中国战略新兴产业融媒体记者 李子吉
1981年,美国哲学家希拉里·普特南在他的《理性,真理与历史》一书中,阐述了一个奇异的假想——“缸中之脑”。
“一个人(可以假设是你自己)被邪恶科学家施行了手术,他的脑被从身体上切了下来,放进一个盛有维持脑存活营养液的缸中。脑的神经末梢连接在计算机上,这台计算机按照程序向脑传送信息,以使他保持一切完全正常的幻觉。对于他来说,似乎人、物体、天空还都存在,自身的运动、身体感觉都可以输入。这个脑还可以被输入或截取记忆(截取掉大脑手术的记忆,然后输入他可能经历的各种环境、日常生活)。他甚至可以被输入代码,‘感觉’到他自己正在这里阅读一段有趣而荒唐的文字。”
在1995年押井守的动画《攻壳机动队》中,塑造了一位全身“义体化”,只保留了大脑的公安九队女队长草薙素子。素子经历过事故,治疗之后,她只剩下了自己的大脑,其余身体部分则由“义体”构成,感觉等信息输入则通过神经末梢向大脑传递神经电信号。在动画中,我们甚至可以看到素子脖子后的数据线
动画的时间设定在2029年,如今是2025年。随着半导体等电子信息技术的飞速进步,当年的假想日益成为现实。脑机接口产业正步入攻坚突破的关键时期,应用场景也愈发广泛。
在临床上,上海华山医院、浙江大学医学院附属第二医院、首都医科大学附属北京天坛医院及宣武医院等医疗机构已经积累了不少成功案例,如患者通过意念控制机器臂写字、移动光标,甚至操控外骨骼手套完成复杂动作,不仅证明了脑机接口技术的可行性,也预示着该技术已从基础功能复健向复杂动作控制迈出了坚实步伐。
3月12日,国家医保局发布《神经系统医疗服务价格项目立项指南》,其中专门为脑机接口新技术价格单独立项,设立了“侵入式脑机接口植入费”“侵入式脑机接口取出费”等价格项目,各地对接落实立项指南后,脑机接口医疗收费将有规可依。
01
全球产业规模有望达到76.3亿美元
脑机接口(Brain-Machine Interface,英文简称BCI)是在大脑与外部设备之间建立直接连接的通路。大脑在思维活动时产生脑电波,脑机接口则通过识别脑电波特征直接读取大脑意图,将其转化为计算机指令,实现人与机器或外部环境之间的交互联通。
中商产业研究院发布的《2025年中国脑机接口行业市场前景预测研究报告》指出,作为人机交互的特殊形态,脑机接口颠覆了传统的人机交互必须有肌肉组织参加的模式,可直接从大脑提取信号控制外部设备,替代、恢复、补充或改善大脑的功能。
该研究院数据显示,2023年,全球脑机接口市场规模达到19.8亿美元,2024年约为22.2亿美元,预计2025年市场规模将进一步增长至24.6亿美元。
江海证券发表的研究报告中提到,尽管脑机接口技术应用前景广阔、潜力大,但其在人体上的应用仍处于临床试验阶段,且面临着伦理道德和社会接受度等方面的重大挑战。因此,当前不同机构对脑机接口产业前景增速的预测存在较大差异,但综合来看,预计至2029年,全球脑机接口产业规模仍有望达到76.3亿美元。
从具体应用领域看,医疗健康是当前脑机接口最成熟的赛道,覆盖神经疾病诊断、康复治疗及功能替代。根据麦肯锡的测算,全球脑机接口在严肃医疗应用潜在规模在150亿-850亿美元,消费医疗应用潜在规模在250亿-600亿美元。
根据采集脑信号的方式,脑机接口可分为侵入式、非侵入式和半侵入式。
马斯克创立的Neuralink公司等企业走侵入式技术路线。侵入式脑机接口技术则是通过开颅手术,将设备置入大脑来获取信号,获取信号的质量水平更高,相应操作更复杂、手术风险也更大,在手术中和手术后可能引发感染、组织损伤、炎症反应等后果。值得期待的是,多家国内企业的侵入式脑机接口产品已经进入临床试验阶段,在康复、抑郁症、阿尔茨海默病等治疗领域均有尝试。据了解,国内企业团队开发出高精度侵入式电极,提升信号采集质量,并在动物实验中实现精确运动控制,为临床应用奠定基础。
2019年8月,浙江大学医学院附属第二医院脑机接口团队国内首次对一名高位截瘫志愿者脑内置入电极,实现通过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功能运动。目前,100个常用汉字中,患者“脑控”书写的正确率达到96%,与正常人的书写反应仅相差0.2秒。
