侵入式腦機接口才是真正能帶來顛覆性變革的技術未來將開拓下一代神經系統疾病醫療市場

20多年前，《黑客帝國》上映，影片中展示的連接人腦和電腦的大型裝置令人深刻印象， 這套設備便是腦機接口。在2018年的電影《升級》中，腦機接口進化成為一個微小的芯片，融合人工智能，讓高位截癱病人恢復正常。

“其實，通過科幻電影就能看到腦機接口的發展歷程。”寧矩科技聯合創始人白碩告訴生輝。“20年前《黑客帝國》的腦機接口需要電纜和主機，整個裝置非常龐大，屬于上一代設備，而3年前《升級》中所展示的才是未來10年腦機接口的發展方向。而這也是我們正在研發中的下一代腦機接口，特點是無線、微型、多通道、采集刺激一體。”

雖然腦機接口的概念早在幾十年前就已經提出，但直到馬斯克創立了Neuralink才真正被引爆，腦機接口正式進入大眾視野，同時也得到了資本的青睞。

寧矩科技聯合創始人白碩

寧矩科技成立于2019年11月，是清華大學電子系孵化的科技公司，主要聚焦腦機接口材料、芯片與系統。該公司整合集成電路技術和生物材料技術于一體開發下一代腦機接口， 自主研發可長期植入的無線超小信息交互終端設備， 為高數據通量的神經信號獲取與解析、神經行為的干預與調控提供解決方案。

據悉， 寧矩科技于今年3月完成數百萬美元的Pre-A輪融資，投資方為經緯創投;11月， 完成億元人民幣的A輪融資，由華蓋資本、Prosperity7Ventures聯合領投，經緯創投跟投。

首款腦機接口商用芯片完成流片

腦機接口可以看作是芯片技術和生物材料這兩個毫不相干領域的有機融合，存在一定技術壁壘，寧矩科技的研發團隊均來自生物材料、芯片及軟件等專業，博士占比超過70%。

目前，寧矩科技自研的首款腦機接口專用系統級芯片已經流片成功，預計明年搭載自研芯片的設備可實現量產。據了解，這款芯片面積約0.5cm?，擁有128通道，同時還集成了采集刺激模塊、無線發射模塊以及算法模塊。

寧矩科技腦機接口專用芯片

“內在驅動外在，芯片技術升級驅動整個設備升級，而這帶來的是應用場景顛覆性的變化。”白碩表示。伴隨著芯片的升級，比如通道更多、抗噪更強、體積更小、功耗更低、集成度更高，同時還兼具無線傳輸。

雖然國內也有一些腦機接口公司從事芯片設計，但大部分只是用于展示，并沒有真正落地實現量產和商用。“NeuraMatrix專用芯片設計是內核驅動，并且已經推出了國內首款商用芯片，未來可以搭載在醫療設備中進行大規模量產和使用。技術，可以說是我們核心的競爭力，同時也是資本比較看好的原因。”他指出。

明年計劃推進到人體試驗階段

大腦中的神經元通過電信號（神經元放電）執行功能，這也是腦機接口所需要獲取的信號，頻率范圍在2Hz～20000Hz之間。電信號由大腦的神經元發出經過組織、顱骨等傳導到腦外，高頻信號大幅衰減，因此在腦外只能采集到<100Hz的低頻信號。

所以，非侵入式的腦機接口設備（如腦電帽）只能執行一些“初級功能”，比如在安靜的環境中監測睡眠質量等。

“在我看來，非侵入式腦機接口更多的應用僅僅是一種輔助手段，而侵入式腦機接口才是真正能給我們帶來顛覆性變革的技術。”他補充說。

寧矩科技主導“采集刺激一體化”的侵入式腦機接口，除了電信號采集，還能夠進行電刺激干預。從發病機理角度來看，帕金森綜合癥、癲癇等疾病其實是不同腦區的一些核團存在異常電信號，這些信號通常為高頻信號且位于大腦深處，非侵入式腦機接口難以監測和刺激。

動物試驗植入電極

侵入式腦機接口通過將電極植入到大腦該區域，即可精確地獲得該腦區從低頻到高頻的所有信號，同時還可以通過實時地、精準地電信號刺激進行“干預”，進而實現對該疾病的治療。“對于神經系統疾病的研究和治療，甚至未來對于人體機能增強、記憶的讀寫等， 只能通過侵入式腦機接口實現。”白碩指出。

以帕金森病為例，目前緩解或治療該病通常是在患者大腦植入腦起搏器（DBS）來實現的。DBS是誕生于20年前的醫療設備，“而我們要做的（腦機接口）屬于下一代設備。” 他說。DBS治療需要進行開顱手術植入電極以及皮下走線，將DBS主機（約半個手掌大小）植入到患者鎖骨位置，對患者造成的痛苦和風險都比較大。

