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马斯克、陈天桥都押注的脑机接口,未来何时来?

admin1个月前37

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文|陈思

克日,马斯克确立的脑机接口公司 Neuralink 完成 C 轮融资,筹集资金 2.05 亿美元(约合13亿元人民币),被以为是该领域迄今为止规模最大的融资。

“科技狂人”的结构,似乎每次都踩在时代的前面,从移动支付Paypal、新能源汽车特斯拉、航天公司SpaceX,而这次是脑机接口。

众多人的眼光再次投向这个看似前沿、甚至有些科幻的领域,现实上,这里的商业天下早已开启。

PitchBook 的数据显示,2021 年迄今脑机接口领域的总融资额已经是去年整年 9700 万美元的三倍。若是从脑机接口可影响到的应用领域来看,岂论是医疗、教育照样消费,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,全球脑机接口市场规模2027年有望到达38.5亿美元。

让失语者重新“启齿语言”,失聪者再次听到声音,四肢瘫痪者可以自由流动...脑机接口手艺真的有这么神奇吗?

让失语者用脑电波语言,不再是科幻

在科幻影戏《黑客帝国》中,这台可以进入虚拟天下的装备可是给观众留下了异常深刻的印象,通过大脑与装备举行毗邻,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:影戏截图)

可别以为这种“黑科技”只存在于影戏里,在真实生涯中类似的科技已经存在,只不外现在它还不能实现影戏里那么壮大的功效。

《新英格兰医学杂志》(New England Journal of Medicine,NEJM)最近刊文称,一位中风男子乐成行使神经义肢与脑机连系的方式,乐成将脑电波转化为完整句子。

约莫15年前,那时只有20多岁的患者由于大动脉破碎而中风,更为不幸的是,这条大动脉恰巧为大脑供血。自此之后,这名男子无法控制四肢,也损失了语言功效,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样可以流动的,在电子装备的辅助下,该男子通过头部动作控制键盘,每分钟可以拼出5个单词。

(风患者在电子装备辅助下打字 |泉源:实验团队官方视频截图)

现在,研究职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,用以吸收信息,然后将吸收到的信息翻译成单词,在屏幕上显示,让失语的中风患者重新启齿“讲话”。也就是说,这名男子不再需要移动头部,只需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。

这种手艺正式名为“脑机接口”(brain-computer interface,BCI),简言之,BCI就是行使装备将脑电波翻译为“意图”或者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,用户只需要戴在头上就行;另一种是侵入式,需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降生于1973年,制作者是加州大学洛杉矶分校的比达尔教授。那时,研究职员通过意念操作屏幕上的光标走完了一个迷宫,虽然只是一个看似简朴的操作,但想想看,这可是1970年月,信托这样的演示即便放到今天也足够科幻与震撼。

(比达尔教授)

差异于今天相对更主流的侵入式脑机接口,昔时的实验接纳的是基于脑电波的非侵入式脑机接口。可谁都没想到,这样一个简朴的实验,却正式开启了脑机接口手艺时代的到来。

从上世纪七八十年月在动物身上的实验,到九十年月中后期的人体实验,再到今天更为深入与普遍的研究,脑机接口装备从只能够识别并提取微弱脑信号的简朴功效,生长到可以让实验者直接驱念头械手臂完成辅助操作的“黑科技”;现在,脑机接口甚至可以让失语者重新“讲话”。

那么,这样的功效是若何实现的呢?前文中谁人行使脑机接口,让失语者重新“讲话”的实验团队在官方视频里,用一张示意图举行了先容:

首先,通过将电极阵列放在接受脑部手术的病人头颅内――此处需要注重,该实验的条件是,病人大脑中语言功效的部门要能够正常事情。

之后,借助一套专门设计的循环神经网络(RNN),将纪录到的皮质神经信号转化为声道咬合枢纽运动,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,你可以自己这样实验:先在脑海里想一句话,然后不张嘴,想象说出这句话的时刻需要用什么样的口型、舌头会怎么运动――这样的想象发生的脑波信号会被电极纪录,并通过AI确立模子,而这个模子在之前已经多次训练,学习了人在讲话调动面部肌肉时,脑部会发生什么样的信号。