2024年8月,脑虎科技联合华山医院神经外科毛颖、陈亮教授团队顺利完成意念合成运动临床试验,实现了高精度实时运动解码,帮助一位21岁病灶在大脑运动区附近的癫痫患者实现了用意念“脑控”玩乒乓球、贪吃蛇等游戏,使用微信、淘宝、小红书等App,并且可以用意念控制智能轮椅和智能家居,大幅提高了其日常生活的基本行动能力。
与侵入式相比,非侵入式脑机接口系统的安全风险低得多,但功能比较有限。非侵入式脑机接口无需侵入大脑内部,其产品形态通常是穿戴式设备,将采集脑电信号的电极附着在头皮上,获取大脑活动信息,具有易操作、成本小,安全性高、更快进入临床应用等特点。
2022年冬季残奥会上,参与火炬传递的奥会冠军贾红光右手佩戴的浙江强脑科技有限公司生产的智能仿生手,就融合了非侵入式脑机接口技术,让他的“钢铁手”可以根据大脑的意图进行伸展和抓握,顺利完成火炬交接和传递。
但非侵入式脑机接口只能提取经过颅骨衰减后的信号,精度较低。3月12日国家医保局发布的立项指南新增非侵入式脑机接口适配费项目,就是为临床使用此类技术时,需要不断调试设备的服务项目而设,以支持其校准和优化设备参数,能够更准确捕捉和处理脑电信号,让患者及时用上前沿技术。
介于这两条技术路线之间的是半侵入式,这种脑机接口系统与大脑神经元离得很近,但不直接接触神经元细胞。博睿康技术(上海)股份有限公司走的就是这条路线,研发团队将硬币大小的植入体放在颅骨外、头皮下,并将采集脑电信号的电极放在颅骨下、硬脑膜外,以规避瘫痪病人的感染风险。
3月5日,国家神经疾病医学中心主任、首都医科大学宣武医院院长、主任医师赵国光团队为一名67岁的渐冻症患者实施了全球首例无线植入式中文语言脑机接口手术,在神经外科手术机器人辅助下,将“北脑一号”智能脑机系统精准植入患者左侧大脑控制语言运动的关键区域。
3月14日,患者开始接受语言解码训练,信号采集良好,仅经过3小时的训练,62个常用字词实时解码准确率已达34%。目前,实时解码准确率达52%,已能解码出“我要喝水”“我要吃饭”“今天心情很好,我想和家人散步”这样的语言。
“北脑一号”集成了自主研发的柔性高密度脑皮层电极,以及高采样率、大通量、低功耗的脑电数据采集、处理和无线传输技术。“半侵入式脑机接口‘北脑一号’成功帮助因渐冻症导致失语的患者重建交流能力。临床实践显示,其单字解码时延小于100毫秒,处于领先水平。”3月20日在京召开的“北脑一号”人体植入新闻发布会上,赵国光介绍。
除了脑机接口,还有一种脑脊接口。
作为脑机接口概念的延伸,脑脊接口将为全球2000万脊髓损伤患者带来重新行走的希望。在脑部和脊髓植入电极芯片,在大脑与脊髓间搭建一条“神经桥”,患者就可以恢复下肢站立及行走。两者的区别在于,脑脊接口植入无需连接外部设备,其将多台设备集合为一台脑部植入式微型设备,可以在降低手术创伤的同时,提高脑电信号采集的稳定性和效率。
3月3日,全球首批第4例、通过脑脊接口让瘫痪者重新行走的临床概念验证手术在上海华山医院成功实施。复旦大学科研团队历时五年研发了该脑脊接口系统,将两个直径1毫米左右的电极芯片植入脑部运动脑区、1根电极植入脊髓,患者想抬腿时,脑部芯片立刻捕捉信号,腰部芯片精准刺激对应神经,让双腿动起来。
02
政策持续加码
中国脑计划启动于2016年,包括探索大脑秘密和攻克大脑疾病的脑科学研究以及建立并发展人工智能技术的类脑研究两个方向。在2017年《“十三五”国家基础研究专项规划》中,脑与认知、脑机智能和脑的健康被明确提出作为核心问题。
在“十四五”规划中,人工智能和脑科学为国家战略科技力量,类脑计算和脑机融合技术研发被纳入重要领域,而脑机接口技术是脑机智能融合技术的关键之一。
2024年初,工业和信息化部等七部门联合发布了《关于推动未来产业创新发展的实施意见》,明确将脑机接口列为未来产业之一,并提出了具体的发展任务。此后,《脑机接口研究伦理指引》和《脑机接口标准化技术委员会筹建方案》相继在2024年2月和7月发布,从政策和标准层面引导脑机接口产业规范、创新发展。
