脑机接口技术的基本原理是通过解码大脑信号， 实现人脑与机器之间的信息交换。近年来，随着技术的不断进步，脑机接口产业正在快速发展，市场规模也在不断扩大。

根据华安证券的报告， 2023年全球脑机接口市场规模达到19.8亿美元，预计到2028年将突破60亿美元，五年复合年增长率为25.22%。这一快速增长的市场吸引了众多科技巨头的关注和投入。

作为该领域的先行者之一， 马斯克的Neuralink公司已经在改善瘫痪患者生活质量方面取得了初步成功。

其“心灵感应”产品让用户能够通过意念直接控制手机和计算机，展现了脑机接口技术在医疗、娱乐等领域的巨大潜力。

不仅如此，Meta创始人的研发团队也在积极探索脑机接口技术的应用， 致力于通过脑机技术简化用户与设备的交互，甚至实现将大脑信号转换为文字，开启了大脑沟通的全新时代。

自 快科技

加州大学戴维斯分校医疗中心开发的新型脑机接口（BCI）能将大脑信号转化为语音，准确率高达 97%，是同类系统中最准确的。研究人员在一名因肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）而导致语言能力严重受损的男子的大脑中植入了传感器。这名男子在启动该系统后几分钟内就能传达自己想要说的话。

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Casey Harrell 首次尝试使用 BCI 系统

今天（8 月 14 日），《新英格兰医学杂志》上发表了一项关于这项工作的研究。

凯西-哈雷尔（Casey Harrell）与他的私人助理艾玛-阿拉莫（Emma Alaimo）和加州大学戴维斯分校神经科学家谢尔盖-斯塔维斯基（Sergey Stavisky）。图片来源：加州大学摄政委员会

了解 ALS 及其对语言的影响

渐冻人症又称卢伽雷氏病，会影响控制全身运动的神经细胞。这种疾病会导致患者逐渐丧失站立、行走和使用双手的能力。它还会导致患者失去对用于说话的肌肉的控制，从而失去可理解的语言能力。

这项新技术的开发是为了让那些因瘫痪或神经系统疾病（如渐冻人症）而无法说话的人恢复交流。它可以在用户尝试说话时解读大脑信号，并将其转化为文字，由计算机大声”说出”。

加州大学戴维斯分校神经外科医生大卫-布兰德曼（David Brandman）说：”我们的BCI技术帮助一名瘫痪患者与朋友、家人和护理人员进行了交流。我们的论文展示了有史以来最精确的语音神经假体（设备）”。

布兰德曼是这项研究的共同首席研究员和共同第一作者。他是加州大学戴维斯分校神经外科系助理教授，也是加州大学戴维斯分校神经义肢实验室的联合主任。

博士后学者、该研究的主要作者尼古拉斯-卡正在准备 BCI 系统。资料来源：加州大学管理委员会

BCI 设备如何工作

当有人试图说话时，新型 BCI 设备会将其大脑活动转化为计算机屏幕上的文字。然后，计算机就可以大声朗读这些文字。

为了开发该系统，研究小组让患有渐冻人症的 45 岁男子凯西-哈雷尔参加了 BrainGate 临床试验。入组时，哈雷尔手脚无力（四肢瘫痪）。他的语言非常难懂（构音障碍） ，需要别人帮他翻译。

2023 年 7 月，布兰德曼植入了研究性 BCI 设备。他将四个微电极阵列植入左侧前脑回，这是一个负责协调语言的大脑区域。这些阵列旨在记录来自 256 个皮层电极的大脑活动。

神经外科系的助理教授谢尔盖-斯塔维斯基解释说：”我们实际上是在检测它们试图活动肌肉和说话的情况。”他是加州大学戴维斯分校神经义肢实验室的联合主任，也是这项研究的联合首席研究员。”我们正在记录大脑试图向肌肉发送这些指令的部分。我们基本上是在监听，然后将这些大脑活动模式转化为音素–就像音节或语言单位–然后再转化为他们想说的话。”

加州大学戴维斯分校神经义肢实验室联合主任神经外科医生大卫-布兰德曼和神经科学家谢尔盖-斯塔维斯基

更快的培训，更好的效果

尽管最近生物识别（BCI）技术不断进步，但实现交流的工作进展缓慢，而且容易出错。这是因为解释大脑信号的机器学习程序需要大量时间和数据才能完成。

“以前的语音 BCI 系统经常出现单词错误。这使得用户难以被持续理解，成为沟通的障碍，”布兰德曼解释道。”我们的目标是开发一种系统，让人们在想说话的时候都能被理解”。