另外，DBS搭載的是通用芯片，大都為單通道刺激，無法進行信號采集，整個設備功耗較高。“我們腦機接口無線設備體積為骰子大小，通過微創手術即可完成植入，整個設備功耗為微瓦級別，搭載專用芯片，能夠實現多通道采集刺激一體化。” 他補充道。

目前，寧矩科技已經與國內公司展開合作，在帕金森綜合癥和癲癇等疾病的信號采集方面取得了較大進展，不但體積更小，而且能夠實時監控、無線傳輸等。“未來一年內我們或可推進到人體試驗階段。” 白碩指出。

現階段主攻科研設備，未來轉向醫療器械

目前， 我國的高端科研設備和醫療器械主要依賴于進口。從事腦科學研究離不開腦機接口設備，而就在不久前，美國商務部計劃將腦機接口技術列入出口管制，研發具有中國自主產權的腦機接口迫在眉睫。

現階段， 寧矩科技正為一些科研院所（比如中科院、清華等）以及大型醫院（比如天壇醫院、宣武醫院等）提供科研設備，另外，也將基于客戶需求進行設備的優化改進和迭代升級，同時，還針對帕金森綜合癥、癲癇、脊髓癱瘓和面癱等疾病與醫院一起探索全新的治療方案。

“現階段，NeuraMatrix的主要業務是科研設備，而未來將會轉向醫療器械，包括二類以及三類醫療器械。”白碩表示。據介紹，寧矩科技將開發一種“電子顱骨”，通過在顱骨開小孔進行電極植入，將把芯片、電池等設備鑲嵌在顱骨上，全程只需要一個微創手術即可完成，減少患者所受痛苦，手術的難度和風險也會大幅降低。

“NeuraMatrix中長期的發展規劃主要是針對疾病，特別是神經系統疾病。”白碩表示。據了解，如今包括癲癇、帕金森病、阿爾茨海默病等在內的神經系統疾病已經超過腫瘤成為全球第一大類疾病，依托腦機接口微型化和多通道等優勢，能夠讓先前難以治愈的疾病得到很好的治療。另外，以前做動物試驗過程中并沒有建模規范，未來可以通過腦機接口對治療前中后期的各項指標進行量化評價。

技術層面國內外差距不大

關于國內外的腦機接口企業， “ 我認為，國內外的公司其實不存在特別大的競爭關系，因為目前還遠沒到‘星火燎原的地步，這些公司都在不同的技術層面、應用層面進行各種探索和嘗試。”白碩說道。

公司層面，目前國外從事腦機接口研究的企業數量并不算多，較有代表性的是馬斯克的Neuralink，而國內的腦機接口企業根據側重點不同，主要分為幾類：

提及為什么選擇從底層技術進行推進，白碩認為，“我們基于自身的技術積累，從底層技術、芯片設計做起，以期在未來的一些應用場景提供全新的解決方案，畢竟，只有底層技術進步才能為腦機接口整體應用帶來質的飛躍。”

“技術層面，我覺得國內外的差距不是很大，寧矩科技自主研發的芯片、設備等參數并不比馬斯克的Neuralink落后很多，甚至一些參數指標（比如功耗、抗噪等）還更有優勢。”白碩指出。“寧矩科技團隊成員大都是海外歸國，時間上也基本與馬斯克的Neuralink同時起步。更為關鍵的是，未來依托中國龐大的市場規模，醫療受眾、落地場景等甚至可能比國外還要更好。”他補充道。

隨著對侵入式腦機接口研究的不斷深入，“醫療領域肯定是首先獲益的。”白碩指出。未來只需要通過微創手術植入一個微型設備，就能讓神經系統疾病患者能夠像正常人一樣生活。

從本質上來講，腦機接口解決的其實是通訊問題（即信號的收發），相較于低效的聲波，腦電波顯然是一種更為高效快速的信息交互方式，從長遠來看，腦機接口未來將會替代人類目前這種交流方式。正如劉慈欣在科幻小說《鄉村教師》中所描述的：高等文明的交流方式不應該是通過聲波傳遞的。

不久的將來，隨著6G、量子通信等技術解決了超大數據量的傳輸問題，屆時其搭配的終端很有可能就是腦機接口設備，通過植入一個微型設備與人體神經系統直連，人們可以通過意念進行交流， 甚至是視覺的共享、記憶的交互等都能夠實現。

“ 不夸張地說， 科幻電影中的很多場景，10年之后就可以變成現實。”白碩總結道。