2024年12月30日,国务院办公厅印发《关于全面深化药品医疗器械监管改革促进医药产业高质量发展的意见》,对脑机接口设备等高端医疗装备和高端植介入类医疗器械,予以优先审评审批。
2025年3月12日,国家医保局发布《神经系统类医疗服务价格项目立项指南(试行)》,其中专门为脑机接口新技术前瞻性单独立项,设立了“侵入式脑机接口置入费”“侵入式脑机接口取出费”“非侵入式脑机接口适配费”等价格项目。
国家医保局官微表示:“此次,国家医保局从打通创新技术向临床治疗转化通道的角度,全面梳理、规范神经系统类医疗服务价格项目,为脑机接口等前沿技术设立项目,充分支持高水平医疗技术的价值实现,各地对接落实立项指南后,脑机接口医疗收费将有规可依。”这意味着,一旦脑机接口技术成熟,快速进入临床应用的收费路径已经铺好。
同时可以注意到,此次价格项目立项指南当中,更加突出了与脑机接口未来发展相关的项目,例如脑机接口的置入、取出,以及一些电生理检查费用,相当于是为未来的产业配套提前做了一个规划。
无论各地如何定价,相关医保政策都将给瘫痪、失语等患者带来福音。脑机接口医疗器械研发和生产成本较高,这直接影响了产品的市场定价,限制了其普及率。高昂的成本不仅增加了患者的经济负担,也提高了企业进入市场的门槛。医保承担部分费用后,不仅能减轻患者的经济负担,也有利于脑机接口产品在我国的推广应用,给这一未来产业和相关企业的发展带来利好。
上海市医疗器械检验研究院院长郁红漪表示:“除了定价和纳入医保,我们还要健全脑机接口产品标准体系、完善检测能力,从而提高产品审评审批的效率。”2024年9月,国家药监局批准《采用脑机接口技术的医疗器械 术语及定义》和《采用脑机接口技术的医疗器械 具备闭环功能的植入式神经刺激器 感知与响应性能测试方法》两项医疗器械行业标准制订项目立项,由上海市医疗器械检验研究院牵头制订;2025年2月,国家药监局又批准了《采用脑机接口技术的医疗器械 用于人工智能算法的脑电数据集质量要求与评价方法》医疗器械行业标准制订项目立项。
郁红漪解释,“脑机接口”这一概念比较泛化,比如在临床应用上较为成熟的脑深部电刺激(DBS)设备也被很多人称为“脑机接口”。在医疗器械行业标准制订过程中,专家们讨论后初步认为,作为医疗器械的脑机接口系统要符合“实时、交互、闭环”等条件,而不闭环的DBS设备只是给大脑单向刺激,没有采集脑电信号并进行解析的功能,所以这种医疗器械不属于脑机接口系统。
由此可见,相关行业标准发布后,才能明确哪些产品属于脑机接口医疗器械,从而给“侵入式脑机接口置入费”和“侵入式脑机接口取出费”这两个医疗服务价格项目提供更完备的依据。
地方层面的政策支持在2025年开始加速落地,北京和上海成为首批行动的城市。
1月8日,北京市科委、中关村管委会公布《加快北京市脑机接口创新发展行动方案(2025—2030年)》,提出到2027年,产出一批重大原创性成果,突破脑机接口电极、芯片、编解码算法等关键核心技术,同时培育3-5家具有核心竞争力的潜在独角兽和独角兽企业,建成2-3个产品特色体验和展示中心,加速推动一批脑机接口新技术、新产品、新模式在多场景的落地应用。
1月10日,上海市科委公布《上海市脑机接口未来产业培育行动方案(2025-2030年)》(下称《上海方案》),目标在2027年前,推动5款以上侵入式、半侵入式脑机接口产品完成临床试验,面向失语、瘫痪等患者,实现部分语言和运动功能恢复,实现高质量脑控;引育5家以上具有脑机接口核心技术与产品研发能力的自主创新企业,10家以上产业链上下游国内骨干企业;脑机接口创新生态初步构建。
“上海脑机接口正处于典型产品的培育阶段,马上进入大规模临床试验阶段。”上海市科委高新技术处项目主管王卓曜表示。
03
仍有难以撼动的技术难点
从北京上海两地的发展目标来看,对发展的预期比较保守,但这也从侧面体现出,目前脑机接口技术仍存在难以攻克的技术难点。
