我们为什么需要脑机接口？

通过在脑后插入一根线缆，我们就能够畅游计算机世界，只需一个意念我们就能改变“现实”。学习知识不再需要通过书本、视频等媒介，也不需要再花费大量时间，只需直接将知识传输到大脑当中即可。

以上就是1999年的经典科幻电影《黑客帝国》为我们描绘的科幻画面。而这看起来天马行空的幻想，却是基于早已有之的“脑机接口”技术的的合理设想。或许，科技的加持终将让科幻走向现实。

目前的“脑机接口”主要分为植入式和非植入式两大类，植入式和非植入式两种方式都各有优劣。植入式更精确，可以编码更复杂的命令，比如三维运动，但手术创伤不可避免；非植入式电极这种头皮贴片虽然方便，无需开颅植入，但是能探测到的脑电信号范围和精确度有限。

“脑机接口”作为前沿科技研究的热点技术，一直颇受业界关注。SpaceX及特斯拉创始人马斯克更是于2017年成立脑机接口公司Neuralink。2019年中旬，马斯克和他的Neuralink团队展示了他们“新颖”的向大脑植入电极的方式，并宣布他们将要进一步开发脑机接口的计划。可以说，脑机接口不断在科技界掀起轩然大波。那么，从《黑客帝国》开始，我们离脑机接口实用化还有多远？

脑机接口是怎么出现的？

要知道，脑机接口本质上是一种全新的信息沟通与交互界面，而要理解信息沟通的本质，那就需要理解我们的语言。

语言是人类大脑高级认知活动的产物，正如纽约大学心理学和神经科学教授大卫·珀佩尔在《科学》杂志子刊《科学进展》（Science Advances)的论文中所说“语言就是声波如何把信息塞入你的脑子里”。

当我们听人讲话的时候，耳朵将声波转化为神经信号。这些信号会被不同的脑区处理和翻译，最先处理的脑区是听觉皮层。多年的神经生理学研究结果显示，听觉皮层的脑电波会对应声波的强弱变化的频率，将听觉信号分节并锁定。基本上就是说，脑电波像冲浪者般在声波里起伏，大脑很可能是通过声波的强弱变化来区分音节，辨识语义，从而将长串的语言信息分节装载，转化为便于处理的小块信息。

然而，人类语言并不是一蹴而就，而是经历了漫长的演化。从神经肽、神经元到神经网；从神经节，到几个神经节融合在一起形成脑，最终形成原始大脑。从掌管身体器官并且精细分工的爬行脑出现，到能够处理爱、愤怒和恐惧等复杂情感的边缘系统的出现，再到能够理性思考的新皮层的出现。可以说，神经系统经历了从无到有，从简单到复杂，从低级到高级的发展过程。

人类大脑新皮层擅长思考，尤其擅长抽象思考，并能对事物的本质属性进行归纳和演绎。就在大约10万年前，人类掌握了一项突破性的工具，就是能够用一种特定的抽象声音来指代某个具体事物。

比如“石头”这个词的发音并不是石头本身，而是通过发音来指代石头这个物体的代表符号。就这样，原始的语言诞生了。很快，世界上各种各样的事物都有了相应名称。到了公元前5万年，人类已经能够完整使用复杂的语言进行交流。从此，语言不仅能把人类大脑中各种奇妙的想法转换成一系列的声音符号，而且通过空气振动将它们传递到其他人的大脑中，并能让他人理解。

人类语言的出现，不仅给世界上万事万物都打上了符号标签，还产生了一个极其重要的功能，就是让人们能够学习自己没有亲身经历过的事情，并以此形成间接经验。由此，人类种族的生存能力大大提升。

正因为语言的学习，使得经验与智慧一代代传承，不断累积到部落的知识库中，而后代则可以在祖先的智慧上继续探索。就这样，语言赋予部落强大的集体智慧，同时每个人也能从集体智慧中获益。随着知识的不断积累，生产力不断提升，劳动生产率逐步提高，人类进入城市时代。

随着人类文明的演化，科技也在历史中不断更新，大量的知识储备为人类工业革命创造了条件。如今，我们已经进入信息技术高速发展的时代，而人工智能技术的不断突破使人类发现自己在学习能力方面越来越不及人工智能，无法从海量的知识中快速获取知识。

而这种缺陷正是曾经为人类文明作出杰出贡献的语言所造成的。这是因为人类的语言天生就有两方面缺陷：一是精度低；二是效率低。

从语言的精度角度来说，无论人类的哪一种语言，其精度都是相当低的。语言的社会性和模糊性导致了人和人之间沟通的低准确性，人们因此会耗费大量的时间在沟通上。在人与人的沟通过程中，信息被大量损耗。从语言的效率角度看，我们无法像计算机一样快速地将客观信息输入大脑，而在靠语言和文字所进行传播的时候，速度确实非常慢。

