投资风口上的“脑机接口”,离“商业着陆”还有多久?

小豆包 · 2019-11-14
脑机接口要实现大规模商业落地,不论从技术成熟度还是应用场景上看,目前都是“道阻且长”。

编辑| 石亚琼、顿雨婷

脑机接口最近大火。不论是近期Facebook计划以约10亿美元收购脑机接口创企CTRL-Labs,还是在7月份埃隆.马斯克宣布自己创办的神经科学初创企业Neuralink 研发的“神经织网”实现通过大脑意念控制电脑,都使得脑机接口从实验室被推向了公众视野,并成为当下投资热点。

吸引这些硅谷大佬的除了类似Matrix的愿景,同样有现实的经济“钱景”。如果单纯从脑机接口设备的市场规模来看,联合市场研究公司(Allied Market Research)的数据显示,2020年,脑机接口的市场规模将达到14.6亿美元;如果从脑机接口可影响到的应用领域来看,不论是医疗、教育还是消费,都将带来远超于十几亿美金的巨额市场空间。

由于技术和市场需求的双重推动,人类看到了解读大脑、让自己变得更强壮的梦想有机会成为现实。事实上,目前脑机接口已开始小范围的被应用:在医疗方向,既可以帮助残障人士改善生活,也可挖掘人体潜能;在消费(主要在虚拟现实方向)及教育领域,也被认为有可能提高人类生活质量。

本文将从脑机接口的概念出发,简单介绍其发展历程以及技术实现方式,并为大家梳理了国内外一些代表公司,以及投资人、行业代表对于脑机接口行业发展现状及趋势的看法。

脑机接口(brain-computer interface,BCI),是指在人或动物脑(或者脑细胞的培养物)与外部设备间建立的直接连接通路。人类一方面可以将大脑信号转化为机器可识别的信号,实现对机器的有效控制;另一方面也可以接收来自机器的反馈,从外部实现对大脑的干预。

脑机接口的研究涉及神经科学、认知科学、神经工程、材料科学、人工智能等多个学科。上世纪20年代,脑电波的发现正式开启了脑机接口技术的研究,在这之后,脑机接口技术经历了漫长的发展期,直到20世纪60、70年代,脑机接口技术才开始真正成形,相关研究和机构逐渐起步;到了90年代末21世纪初,脑机接口的发展迎来高潮,相关技术、标准和方向逐渐明朗,而2000年左右脑电波检测等技术的重大进展,又为脑机接口注入了新的动力;之后2005年至今,脑机接口技术步入临床实验阶段,不仅技术和企业数量进一步突破,其应用和热度也开始攀升。2014年巴西世界杯开幕式,一名腰部以下瘫痪的少年,通过由巴西的脑机接口先驱米格尔·尼古莱利斯(Miguel Nicolelis)和他的团队打造出的一副完整的外骨骼,从轮椅上站起来并踢出了世界杯的第一脚球。

技术实现上,脑机接口的实现步骤分为四步:采集信号、信息解码处理、再编码、反馈;在采集信号方面,脑机接口又被划分成三类:侵入式、部分侵入式、非侵入式。

投资风口上的“脑机接口”,离“商业着陆”还有多久?

脑机接口技术实现路径

下面列举了国内外脑机接口赛道中较知名的企业及其发展情况,我们将企业分为医疗和非医疗两大类来看。

国内对于脑机接口的研发也处于初期,并且无论是技术还是市场起步都比国外要晚。目前企业主要集中在医疗领域,非医疗领域的应用场景主要包括教育和家庭两大类。代表性的公司有:医疗类的念通智能、亿脑科技、臻泰智能、博睿康、脑陆科技,非医疗类的曼安智能、脑果、布朗诺科技(36氪曾在《Facebook 十亿美元买脑机接口赛道,国内还有这些公司在做?》一文中梳理了一些国内代表企业,感兴趣的读者可以点击阅读)。

在梳理了国内一些代表公司后我们发现,国内脑机接口市场与国外相比呈现出一个明显差异——在技术实现上,国内普遍采取非侵入式,而国外则是侵入式为主。

目前关于两种技术路径仍存在差异。支持前者的人认为:尽管侵入式脑机接口设备能够获得质量更高且更多的大脑信息,但也极易引发人体的排异反应。即使是像Neuralink一样的头部公司目前也还处在用动物实验的阶段,要实现商业落地还需要很长时间。相比之下,非侵入式设备只需要用电极连接大脑皮层来获取信号,对人体伤害较小。