虽然已有实验展示了患者通过脑机接口设备实现打字、上网或控制机械臂等功能,但这些操作通常依赖于大脑发出的明确指令。而在日常生活中,人类的动作往往是自发而非刻意的,并且常常会同时进行多项任务,这对现有的脑机接口技术提出了更高的要求。如何更自然地捕捉和解释这种非刻意及多重任务处理时产生的脑部活动,已经成了下一阶段脑机接口技术需要攻克的难题。
就拿前文介绍的脑脊接口来说,这种技术仍处于临床上非常早期的“演示”阶段。对于脊髓损伤患者而言,诚然“神经桥”能够绕开受伤的脊髓,直接将大脑信号传达到下肢,使下肢产生一些活动,但效果也就仅此而已,尚无法对患者的生活质量有实质性的改善。
问题的症结在于,人们对大脑的认知还远远不够。
如何处理数量庞大且复杂的神经元,是所有研究脑机接口的科学家都在努力解决的问题。
整个大脑皮质的体积大约为50万立方毫米,有800亿到1000亿个神经元,每个神经元又与上万个其他神经元连接。除此之外,大脑中还有与神经元数量差不多的胶质细胞以及血管。每立方毫米的皮质里面的毛细血管加起来的总长度可以达到1米。
而脑机接口的技术工程师如果要做到对于大脑信号进行极为精准的捕捉或反馈,就需要在这一立方毫米区域里面捕捉特定的一些神经元细胞体发出的信号,或刺激某些特定的细胞体发出工程师需要的信号。
现在最顶尖的电生理技术一次也只能记录1000个神经元,大规模记录和准确解码编码任重道远。根据统计数据显示,以目前脑机接口技术以平均7.4年才能使可同时记录的神经元数量翻倍的速度计算,要达到同时记录100万个神经元需要等到2100年,而要记录人脑中的所有神经元,则要等到2225年。
对比非侵入式,侵入式脑机接口可以更好地接收神经元信号,但需要电缆来传输大量数据。另外,侵入式脑机接口对大脑的损伤不容忽视,植入电极需开颅手术,电极在脑中时间长了有感染风险。为保障患者安全,脑机接口技术应列入医疗技术清单。
峰瑞资本合伙人马睿表示,侵入式目前面临很多问题,如“电极用什么材料”“软硬是不是与半导体制程匹配”“放进去可不可以待在那,会不会动”“测哪个神经元,还是一开始测这个神经元,后来跑到另外的位置”“可以打多深,待多久”“有没有免疫反应,什么成本”。
我国目前发展脑机接口主要是从市场需求出发,以规模化拓展推动前沿技术研发。国内的研究团队通常更侧重于场景化落地,开发非侵入式脑机接口产品以积累市场经验与资金,同时结合元宇宙、VR/AR及脑健康的创新应用,利用国内完善的电子产业链和巨大的消费级市场,实现快速迭代和降低成本,带动行业规模整体增长。
截至2024年底,我国脑机接口产业累计发明专利和实用新型专利数量超2000项,历年申请数量呈波动上升的态势。在政策的强力支持下,我国脑机接口正处于由基础研究向临床应用转化的重要阶段。
但与此同时,市场上脑机接口产品“同质化”的问题不容忽视。许多非侵入式脑机接口产品大多以“电子产品”“健康管理设备”的身份进入市场,缺乏统一的技术标准与行业审核门槛,产品良莠不齐,侵入式脑机接口所需的试点临床和审批机制仍在摸索当中,行业法规还有待进一步完善。
全国政协委员、天津大学副校长明东在今年两会期间表示:“一方面脑机接口的侵入式技术普遍存在安全性问题,包括植入设备的长期生物相容性、手术风险以及术后可能的免疫反应,更无法实现全脑监测;另一方面,传统非侵入式技术受颅骨信号衰减影响,信噪比低、空间分辨率不足,高精度解码难度大。”明东认为,只有突破以上技术瓶颈,并建立完善的伦理规范,明确数据隐私、生命安全、人体实验等红线,脑机接口才能真正实现规模化应用。
2019年,浙江金华一所学校曾经使用“智能头环”来监控学生上课时的注意力集中情况,引发了广泛的隐私侵犯担忧。尽管脑电波监测作为评估注意力的一种手段具备科学依据,但这个事件也凸显了脑机接口技术在发展过程中必须解决的重要问题——如何平衡技术创新与保护个人隐私之间的关系。
当脑电波被读取、记录,人的思维处于全面暴露的风险之中,隐私安全愈加凸显。脑机接口技术可以改变大脑的活动模式,可能影响我们的性格、决策甚至身份认同。专家建议,接受脑机接口技术临床试验的患者,必须经过严格的伦理审查。在技术普遍应用之前,相关部门应对脑机接口可能涉及的神经数据和精神隐私等问题,制定相应的技术标准、法律规范和伦理原则。返回搜狐,查看更多