而当我们进入一个全新的数字时代时，人类的弱点和局限性就开始被放大了。时代车轮滚滚向前，历史发展的内在需求推动着技术的进步与发展，终于迎来了脑机接口的登场。

脑机接口的发展协同脑科学的进步

想要了解脑机接口的基础，首先要明确几个相关的概念。

脑机接口（Brain-computer Interface或者Brain-machine Interface）：通过传感器提取头皮上、大脑皮层上电场或磁场等信号、参数，进而进行数据提取、分类和分析，最终控制体外设备对人体周边环境进行增强或改善的人机交互装置。

中枢神经系统（Central Nervous System, CNS）：由大脑和脊髓组成，是人体运动的命令源也是脑机-接口主要分析目标。

脑电波（Electroencephalogram, EEG）：与大脑皮层神经元活跃度密切相关，大部分学者认为其主要组成部分是神经元突触后电位。脑电波是脑-机接口的主要信号来源之一。

分形维数（Fractal Dimension, FD）：来源于分形理论，可以用于分析数据的复杂性。是现代科学用于分析混沌动力学系统和非线性信号的工具之一。

人工神经网络（Artificial Neural Network, ANN）：一种基于大规模计算训练从而多层次地提取目标特征值的数学模型。ANN常被应用于数据分析。

脑机接口的发展和脑科学的进步密切相关。大脑属于中枢神经系统，其包含了大约870亿个神经元。大脑时时刻刻接受来自视神经、听觉神经以及周围神经系统（Peripheral Nervous System）传送过来的信号。大脑将这些信号进行解析，并产生感觉，进而对外在环境做出反应形成运动信号。运动信号再通过脊髓传达到周围神经系统，进而控制肌肉控制人的身体，做出复杂（高级）运动行为（比如弹钢琴，弹吉他等）。

中国有没有能和马斯克PK的脑机接口公司？

马斯克Neuralink中国对手浮现，创始人：我们有能力和马斯克正面PK

中国质量万里行

2020-08-02 21:35《中国质量万里行》杂志社官方帐号

本文来源：DeepTech深科技

作者：胡巍巍

马斯克的脑机接口公司 Neuralink ，已经在国内迎来对手。由清华大学孵化的 NeuraMatrix 公司，称是目前国内脑机接口公司中唯一一家、专注于下一代能力接口的底层设备公司。

两位创始人陆佳和叶飞利，分别是芯片系统和生化材领域的专家。陆佳曾在一次演讲中表示：“目前我们 NeruaMatrix 作为中国市场上唯一在正面与 Neruallink 进行 PK 的公司，相比埃隆·马斯克稍早的时候发布的原型样机，我们的原型样机具有更好的抗噪特性，而且可以实现无限的对外交互，和与体内神经系统的双向交互。”

图 | NeruaMatrix 参加奇绩创坛创业营时展示的 PPT

当前，脑科学处于全球科技的风口浪尖。从 1946 年世界上第一台计算机“ENIAC”诞生至今，人机距离在不断拉近。近年来神经接口技术的兴起，也意味着人机交互的终极形式：

互融式人机交互的大发展时代已经来到。

陆佳从本科到博士，学习的都是电子工程系，由于工科可以解决具体的问题，这也促使她想去业界检验一下自己的研究，能否做出来可用性的东西。

恰好她做的研究，可以满足神经科学前沿研究、以及生物医学研究方面的需求，和叶飞利一起创业，其一是因为两人都是高中同学、并且也是同学中唯二的在从事学术研究的人，再加上脑机接口正好需要既懂芯片、又懂生化材的人来做，就这样在

2019 年末，NeuraMatrix 诞生。

谈及公司的起名，叶飞利表示，电影《黑客帝国》的英文名字是 The Matrix，很多人对于脑机接口的认知，都始于这部电影，于是该电影也成为公司名字的灵感来源。

目前，NeuraMatrix 最重要的两个方向是芯片系统和生化材，前者是以陆佳为主，后者则是以叶飞利为主。但这两块并不割裂，而是交织在一起共同工作。

陆佳告诉 DeepTech，这并不是一个类似于插座和插销，只要尺寸对了就可以，而是跨界的合作。

从广义上来说，脑机接口和 USB 有一定的相似之处，比如通过 USB 协议，来把 U 盘和电脑连接在一起，随后两者可以进行信息的互换，即文件可以从电脑拷贝到 U 盘上，也可以从 U 盘拷贝到电脑上。

