被華爲刷屏的腦機接口芯片，有多前沿？

​最近，華爲最新公佈的腦機接口芯片專利刷屏了朋友圈。

據國家知識產權局網站，一份名爲"控制刺激器的方法、刺激器、腦機接口系統和芯片"的專利公佈在國家知識產權局網站，專利發明人爲華爲技術有限公司；該專利提供了一種控制刺激器的方法、刺激器、腦機接口系統和芯片。

來源：華爲專利說明書

本公開的實施例提供了一種控制刺激器的方法、刺激器、腦機接口系統和芯片。並且這並不是華爲首次公開腦機接口的相關專利。在去年6月，在2023年6月，華爲還公佈過一項名爲"一種腦機接口裝置和信息獲取方法"的專利。

腦機接口是未來新賽道

前段時間，工業和信息化部副部長王江平表示，要前瞻佈局未來產業，重點圍繞原子級製造、腦機接口、6G等新領域新賽道，發展壯大獨角獸企業。

實際上，今年7月工信部就提出了腦機接口標準化技術委員會的籌建方案，將開展腦機接口在醫療等應用領域的技術標準和測試規範的制修訂工作。

隨後，腦機接口標準相繼立項。就在10月8日，國家藥監局發佈通知，批准《採用腦機接口技術的醫療器械 術語及定義》和《採用腦機接口技術的醫療器械 具備閉環功能的植入式神經刺激器感知與響應性能測試方法》兩項醫療器械行業標準制修訂項目立項。

10月9日，摩根士丹利發佈的研報預測，腦機接口這顆科技界的新星，有望在5年內實現商業化，可能成爲未來醫療技術中的重要突破，爲神經類疾病患者提供新的治療方式，並帶來4000億美元的市場機遇。

腦機接口已經逐步成爲未來的新賽道。

所謂腦機接口（BCI），是在人腦與計算機或其它電子設備之間建立的直接交流和控制通道。通過這種通道，一方面用戶可以直接通過大腦活動來表達思想或操控設備；另一方面，外部設備則不斷地給大腦發送各種反饋信息，讓大腦及時調整控制策略，維持整個系統的穩定性。

腦機接口芯片則是一種專門用於腦機接口系統的芯片。從功能角度來看，它能夠採集大腦產生的電信號，並對這些信號進行放大、濾波、數字化處理等操作，以便準確獲取大腦活動的特徵信息。同時，它也可以將外部設備的指令信號轉化爲大腦能夠理解的刺激信號，實現對大腦的反饋與調控。

腦機接口芯片起源於二十世紀20年代，至1973年腦機接口概念被正式提出，腦機接口芯片研究至今已有50多年。腦機接口芯片的發展主要分爲四個階段：

一是早期探索階段，1924年德國精神科醫生漢斯•貝格爾發現腦電波存在；

二是技術奠基階段，1973年"腦機接口"成爲學術詞彙；

三是實驗突破階段，1998年埃默裡大學研究人員菲利普·肯尼迪首次將腦機接口裝備植入人體內；

四是快速發展階段，模擬海馬體功能的神經芯片研製成功，多通道芯片實現突破，人類首次接受腦機接口芯片的植入。

腦機接口應用如何？

目前，腦機接口可大致分爲侵入式和非侵入式兩類技術路徑。侵入式、半侵入式腦機接口技術主要運用於醫療臨牀場景，非侵入式腦機接口主要面向可穿戴設備等消費場景。

清華團隊公開兩例患者植入無線微創植入腦機接口NEO系統及其體內機

去年10月，清華大學醫學院洪波教授帶領團隊設計研發的無線微創植入腦機接口NEO（Neural Electronic Opportunity），在宣武醫院成功進行首例臨牀植入試驗。宣武醫院院長趙國光、神經外科主任單永治團隊主持手術規劃及植入手術。

到了12月洪波教授團隊再次聯合天壇醫院賈旺主任團隊成功進行第二例臨牀植入試驗。兩枚硬幣大小的腦機接口處理器植入高位截癱患者顱骨中，成功採集感覺運動腦區神經信號。

據瞭解，該患者在三個月的居家腦機接口康復訓練後，可通過腦電活動驅動氣動手套，實現自主喝水等腦控功能，抓握解碼準確率超過90%。

洪波將他們植入的設備命名爲"無線微創植入腦機接口NEO系統"，該系統採用了近場無線供電和通信技術。爲了儘可能實現微創，整個系統和集成了300多個零部件的體內機，僅有兩個1元硬幣大小，"這裡面要解決非常複雜的工程問題"。

馬斯克已經將腦機接口芯片植入人類大腦

國際方面也同時在佈局研究腦機接口。其中，馬斯克旗下的腦機接口公司Neuralink備受關注。

Neuralink成立於2016年，現擁有100多名員工，旨在通過手術向大腦中植入計算機芯片，將人類大腦和電子設備相連，再利用電流讓計算機和腦細胞產生"互動"，最終使癱瘓患者恢復運動功能，治癒帕金森病、阿爾茨海默病等腦部疾病，以及幫助恢復失明患者視力等。

