在医学领域看到了这项技术的光明前景。研究人员发现,治疗多动症、阿尔茨海默病、癫痫时,脑机接口技术可以找到用武之地,甚至还可以用于缓解抑郁、焦虑和恐惊。
尚有一些人认为,在医疗场景之外,如果能用意识控制硬件、软件,控制的速度会比手指高很多,这样就能大幅提升生产力。他们觉得,如果BCI大规模应用,用户就能通过意识在互联网交换,抛弃智能手机屏幕、键盘;一旦BCI真的遍及,改变的可不只是手机——残疾人可以用大脑控制轮椅、工作人员可以用大脑控制呆板人手臂、驾驶员可以用大脑控制直升飞机、脑波可以成为暗码,这对于天下的改变将会是颠覆性的。
未来似乎很美好,只是不知道离我们有多远,或许在学术界与贸易界的共同积极下,这样的未来能更快到来。
参考:
https://vcbeat.top/40659
http://med.china.com.cn/content/pid/254499/tid/1026
https://www.sciencealert.com/scientists-have-converted-a-paralyzed-man-s-brain-waves-to-speech
https://www.the-scientist.com/news-opinion/brain-computer-interface-user-types-90-characters-per-minute-with-mind-68762
https://www.mobihealthnews.com/news/facebook-backed-study-gives-individual-severe-speech-loss-restored-communication-abilities
https://spectrum.ieee.org/tech-talk/biomedical/bionics/exclusive-neuralinks-goal-of-bestinworld-bmi
https://www.wraltechwire.com/2020/11/11/brain-computer-interface-technology-debate-cant-wait-say-ncsu-researchers/
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