只要是接口，它干的就是双向通道的事，而脑机接口就是在大脑和机器之间，建立起一个通道。既然脑机接口可以在大脑和机器之间，建立一个双向信息交互通道，那么如果该通道是通过无线方式来传递信息，就能实现隔空交流。

当前，NeuraMatrix 要做的产品，正是脑机之间的无线数据交互通道。

芯片系统：麻雀虽小，五脏俱全

陆佳现在在做的芯片系统，是一个相比手机小很多的系统，但是麻雀虽小五脏俱全。脑机接口芯片的最大难点，在于很难在一开始就获取需求。

比如做一个芯片中的放大器，只需要告诉做的人，这个放大器是什么频段的、要放大多少倍，即把基本事情讲清楚就可以开做。

但对于脑机接口的芯片系统来说，很难一开始就把需求描述清楚，由于其需求并不是做电学的人提出来的，而是做生物医学的人提出来的，而后者对电学的理解并不深刻。

在这种情况下，生物医学的人其实更像是用户，用户能表达的只是对产品的期望性描述，但是这种描述并不是从电学角度进行的描述。

也就是说，做脑机接口芯片时，负责生物医学的人无法判断芯片应按照怎样的指标去做。但只要指标清晰，脑机接口芯片的难度就已解决一半。

目前，NeuraMatrix 产品中一些关键模块的验证已经结束，并已进入系统审核阶段。预计到 2021 年，该公司的第一块芯片将会发布。

一听到脑机接口，多数人都会觉得这是一个和生物医学相关的话题。

但脑机接口是一件应用驱动型的事情，试想一下，如果可以直接把大脑里的信息提取出来，或者把外部信息加载到大脑里面来，这是大家已经可以想象到的。比如，电影《黑客帝国》就讲到过这样的场景。

如果脑机接口的前提成立，那么大家对于它的功能一定有所想象。但目前就卡在“如果”上，可以说这是一个典型的应用明确、但路径不明确的事情。但如果做出来，大家一看就知道这个产品可以做什么。

现在的问题是，谁能做出来？这是一个不确定的事情，就好像在 iPhone 还没有诞生时，大家觉得黑莓手机和诺基亚手机就是智能手机的样子，但人们今天在市场上，再也看不到黑莓手机。

而一旦 iPhone 横空出世，人们就突然意识到原来智能手机是这个样子。同时，做 iPhone 的人，也不用担心没有人来 App Store 上架产品。因为只要你把这个平台做出来，就会有无数的应用来上架。问题是，谁能提供做 iPhone 的解决方案呢？

脑机接口在一定程度上，也是这种现状。现在，NeuraMatrix 正是提供解决方案的人。而在做这个解决方案的时候，芯片是很重要的一环，芯片的特点就是可以做得很小，它的集成度非常高。

而脑机接口需要实现的功能非常多，要把这么多功能在如此小的体积里实现，需要借助一些高科技的工业手段。其中的一个手段，正是集成电路。

在过去半个世纪中，但凡能和人类发展扯上关系的，都有集成电路的身影。因此，脑机接口的发展，也并不例外。而脑机接口芯片，正是里面非常关键的技术。

因为脑机接口产品，无论是佩戴在人身上，还是植入到人体内部，都会和人体有非常密切的关联。植入到人体内部的产品，必须要具备很好的生物兼容性和友好性，因此研发过程中一定需要生物材料。

陆佳介绍称，在芯片上加东西，一定跟应用场景有关。当芯片仅用于手机的时候，的确用不上生物材料。但当芯片要植入体内时，一定需要一个可以和体内环境友好相处的生物材料，来把芯片包裹在里面。

生化材：包裹芯片的“外壳”

由于脑机接口主要用于大脑和计算机的交流，那就不可避免地要与神经系统连接。因此，生物化学材料是不可避免的。假如告诉一个人，要给他的大脑植入一个芯片。他可能会担心，这不是我体内的东西，那么会不会发炎或者产生不适呢？

而生物化学材料，要解决的正是生物化学材料植入体内后的不良反应问题。当把脑机接口这样一个终端设备植入时，如何让它跟人体快速融合在一起，如何不受到免疫系统排异反应的影响，如何保证接口的设备不会移位和排出，这些都得用到生物化学材料。