今年1月，馬斯克在旗下社交平臺X（前推特）上宣佈，人類接受了Neuralink的植入，目前恢復良好。初步結果顯示，神經元尖峰檢測很有希望。

隨後馬斯克補充說，"只需思考即可控制你的手機或計算機，並通過它們來控制幾乎任何設備。最初的使用者將是那些失去四肢的人。可以想象一下，如果史蒂芬·霍金的溝通速度比打字員或拍賣師更快。這就是我們的目標。"

不過，僅一個月後，測試者發現效果不佳，因爲許多連接大腦的細線從植入物中脫落，導致可測量大腦信號的電極數量急劇減少。

Neuralink的第二位患者在8月也接受了植入BCI，Neuralink稱，沒有出現線回縮的跡象。Neuralink的BCI名爲Telepathy。Telepathy是一枚硬幣大小的電子集線器，被放置於接受者顱骨中的一個洞裡。從這個中心出發，手術機器人將64根柔性線穿過大腦周圍的液體和膜，插入控制運動的大腦區域——運動皮層。

Neuralink開發的最新版本的無線腦機接口設備支持高達1024個通道，這意味着它可以同時記錄和處理來自大腦的1024個不同位置的信號。埃隆·馬斯克表示，第二個BCI工作良好，1000多個電極中約有400個正在提供來自受體大腦的信號。

目前，已經有1000多名四肢癱瘓的患者願意接受Neuralink的試驗，但有資格參加這項研究的患者不到100人。該公司計劃到2030年將爲超過2.2萬人植入芯片。

瑞士腦機接口芯片意識轉文本，準確率高達91%

今年8月，士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的科研團隊宣佈，在腦機接口（BMI）技術方面取得重大進展，他們成功開發出名爲MiBMI的超小型芯片，這款芯片僅8平方毫米。MiBMI在將腦信號轉化爲文本輸出的測試中表現出色，準確率高達91%，爲運動障礙患者提供了全新的溝通方式。

與Neuralink等公司開發的大型腦機接口設備相比，MiBMI無需依賴外部設備的應用程序進行數據處理，它擁有完全集成的實時數據處理系統，這一特點使其在便攜性和使用便捷性上更具優勢。

腦機接口，中國加速

典型的腦機接口系統分四個步驟，即採集腦電信號、分析解碼腦電信號、利用解碼的信號做出控制，以及根據控制實際表現做出信息反饋和調整。目前，國內做得比較好的是前端的電極和後端的控制兩部分。而在覈心芯片的開發及系統集成、開展臨牀試驗等方面仍然落後於美國。

當下，我國的腦機接口研發人員正全力以赴地追趕國際先進水平。業內人士表示："我們並非等到美國已經將腦機接口研發成熟之後再追趕，而是在其苗頭剛剛出現之時，就已經奮起直追。"

除了前文提到的，清華大學醫學院的洪波教授與其團隊順利研發出 "無線微創植入腦機接口 NEO 系統"，且在臨牀試驗方面取得重大突破外，在2021年，清華大學孵化企業寧矩科技（NeuraMatrix）腦機接口芯片已正式完成流片。

寧矩科技自研的腦機接口專用的系統級芯片具有多通道、強抗噪、低功耗、無線傳輸等特點，芯片性能指標處於世界領先水平。寧矩科技與清華大學附屬長庚醫院、北京天壇醫院、宣武醫院等醫療機構多個科室展開合作。目前在2024年巴黎奧運會期間，利用近乎無感的穿戴式設備，實時監測運動員的生理參數，爲運動員提供精準的技戰術分析，助力國家拳擊隊取得3金2銀的出色成績。

今年3月，武漢高德紅外股份有限公司董事長黃立接受採訪時表示，他帶領中華腦機接口公司團隊研發出了65000通道，雙向的腦機接口芯片，居於國際領先水平。

北京腦科學與類腦研究所孵化的北京芯智達神經技術有限公司推出了，半侵入式採集腦皮層電信號的"北腦一號"和侵入式採集單神經元電信號的"北腦二號"。"北腦一號"自主研發出了高密度柔性電極，實現密度達到4電極/平方毫米突破，是現有上市產品密度的上百倍。"北腦二號"系統基於自研高通量柔性微絲電極、千通道電生理記錄系統、實時編解碼算法等關鍵技術，完成全鏈路系統構建，在全球首次實現獼猴通過意念控制對二維運動目標的腦控攔截。

值得注意的是，今年9月，華爲哈勃入股了時識科技，時識科技由蘇黎世神經信息研究所孵化而來，是一家類腦芯片公司。目前已經研發的全球首款可商用感存算一體的類腦智能SoC Speck是第一款量產並在商業化進程上取得突破性進展的產品。Speck支持各類動態視覺IoT視覺場景。