最后,再经由一套模子的合成,病人想要表达的文字就泛起在了屏幕上。

(实验效果演示 | 泉源:实验团队官方视频截图)

相比已往一个字母一个字母去拼写,这种新方式即是直接展望了病人想要说出的每个单词,速率更快而且也不需要借助键盘,实验团队的研究员Edward Chang示意:该系统每分钟最多解码18个单词,准确率中位数为75%,有时甚至会跨越90%。

不难看出,脑机接口的适用性在不停增强,这一方面有助于医疗救助,辅助中风、渐冻症、甚至意外事故的危险;另一方面,也证实晰脑机接口手艺和AI手艺的融合在不停增强。已往,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,从种种意义上来说,这都是一次不小的突破。

既然有了一定的适用性,那么是否也就意味着脑机接口在当下或未来有了一定的业远景?那么,就现在来看,脑机接口是一门好生意吗?

从人工耳蜗最先,脑机接口向商业化探索

回看历史,早在1970年月,洛杉矶加州大学脑研究院就最先研究BCI手艺。在随后的几十年里,研究职员一直用动物做研究,为BCI手艺打基础。直到1990年月中期,研究职员才用人类测试BCI装备。

由于脑机接口手艺难度大,多数产物仍处于试验阶段,已取得的功效也多数存在于实验环境下,因此,在脑机接口的生长历程中,研发职员们优先思量的照样它的医疗与学术价值,尤其是医生们希望能用它能解决脑损伤问题。

好比在中国,已经有医疗团队将脑机接口手艺应用在了临床上。2020年,浙大二院张建民团队通过对一位高位截瘫自愿者脑内植入 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主要功效运动。

虽然大部门研究与产物还停留在实验阶段,但现在在脑机接口领域,照样降生了一项岂论是手艺或是商业化,都对照成熟的产物:人工耳蜗。

若是要追溯人工耳蜗的历史,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 *** 听觉系统发生声音感受的征象;到了20世纪,一次外科手术中,医生通过将电线与失聪患者的神经连通,使患者在电 *** 下乐成听到了微弱的声音。

直到1969年,美国医生William House与Jack Urban协力开发出了第一款可穿着式的人工耳蜗,不外,这款人工耳蜗仅有一个电极,只能辅助患者读唇语;二十世纪七十年月,位于澳大利亚墨尔本的学者Graeme Clark教授研以及奥地利维也纳大学的Erwin Hochmair教授划分研发出了可在电 *** 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。

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随着手艺的不停成熟,与社会对于人工耳蜗接受度的提升,这一产物也在生长中乐成实现了商业化。

现在,在全球人工耳蜗市场上,有三大人工耳蜗装备制造厂商共占有全球人工耳蜗市场跨越90%的份额,划分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确立最早(1982年),也是市场份额最大的人工耳蜗装备生产企业。

据领会,科利耳的全球雇员跨越3500人,每年投入跨越总收入的12%(跨越1.6亿澳元)的资金用于产物研发。现在,科利耳为全球听力市场提供了跨越55万莳植入式装备,辅助来自100多个国家跨越45万名各岁数段听障人士重获听力。

值得一提的是,科利耳公司的焦点产物Nucleus系统,最早接纳的正是前文中提到的Graeme Clark教授开发的手艺。

依附手艺上的优势,科利耳率先完成商业化,而且在之后的生长中投资、收购了人工耳蜗产业链上的其他公司。好比,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器械公司EarLens;甚至在2017年,科利耳还投资了人工智能公司Otoconsult,后者提供的手艺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,脑机接口若要实现商业化,有这样几个要素是必须的:

(1)成熟的焦点手艺

从手艺上来说,人工耳蜗的乐成说明晰,其他脑机接口产物若是想开拓同样大的市场,至少要研发出一项或几项足够成熟的手艺。至于这个“成熟”的标志,或许人工耳蜗的乐成案例可以作为参考,即:至少要让接受植入者到达恢复生涯自理能力的水平。