NeuraMatrix 的投资方之一是奇绩创坛，奇绩创坛创始合伙人兼 COO 栾运明在点评该公司时，告诉 DeepTech 称：“两位创始人有非常强的综合能力。他们有能够将硬科技落地的能力，还有对商业化管理长期的领导能力以及综合能力。他们在探索未来的路上非常的务实，创新地实现了自造血的能力。”

图 | 奇绩创坛创始合伙人兼 COO 栾运明

阿兹海默病、帕金森综合症等健康问题或将有解

目前，NeuraMatrix 的产品样机已经做成，下一步就是把样机设备化，并能找一些客户来体验。2021年上半年，该公司的第一代产品即将面世。

此外，NeuraMatrix 还将打通从硬件、到软件再到数据服务的一系列产品。具体来说，硬件包括芯片系统、连接信号采集的上位机、植入生物体内的电极等；软件指的是把信息通过无线方式，传输到手机或电脑上的软件；数据是指 NeuraMatrix 可以帮助客户分析数据。

谈及未来的规划，叶飞利表示将分三步走，即从动物、到人、再到人机交互。

第一阶段，在真正用到人身上之前，先会在动物身上做实验，从而为神经药物研发平台、和脑科学认知科研机构等提供使用工具，最终实现给他们的药理以及脑科学研发，开辟新的途径。

第二阶段，很多病人可以通过脑机接口完全改善病情。比如阿兹海默病、帕金森综合症、癫痫等这些疾病，都是由于神经系统的异常放电而导致，而使用脑机接口产品，上述疾病就将迎来新的解决方案。另外，残障人士也可以通过脑机接口，来操纵一些机械。

第三阶段，则会向通信迈进。NeuraMatrix 的两位创始人认为，未来人与人的交互、人与计算机的交互，都可以通过植入芯片来完成，比如打电话、登录网页搜索信息和网络购物等。

同时，该技术还能够在不远的将来，帮助人类突破自身肉体极限，从而实现人造器官、人体增强。为实现该目标，NeruaMatrix 开发了神经接口的专用芯片、以及小型化的无线设备。其设备具有高精度、低功耗、支持海量数据的自由交互，以及可以长期植入体内的特点。

奇绩创坛创始合伙人兼 COO 栾运明也认为，短期来看，它可以给药企提供价值，并可以收集数据，未来还可以给类似新冠疫情的药物研发等提供巨大价值。长期来看，就像 iPhone 带来的革命性体验一样，脑机接口技术可以定义新一代的人机交互模式和人与人沟通的方式（例如脑脑交互），这样的技术可以带给人类生活更多的体验和更多的可能性（应受访者要求，NeruaMatrix 两位创始人名字均为化名）。

脑机接口是黑客帝国的起点吗？

从脑机接口技术本身来说，它还是一个非常漫长和非常艰辛的过程，想要达到黑客帝国的状态其实还需要一段时间。

作为国内领先的非侵入式脑机接口技术领域公司BrainCo强脑科技创始人韩璧丞曾说，“脑机接口其实是一个非常底层的技术，很多人说脑机接口是人工智能的下一代技术，因为人工智能核心是让计算机有像人一样看得懂和听得懂的能力，但是脑机接口可以让人类本身变得更强。”

硅谷钢铁侠发布脑机接口系统，黑客帝国里的场景是否即将成真？

我觉得是有可能实现的，但是肯定不是在这个脑机接口发布的今天。当初，“很渴帝国”这部电影大火好评，他给我们展示了一个全新的世界，

一个完全由科技支配的世界，当时在那个年代，这是非常振奋人心的，所以，在之后的发展中，人们也一直希望可以通过科技实现当初电影里面呈现出来的场景。事实也确实如此，如今科技发展迅速，人工智能、云计算等等热门词汇为我们所熟知，人工智能的技术也逐渐发展，AI人脸识别、语音识别已经法真到了一个稳定的水平，

人们在生活中也能随处可见，再不会有人对一个“会说话”的扫地机器感到奇怪。那么，硅谷“钢铁侠”马斯克所展示最新成果，是将一个小设备用激光束刺穿头骨，植入到大脑之中，从而帮助一个瘫痪在床的病人接收信息，形成一个专门的信息模块，是瘫痪的病人能够大致像平常人一样感知外界的事物，可以说这是一项重大成果的发布，

人们看到这项技术的成果之后，对未来的世界又有了更近一步的探知，但是如果真的要形成像黑客帝国那样的场景，我觉得首先技术上还达不到，其次是伦理道德上的不允许。我们知道，无论如今计算机有多么发达，他都离不开最基本的算法，那算法的需要得到不断的优化，这些工作只有人脑能去完成，所以不可能有朝一日，实现完完全全的人机同行。