拥护后者的人则认为:非侵入式设备用电极连接大脑皮层来获取信号,会使得外界干扰信息增多导致信息质量降低。事实上,如何在非侵入式设备上“实现” 侵入式设备的效果也成了一个创业与投资的突破点。

如上文说所,对于脑机接口的技术研究可以追溯到上世纪初期,为什么直到近两年才成为投资热点?一些业内人士认为,技术研究一方面需要时间的积累,另一方面也要看到其商业化的可能性。人类大脑本身就很复杂,即使到现在脑机接口技术还有很多尚未解决的问题,但至少它目前已经明确体现出在医疗领域的价值,比如利用脑机接技术来治疗癫痫、老年痴呆、中风等脑科相关疾病已经有了具体的应用场景,具备临床价值;此外,在非医疗领域,也有一些公司研究出了产品,比如一些帮助人提高注意力或者改善睡眠之类的产品,这也体现了技术走向产业化的可能。但总体来看,由于技术和市场目前都还处在非常早期的阶段,市场规模尚不清晰。

这也意味着,真正拥有竞争力的团队很可能需要具备复合背景。团队应在脑机接口技术方面有至少十年以上的研究积累,在生物医药、工程方面的经验也非常重要,还要具备软硬件结合的能力,这样才能够在基于对人体、技术都了解的情况下开发产品;另外,在市场还处在初期阶段的时候,企业要做好长期战的准备。

当前,国内外的一些玩家主要如下:

国内篇

医疗类

念通智能

公司于2016年12月成立,孵化于上海交通大学机电实验室。公司致力于肢体康复设备的研发生产,主要产品是脑电帽,一款eCon无线脑电采集设备,可以从大脑表皮采集和保存用户的脑电波信号;其他产品还包括eConHand手功能康复设备,主要用于辅助中风患者进行手功能康复训练。2019年6月,公司研发的eConHand外骨骼康复系统进入临床测试阶段,该产品的CFDA注册证申报工作也在进行之中。

亿脑科技

公司成立于2018年10月,隶属于哈工大机器人集团。公司基于哈工大、中科院半导体所和中科院心理所等科学院所的脑机接口技术进行成果转化,其脑健康评估系列产品和解决方案可以实时评估各项大脑心理指标,大脑干预产品和解决方案可针对消费者个性化大脑状态进行智能干预。目前公司产品包括脑控康复医疗设备、脑控机器人等多场景产品。

臻泰智能

公司成立于2018年8月,是一家脑控医疗康复系统研发商,主要提供辅助交互及康复治疗设备,包括辅助行走、康复训练等,面向人群包括渐冻症、脑卒中、脊髓损伤等神经功能障碍患者,主要产品为脑控下肢康复机器人。2019年9月获联想创投天使轮投资。

沈阳新松机器人(上市公司,股票代码300024)

2018年公司在第十七届国际装备装备博览会上发布了新产品脑波控制机器人I型和II型,主要用于心理教育与治疗领域,可用于训练正常儿童以及自闭症、多动症、智力障碍等特殊儿童的专注能力和自我学习能力。目前技术还处在可行性研究阶段,离实际应用还有一段距离。

博睿康

公司成立于2011年,是一家从事脑机接口系统相关设备的研发、生产、销售以及技术服务的企业,主要为神经科学创新研究与临床神经疾病诊断、治疗与康复提供专业、完整的解决方案,其客户主要分布在脑科学研究和临床医疗等领域。 博睿康的核心团队由专注脑机接口领域数十年的清华大学神经工程实验室高科技人才,以及临床神经领域的医疗市场专家组成。科研人员占了全公司人数的一半以上。截至目前,博睿康已累计完成三轮融资,融资总规模超亿元。

脑陆科技

公司成立于2018年,是一家脑科学与及医学大数据服务提供商,利用人工智能和医学大数据等技术,主要从事脑科学基础以及类脑决策/脑电图像等方向的研究,产品包括心血管手术类脑诊疗决策系统、糖尿病视网膜病变检测的深度学习决策模型和基于网络舆情对证券市场的预测系统等。团队来自哈佛大学和麻省理工学院,2019年1月获得智朗创投天使轮投资。

非医疗类

曼安智能

公司成立于2014年3月,是一家脑机接口通讯产品研发商,产品包括脑机接口的智能通讯和控制器产品。公司的产品MindAngel通过接收人体脑电波,将设备内置传感器过滤后的脑波转化为机器设备指标。通过MindAngel对应的APP辅助,用户可以用意念控制轮椅、空调、电视等设备。创始人宋星是新西兰奥克兰大学博士,全球引才计划特聘专家。

