人類(lèi)大(dà)腦,科學研究的最大奧秘(mì)之一。腦機接口,作為人腦對外的“通信通道”,借此可用“意(yì)念”與外界交流互動(dòng)。
工業和信息化部等七部門日前聯合(hé)發布《關於(yú)推(tuī)動(dòng)腦機接口產(chǎn)業創新發展的實施(shī)意見》(以下簡稱(chēng)《意見》),明確提出未來(lái)五年腦機接口產業發展的“路線圖”,以進一步推動腦機接口(kǒu)產業(yè)加快形成(chéng)新質生產(chǎn)力,高水平賦能(néng)新型工業化。
清(qīng)華大學長聘教授高小榕在接受中(zhōng)國工(gōng)業報采訪時說:“《意見》的出台,反映出我國腦機接口產業(yè)已具(jù)備良好發展基礎,腦機接(jiē)口技(jì)術與產業將迎來新的(de)發展高潮。在人工智能熱度(dù)居高不下(xià)的當下,腦機接口能提(tí)升AI對人類意圖的‘深層理解’,從‘工具智能’向‘協同智能’轉變(biàn)。”
“在前期階段,我們以所在省份代表的身份參(cān)與了相關研討工作。”西安交(jiāo)通大學(xué)機械工程學院醫工交叉研究所所(suǒ)長徐光華在接受中國工業報采訪時說,“《意見》注重體(tǐ)係化整合(hé),以促使各類要素匯聚成具備卓越競爭力的產業集群。在(zài)國家政策的引領下,輔以各(gè)省(shěng)間的協同合作(zuò),腦機接口產業有望實現(xiàn)快速突破。”
技術路徑雙線並行
腦(nǎo)機接口是連接(jiē)大腦與外(wài)部設備實現信息交互的新(xīn)型技術,廣泛應用於疾病預警(jǐng)、診斷、治療和功能增強等醫療(liáo)領域,及(jí)消費、工業等(děng)非醫療領域。近年來,腦機接口技術在生物醫學、神經康複和智能(néng)機器人等領域取得了重大進展,並(bìng)引(yǐn)起了(le)廣泛關注。
從目(mù)前的技(jì)術路徑看,侵入式與非(fēi)侵入式是腦機接口兩種主要的技術路徑。
高小(xiǎo)榕看來,侵入式與非侵入式的核心(xīn)差異在(zài)於個體對其的(de)接納程度。“就如我們化妝,常規的描眉畫(huà)眼就(jiù)屬於無創操作,但在某些情形下,還需要借助外科手術進行(háng)一些麵部處(chù)理。”然而,侵入式方案存在長期穩定性不(bú)足的問題。
徐光華也認為,非侵入式技術的顯著(zhe)優勢在於其無損特性,特別是在解碼環節表現尤為突出。即便該技術可(kě)實施幹預手段,如(rú)精準磁場、精準電流或精準超聲波(bō)等,但在一定程度上也可保障人體免受(shòu)損傷,不(bú)會對(duì)大(dà)腦造成(chéng)特定損害。而侵入操作本身,會(huì)對生物體的大(dà)腦結構(gòu)產生創傷性影響。
“伴隨植入技術的(de)演進,相較於非植入方式,前者能夠獲取更豐富的信號信息、更(gèng)強的感(gǎn)知(zhī)能力以及更高的精細度。然而,該技術麵臨的核心挑戰是(shì)損傷問題,當前(qián)研究重點聚焦於解(jiě)決損傷包裹效應後,如何(hé)規避疤痕組織的(de)形成。另一大難題(tí)則涉及倫理層(céng)麵,即在(zài)無明確醫學指征的情況下,健(jiàn)康個體通常不願接(jiē)受將感知或刺激裝置(zhì)植入大腦(nǎo)的手術。”徐光華進一步解釋(shì),大腦作為高(gāo)度開放的係統,未來可能存在計算機後門風險,這引發了人們對意念可控性的擔憂(yōu)。
徐(xú)光華介紹,實驗表明,外(wài)部刺激可能與主(zhǔ)體自主意識(shí)產生衝突(tū)。例如,在大鼠迷宮實(shí)驗中,當動物表現出向右轉向的意圖時,刺激裝置(zhì)卻強製其向左移(yí)動。鑒於人類(lèi)認知係統的複(fù)雜性,此類現象在未來的應用中需(xū)謹慎考量。
“盡管(guǎn)無損設備不存在上述問題(tí),但其在精細信號表達方麵存在局限性。這兩種技術路徑具有互補性,應根據具體應(yīng)用場景(jǐng)擇優選用。”徐光華表示,隨著傳(chuán)感器及腦電解(jiě)碼儀器的(de)快速發(fā)展,相關技術(shù)雖有顯著進步,但在實際(jì)應用中非侵入式技術仍無法完全取代侵入式技術(shù),且未來也難(nán)以實現全麵替代。
加快技術應用突破
電(diàn)極、芯片、算法是腦機(jī)接口的三大板塊。此次《意見》強調,突破關鍵腦機芯片。發展(zhǎn)高通道、高速率腦信號采集芯片,強化模數轉換、通道管理和噪聲抑製,增強腦信號采集放大能(néng)力。
徐光華透露,我國在一些核心算法方(fāng)麵有較好的積累,如很多企業開發了腦電儀器設備等,但(dàn)最核心的芯片還需繼續突破。