哈雷尔在提示和自发对话环境中都使用了该系统。在这两种情况下，语音解码都是实时进行的，并通过持续的系统更新来保持准确工作。

解码后的文字显示在屏幕上。令人惊奇的是，这些单词是用哈雷尔患 ALS 之前的声音朗读出来的。这个声音是用哈雷尔患渐冻人症前的声音样本通过训练软件合成的。

在第一次语音数据训练中，该系统用了 30 分钟就达到了 99.6% 的单词准确率，词汇量为 50 个。

“我们第一次试用该系统时，他高兴得哭了，因为屏幕上出现了他想说的正确单词。我们都哭了，”斯塔维斯基说。

在第二次训练中，潜在词汇量增加到了 125000 个单词。只需增加 1.4 小时的训练数据，BCI 就能在词汇量大幅增加的情况下达到 90.2% 的单词准确率。在继续收集数据后，BCI 的准确率保持在 97.5%。

对 ALS 患者交流的变革性影响

布兰德曼说：”目前，我们可以在大约 97% 的情况下正确解码凯西想要说的话，这比许多试图解读人的声音的市售智能手机应用软件都要好。这项技术具有变革性，因为它为那些想说话却说不出话的人带来了希望。我希望像这种语音 BCI 这样的技术能够帮助未来的病人与他们的家人和朋友交谈。”

该研究报告了 32 周内的 84 次数据收集过程。哈雷尔在自定进度的对话中总共使用语音 BCI 进行了超过 248 个小时的面对面交流和视频聊天。

通过交流恢复尊严

“无法沟通是一件非常令人沮丧和打击士气的事情。就好像你被困住了一样，”哈雷尔说。”像这样的技术将帮助人们重返生活和社会”。

这项研究的主要作者尼古拉斯-卡德说：”看到凯西通过这项技术恢复了与家人和朋友交谈的能力，我们感到无比欣慰。卡德是加州大学戴维斯分校神经外科系的博士后学者。”

“凯西和其他 BrainGate 参与者确实非同凡响。他们参加这些早期临床试验值得我们给予高度赞扬。他们这样做并不是希望获得任何个人利益，而是为了帮助我们开发一种系统，让其他瘫痪患者恢复交流和行动能力，”BrainGate 试验发起人兼研究员 Leigh Hochberg 说。

编译自/ScitechDaily

“脑机接口”的概念在近几年可是风靡全球，关于脑机接口的应用和未来进展促使了医 学、计算机、材料多学科合作的发展。对于很多瘫痪的病人，脑机接口可以通过利用皮层运动信号绕过受损的肢体并直接控制计算机，借助外界机械来恢复运动能力。

可是，当前大部分的脑机接口技术都是基于开颅手术进行的。即便是埃隆马斯克那所大名鼎鼎的 Neurolink 公司，也是通过开颅手术来植入脑机接口芯片的。有治疗需求的患者很难克服对开颅的心理恐惧。但随着近几年血管介入手术的发展，脑机接口技术和微创介入的结合成为了可能。当两者强强联合时，能否碰撞出别样的火花，减轻患者的痛苦呢？

近日，JAMA Neurology 上发表了一项研究，首次成功借助一种微创血管内治疗技术，将记录电极植入瘫痪患者的大脑运动皮层处，研究成果令人耳目一新，似乎为脑机接口的应用方向点亮了曙光。 

研究结果表明，通过血管介入的方式放置传输神经信号的装置是有效且相对安全的，脑机接口可以准确识别运动皮层发出的动作指令，并协助患者完成日常生活事务。这一创新的手术方式为微创脑机接口技术提供了未来研究基础。

这项研究一共纳入了 4 例严重双侧上肢瘫痪患者，其中3名患者诊断为肌萎缩性侧索硬化症，1名患者诊断为原发性脊髓侧索硬化症。在术前，通过磁共振成像（MRI）评估颅内静脉窦的完整性。研究者选择颈静脉为入路，通过导管将一个 16 电极传感装置植入上矢 状窦，附近的中央前回（运动皮层）产生信号，经血管导线会将运动信号传输到锁骨下处植 入的接收-发射单元，从而与外部设备（计算机）进行无线通信。通过对信号进行解码来反 映脑机接口采集运动信号的准确性（图 1）。