若是以这个尺度来权衡,脑机接口现在另有很长的路要走,事实现在已经曝光的脑机接口产物,能够辅助患者实现的还只是一些简朴的操作,好比抓取物体、脑波打字等等,有一定的适用性,但暂时无法大规模使用。

此外,人工耳蜗对于可以接受植入的患者也已经形成了一套筛选尺度,对手术可能造成的风险也已经足够清晰,这一点在其他脑机接口产物中尚不具备。

(2)成熟的产业链

人工耳蜗包罗了体外与体内两套装备,体外部门包罗麦克风、语音处置器、信号发射器;体内部门包罗信号吸收及解码模块、 *** 电极阵列。在这些装备中,植入质料、电极质料、手艺组合等都需要响应的公司来介入生产,生长至今产业链条已相对成熟。

而其他脑机接口产物现在多处在实验阶段,介入研发与装备生产的产业链尚不清晰,且由于手艺限制无法对装备举行大规模生产,想要商业化似乎暂时无法实现。

(3)成熟的社会接受度

人工耳蜗从正式降生到被社会民众接受,至少经由了二十年的时间,时代还发生过有一定规模的 *** 流动。脑机接口若是想获得生长,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民众当中的信托度,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介入其中开拓市场,在资源的蜂拥下,或许用不了多久,脑机接口手艺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实验室也曾做过类似研究。该实验室的基本设想就是开发一款头戴式装备,让装备读取“意识”,将意识酿成文字,每分钟可以转化100个单词。

有看法以为,Facebook不使用侵入式装备,可能是想将BCI装备与AR/VR连系在一起使用。

7月30日,Facebook一直资助的加州大学旧金山分校(UCSF)的脑机接口手艺研究团队,首次证实可以从大脑流动中提取人类说出某个词汇的深层寄义,并将提取内容迅速转换成文本。

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,它也宣布将放弃头戴式脑机接口研究,专注基于手腕的可穿着装备,并示意这款装备“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商业化的热议。

另一家美国BrainGate也在脑机接口领域崭露头角。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”,进而将意识转化为文字。BrainGate声称自己的装备在转化速率上是其它BCI装备的两倍,而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宣布了一项专利,名叫“淘宝意念购”,正式进军脑机接口领域。据领会,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 互助的,配合目的是探索脑机接口手艺的软件落地。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)

差异于大部门脑机接口公司将生长目的定位在医疗偏向,淘宝“意念购”专注于线上购物场景,接纳的也是非入侵式方案。

2019年2月25日,科大讯飞宣布通告称,其全资子公司讯飞云创与科大讯飞副总裁胡郁、华南理工大学教授李远清、广州华南理工大学资产谋划有限公司配合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,注册资源4176.87万元人民币。

虽然尚不清晰这项“黑科技”何时才气正式问世,然则阿里与科大讯飞等企业的结构也足以说明晰,中国企业也希望在脑机手艺行业的低级阶段,占有一席之地的想法。

与此同时,一些正在孵化阶段的初创公司也正在逐步走上舞台,大有发展为明星公司之势。

前文提到的清华系的NeuraMatrix公司,已获得数百万美元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。虽然这些新秀们现在尚无重大功效宣布,然则仍然是值得重点关注的工具。

不外,即便有相当规模的群体以为:脑机接口手艺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手艺的灼烁远景。研究职员发现,治疗多动症、阿尔茨海默病、癫痫时,脑机接口手艺可以找到用武之地,甚至还可以用于缓解抑郁、焦虑和恐惧。

尚有一些人以为,在医疗场景之外,若是能用意识控制硬件、软件,控制的速率会比手指高许多,这样就能大幅提升生产力。他们以为,若是BCI大规模应用,用户就能通过意识在互联网交流,甩掉智能手机屏幕、键盘;一旦BCI真的普及,改变的可不只是手机――残疾人可以用大脑控制轮椅、事情职员可以用大脑控制机械人手臂、驾驶员可以用大脑控制直升飞机、脑波可以成为密码,这对于天下的改变将会是推翻性的。

未来似乎很美妙,只是不知道离我们有多远,或许在学术界与商业界的通力互助下,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

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网友评论

  • 2021-09-14 00:01:18

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