布朗诺科技

公司成立于2016年9月,是一家脑机接口可穿戴产品研发商,利用脑波反馈等技术从事脑机接口技术的研发和设计。旗下主要产品包括挂耳式脑波与心率测试设备、舒缓压力的脑波APP等,其脑机接口技术还可应用于智能家庭、教育等领域。公司2017年获得启迪之星天使轮融资。

BeDream

公司成立于2016年3月,是一家智能睡眠监测设备研发商,基于脑机接口技术原理进行信息采集,其智能监测水平达到医疗级监测精度,BCI脑电信号分析算法实时精准展现睡眠状态。可利用深度学习算法为用户定制个性化睡眠改善方案,精准推送催眠指令、特定频率声音。团队CTO毕业于纽约大学生物医学工程博士,在脑机接口领域有超过8年研究经验,其他成员分别来自北京大学心理系和哲学系。

脑果

公司成立于2000年1月,是一家脑机接口设备研发商,其产品可将使用者头脑中的想法直接转化为文字、命令或数据并传输给其他用户或设备,任何人都可与该设备产生共鸣。产品可应用于日常生活、军事、数据分析、物品寻找等领域。核心团队成员来自浙江大学计算机系和西安电子科技大学物理系。

云睿智能

公司成立于2015年,是一家脑电头环研发商。公司研发的UMind是一款前额佩戴的智能脑电穿戴设备,在大脑和外界间建立的直接连接通路,可以用于大脑与外部实现意念交互。其原理主要是通过硬件采集脑电,进行算法分析,将运算结果进行应用或交互。

国外:

医疗类

Neuralink

由科技狂人马斯克成立于2017年,主要研发将人工智能植入人类大脑皮层的脑机接口技术(侵入式),以提高人类的智能化水平。公司研发的芯片,在试验阶段中捕捉生物信号,使得动物能够用大脑控制机器,成功率大约有87%。公司与加州大学戴维斯分校合作用猴子实验,“有一只猴子能用其大脑控制电脑”。于是7月17日,马斯克宣布了他这项“突破性进展”。马斯克表示,他的目标之一是让四肢瘫痪的患者能够实现以每分钟40个单词的速度打字。Neuralink公司正在向美国食品和药物管理局(FDA)提出申请,最早将于2020年开始对人类进行临床试验。2019年5月,Neuralink获得3900万美元融资,这笔融资是公司新一轮5100万美元融资计划中的一部分,

Facebook

就在马斯克宣布其公司的“突破性进展”半个月后,Facebook就公布了其脑机接口的最新研究成果——无创型脑机接口,它是个非侵入式的穿戴设备,在便利性上更胜一筹。“能够准确解码佩戴设备的人听到和说出的词语及对话”。Facebook表示,这项研究有助于有语言障碍的残疾人恢复沟通能力。在回答测试问题的过程中,研究人员通过信号跟踪大脑负责语言和说话的区域,并根据人类发声器官的运动学,将这些信息解码成句子,准确率分别有61%和76%。

Paradromics

位于美国加利福尼亚的硅谷创企Paradromics成立于2015年,致力于让患有如失明、耳聋和瘫痪的患者使通过脑机接口技术与外界重新获得沟通和联系。公司研发了一个名为“神经输入输出总线(NIOB)”的脑机接口研究终端(侵入式)。NIOB内置了50000个模块化微丝(modular microwires),可与多达100万个神经元进行连接和刺激,由此记录高达30Gbps的神经活动。实际上,NIOB还在临床前开发阶段,预计将在2021年或2022年进行人体实验。

公司最新一笔融资是在2019年获得了数百万美元的Pre-A轮融资,投资方包括凯泰资本和美国本土数家专业风险投资机构。

Kernel

公司成立于2000年,由Bryan Johnson(前 Braintree 创始人,后将公司出售给 Paypal 后成立了风投基金)投资1亿美金创立,是一家AI芯片服务提供商,致力于研发神经义肢技术,通过在人脑中植入相关设备(侵入式),解锁人类大脑的潜力,改善人类的认知能力并改善患有退行性疾病的患者记忆,保证用户的大脑进行正常记忆。Kernel表示,在未来,他们的技术将使用AI来模拟、修复和提高人类的认知。此外,公司最近也开始研究非侵入式脑机接口技术。

Cyberkinetics

2001年,John Donoghue与布朗大学的研究组织共同成立Cyberkinetics并合作开发了一种名为BrainGate的大脑植入系统(侵入式),旨在帮助那些失去四肢或其他身体功能失控的患者。这种系统包括一个植入大脑的微电极阵列,其中有多达100个电极,可以感知神经元放电的电磁信号。此外还有一个连接到假肢或存储设备的外部解码设备。