《新兴技术成熟度曲线报告》是持续时间最长的技术成熟度曲线年度报告，旨在为商业战略家、首席创新官、研发领导人、创业者、全球市场开发者以及新兴技术团队提供在开发新兴技术产品时应加以考虑的技术与趋势的跨行业视角。

Gartner副总裁兼杰出分析师Betsy Burton表示：“《新兴技术成熟度曲线报告》是Gartner对技术成熟度曲线的最全面汇总，展现了因引起市场极大兴趣而成为关注焦点的新技术，以及Gartner认为具有重大影响潜力的技术。今年，我们鼓励各首席信息官及其他IT领导者抽出时间与精力去关注创新，而非仅仅推动业务增量增长，同时他们还应掌握行业之外的发展情况，以获得一些启发。”

《2015年度新兴技术成熟度曲线报告》（参见图1）的重要变化包括自动驾驶汽车在曲线上位置的变动，从峰前位置转到了峰点。虽然自动驾驶汽车尚处于萌芽阶段，但该位置变化表明它已向前推进了一大步，各大汽车公司均将自动驾驶汽车列入了近期发展路线图。同样，互联家庭解决方案的发展态势也有所提升（从触发后期位置升至峰前位置），并推出了由新技术提供商及现有制造商所支持的整套全新解决方案与平台。

图1 2015年新兴技术成熟度曲线

资料来源：Gartner（2015年8月）

Burton女士表示：“随着各企业持续推进数字化业务，确定适合的技术并在正确的时间部署技术将变得至关重要。正如我们在Gartner数字化业务路线图中所示，各企业目前可以确定6个具有未来发展潜力的渐进式商务时代模型。然而，由于新兴技术成熟度曲线更多地关注新兴技术，它对于后三个阶段，即数字化营销、数字化业务与技术自主的作用更大。”

数字化营销（第4阶段）：数字化营销阶段以“力量结合（Nexus of Forces）”（移动、社交、云和信息）的出现为特点。在该阶段，企业利用多种新型且更复杂的方式接近客户，它们乐于参与营销宣传以获得更大的社会联系或产品与服务价值。寻求进入该阶段的企业应考虑技术成熟度曲线中的下列技术：手势控制、混合云计算、物联网（IoT）、机器学习、可判断人类意图的技术（People-Literate Technology）和语音互译。

数字化业务（第5阶段）：数字化业务是“力量结合”后期的首个阶段，关注的焦点转移到了人、业务与事物的融合。物联网以及现实与虚拟世界之间的界限模糊化是该阶段的突出理念。实物资产变得数字化，并与已经数字化的实体一样在业值链中发挥重要作用，例如系统与应用。寻求超越“力量连结”技术阶段进而成为数字化业务的公司应关注下列技术：用于生命科学研发的3D生物打印、用于器官移植的3D生物打印系统、人类机能增进、情感计算、增强现实、生物声学感应、生物芯片、脑机接口、公民数据科学、互联家庭、加密货币、加密货币交换、数字化办公（Digital Dexterity）、数字安防、企业3D打印、智能机器人、智能顾问、手势控制、物联网、物联网平台、机器学习、微数据中心、自然语言问答、神经商业（Neurobusiness）、可判断人类意图的技术、量子计算、软件定义安全、语音互译、虚拟现实、立体与全息显示、可穿戴技术。

技术自主（第6阶段）：技术自主是“力量连结”后期的最终阶段。在该阶段，企业将能够充分利用类人或替代人类的技术。使用自动驾驶汽车运载人员或产品，以及使用认知系统为电子邮件回复提供潜在的结构建议、书写文本或答复客户问题均是自主阶段的具体示例。寻求达到该阶段以获得竞争优势的企业应考虑下列有关技术成熟度曲线的技术：自动驾驶汽车、生物声学感应、生物芯片、脑机接口、数字敏捷、人类机能增进、机器学习、神经商业、理解人类意图的技术、量子计算、智能顾问、智能微尘、智能机器人、虚拟个人助理、虚拟现实、立体与全息显示。

Burton女士认为：“虽然我们将技术成熟度曲线上的每项技术都归于各自的数字化业务阶段，但企业不应局限于这些技术分类。许多早期采用者已经部署了相当先进的技术，例如，自动驾驶汽车或者智能顾问，同时他们也将继续改进与力量连结相关的领域，例如移动应用。”