“腦機接口最終的目(mù)標是人(rén)機共融,通過大腦直接發出信號來控(kòng)製外部(bù)的機器。”術理創(chuàng)新集團副總裁靳輝在接受中國工業報(bào)采訪時說(shuō),“當前腦機接口的諸多芯片仍依賴國外進(jìn)口。”
此(cǐ)外,在腦電信號采集領域,為獲取更為豐(fēng)富的(de)信號內容,常規做法是在全腦範圍布置傳感器(qì)進行數據(jù)采集,但穿戴腦電信號采集(jí)裝(zhuāng)備對日(rì)常出行生活會造成一定的不便性。
對此,《意見》指出,推動非植入設(shè)備量產迭代。創新額貼(tiē)式、耳貼式、入耳式、發夾式等產(chǎn)品形態,推動(dòng)非植入產品向輕量化、高速率(lǜ)、低功耗發展。
作為研發非侵入設備的(de)企業,靳輝說:“目前,我們(men)正探(tàn)索未來的研發方向,例如設計(jì)一款內置傳感器的帽子(zǐ)。此類產品既能確(què)保采集到充足的腦電信號,又(yòu)兼具輕量化與美觀的特性,使佩戴者在公(gōng)共場合無需承(chéng)受過大心理壓力(lì)。”
《意(yì)見(jiàn)》還指出,要推動技術成果應用,如挖掘工業製造應用(yòng)。引導研發設計、生產製造、運維管理等工業重點環節應用,構建生(shēng)命機械一體化的工業元(yuán)宇宙,創新依托腦機接口的工業裝備和機器人控製方案。
工業(yè)和信息化部信息(xī)通信經濟專(zhuān)家委員會(huì)委員盤和林在接受中國工業報采訪時認為:“一方麵,腦機接口一旦成熟,工業製造中相關配套的製(zhì)造將是一塊很大的需求,這對工業製造的精準度提出更高(gāo)要求(qiú)。另一方麵,部分(fèn)殘障人士通過腦機接口,能夠進入製造業工作。”
科(kē)技部國家科技(jì)專家周迪則在接受中國工業報(bào)采(cǎi)訪時認為,腦機接口可在工業製(zhì)造中實現更高(gāo)效(xiào)的(de)人機交互,工人通過腦信號即(jí)可控製工業(yè)裝備和機器人,提高操作精準度和(hé)效率。還能用於(yú)建設工業安全管理(lǐ)平台,實時監測工人腦狀(zhuàng)態,預警缺氧、中毒等危險情況,保障人員安全。此外,可構(gòu)建生命機械一體化的工業(yè)元宇宙,創新設計和生產模式,為工業製造帶來新的發展(zhǎn)思路和場景。
千億市場迎多重機遇
周迪說:“我國腦(nǎo)機接口市(shì)場前景廣闊,2024年市場規模(mó)為32億元,預計到2028年將突破60億元,年複合增長率為17.7%,且在醫療、消費等(děng)領域應用(yòng)拓展將持續提升市場(chǎng)需求。”
周迪表示,從腦機接(jiē)口(kǒu)產業努力方向來看,短期內要實現關鍵技術(shù)突破,建立技術、產業和標準體係,提升產品性能,推動產品在各(gè)領域應用。長期要培育領軍企業(yè)和專精(jīng)特新中小企業,構建具有國際競爭力的產業生態,使產業綜合實力邁入世界前列。同時,要持續(xù)加強人才培養,重(chóng)視倫(lún)理和安(ān)全問題,參(cān)與國(guó)際標準製定,提升國際話語權(quán)。
常信科技(jì)CEO葛林波在接受中國(guó)工業報采訪時表(biǎo)示,《意見》催生多重機遇,核心價值集中於市場空(kōng)間清晰可見、資本向核心環節集聚、投資策(cè)略呈分層(céng)特征三大維度。
葛林波表示,在2027年的腦機(jī)接口產業規模目標下,醫療(liáo)剛需成短期最確定現金流,2025-2027年複合增速超20%。中長(zhǎng)期(qī)看,腦控家電、情緒檢測設(shè)備與工業場景特殊環(huán)境作業、元宇宙協(xié)作等領域,或打開千億級市場。
前金融從業者,現深圳東風環(huán)境有限公司副總裁胡雙則表示,在資本市場方麵,要創設腦(nǎo)機接口專項產業(yè)基金(jīn),加速腦機接口產(chǎn)業的商業化(huà)進程。
“今年以來,我(wǒ)國關於腦機(jī)接(jiē)口的相關政策密集出台,中(zhōng)央、地方相繼推出(chū)配套措施(shī),構建(jiàn)起政策矩陣,旨在通過密集的政策支(zhī)持搶占人機(jī)交互技術(shù)製高點,塑(sù)造全球競爭優勢。”蘇商(shāng)銀(yín)行特約研究員高政揚認為,綜合來看,腦機接(jiē)口政策的加速落地有望推動技術快速突破(pò),構(gòu)建我國產業鏈(liàn)競(jìng)爭優(yōu)勢,加速商業化應用拓展,助力我國占據全球戰略高地。