2012年5月,BrainGate研究人员在《自然》(Nature)杂志上发表了一项研究,表明两名几年前因脑干中风而瘫痪的人能够控制机械手臂来抓取物体。

Synchron

公司成立于2016年,总部位于美国加州。该公司主要致力于研发一款可植入设备(侵入式),将这款设备植入脑中之后,可以捕捉大脑的信号,使瘫痪患者能够控制通讯辅助装置、高级假肢和外骨骼等外部装置。其研发的Stentrode技术和设备,可以在脑血管造影手术中安全地通过弯曲的血管,而无需进行开颅手术或直接的脑组织接触。公司曾于2017年获1000万美元A轮融资。

非医疗类

CTRL-Labs

公司成立于2015年,是一家脑机接口控制界面的服务商,主要为AR/VR和机器人研发神经界面。一直以来,CTRL-Labs都计划通过采用一种入侵性较小的方法,来监控用户手腕上的各种神经元信号,并将这些信号转换为数字信号。基于此,CTRL-Labs研发了一个名为“Ctrl-kit”的开发套件,它配备了一个可穿戴肌电图(electromyogram,简称EMG)设备,该设备如同一个智能腕带,其内置了轻量级皮肤传感器,能够通过16个电极来测量并捕捉人们手腕上的神经元信号,随后用AI算法来区分每个神经的单个脉冲,特别是由大脑到手部肌肉的神经脉冲。

2018年,该公司获得由Alphabet和亚马逊等公司投资的2800万美元的A轮融资。2019年2月,该公司再次获得了第二笔2800万美元的融资,由Alphabet领投。2019年9月被Facebook收购后(外媒CNBN表示,这笔交易很有可能达到10亿美元),CTRL-Labs将会被并入Facebook旗下的“现实实验室(Reality Labs)”,该实验室主要从事虚拟现实和虚拟现实应用的相关研发。

InteraXon

2007年创立于加拿大多伦多,是一家VR头显设备开发商,自主研发了Muse Virtual Reality设备,采用EEG技术来捕获用户的脑部活动(非侵入式)。在2010年温哥华冬奥会期间,该公司推出一款头带,前往安大略展馆的参观者带上头带后,用他们的意念就可以控制尼亚加拉瀑布或是其他安大略地标上的灯光闪烁。不久后,该公司推出了脑波控制的玩具车和一款《星球大战》游戏。2014年,该公司推出了第二代头带,配套的智能手机应用可以帮助用户进行冥想。当软件检测到代表着思维涣散的脑电波时,佩戴者的耳中就会收到玻璃破碎声或雷声。这些声音能够促使佩戴者专注于自己的呼吸。

BrainCO

公司由华人韩璧丞于2015年成立,总部位于波士顿,整个项目诞生于哈佛大学创新实验室的孵化器,重点在研究脑机接口底层技术。公司产品从教育领域切入,产品为赋思(Focus)头环(非侵入式),通过实时检测学生的专注力、进行神经反馈训练等,提升学生的学习效率;另一类一类产品则是以慈善目的为主的智能义肢,面向医疗领域。目前,BrainCo已完成了A轮融资,估值4亿美金,投资方包括中国电子、光大控股、德迅资本、鼎晖投资等机构。

不论是国内还是国外,目前对于脑机接口的探索大多还在临床试验期,并且不论是产品还是相关研究都需经历两个阶段的挑战:

  • 第一个是“从脑到机”,也就是将大脑的输出准确地传输到机器中,目前业内已经有了一些研究成果及相关产品出现。

  • 第二个是“从机到脑”,这方面的研究要缓慢许多,原因就是目前神经科学对于神经编码的具体方式还处于未知状态,而由机到脑对神经编码知识的需求要远大于从脑到机。尽管神经科学在单神经元的研究逐渐明朗,但人类本身对于大脑各种神奇之处的探索能力依然有限。

参考链接:

《脑机接口风头正盛,「博睿康」在科研、医疗等严肃场景实现落地》

《研发便捷的导电材料,「BrainCo」的脑机接口设备实现量产》

《体验5分钟小编脑花散了,这家公司用意念炸出爆米花》

《Facebook十亿美元买下脑机接口创企,将打造魔法腕带》

《36氪首发 | 将脑机接口技术应用于医疗康复,「臻泰智能」获联想创投数百万元天使轮融资》

《如何理解马斯克的“脑机接口”计划?》

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