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腦機接口“中美爭霸”

2009年,瑞士神經(jīng)科學家亨利·馬克拉姆大膽提出,只要十年時間,他就可以用計算機模擬出一個功能細節(jié)完備的人類大腦。

2013年,歐盟大手筆揮給他13億歐元,并將這一“人類腦計劃”(HBP)項目立為“未來新興技術(shù)旗艦項目”,該項目也成為全球最重要的腦計劃項目之一。彼時的腦機接口被美國、澳洲、日本、韓國等各國以“國家級資源”押注。

然而,歐盟已經(jīng)在去年正式停止了對“人腦計劃”的下一個十年的資金支持;日本、韓國近三年均未有突破性進展。

而在太平洋兩岸的中美實驗室里,腦機接口臨床試驗則正如火如荼進行。2023年以來,全球腦機接口研發(fā)進度集中度直接指向中美兩國,中美在專利數(shù)量、企業(yè)規(guī)模和融資規(guī)模上領先全球,形成第一梯隊。

2025年被業(yè)內(nèi)視為中國腦機接口技術(shù)正式步入臨床的關(guān)鍵年:中國科學院成功開展中國首例侵入式腦機接口臨床試驗,成為全球第二個進入該領域的國家。這或許意味著,在新一輪的競賽中,只剩中美對抗了。

/ 01 /腦科學的理想與現(xiàn)實

馬克拉姆發(fā)起模擬人類大腦的計劃并不是偶然,早在2005年他就已經(jīng)開始了著名的“藍腦計劃”(BBP),該計劃的目標是對嚙齒類動物大腦建立精確的、生物學上詳細的數(shù)字重建和模擬,也就是從老鼠開始建模,但最終目標是人類大腦。

從“藍腦計劃”到“人類腦計劃”是一個巨大的跨越。根據(jù)HBP在2013年遞交給歐盟的項目計劃書,歐盟人類腦計劃的實現(xiàn)分三個階段:第一階段是最先兩年半的“爬坡階段“,是建立起一個ICT(信息通信技術(shù))平臺的初步版本,并且用一些經(jīng)過戰(zhàn)略選擇的數(shù)據(jù)植入這個平臺,目的是為項目內(nèi)或項目外的研究人員使用該平臺做準備;

第二階段是此后四年到四年半的“運營階段”,是加強對該平臺的使用從而產(chǎn)生更多的戰(zhàn)略數(shù)據(jù)并加入更多的能力,同時展現(xiàn)出平臺對基礎神經(jīng)科學研究、藥物研發(fā)應用和未來計算技術(shù)的價值;

第三階段是最后三年的“持續(xù)性階段”,能夠確保該項目資金上自主可持續(xù),并成為歐洲科學和行業(yè)的永久資產(chǎn)。

然而項目剛推出時,就遭到學界的強烈爭議與質(zhì)疑。

反對的科學家表示,這是一個需要整個歐洲進行協(xié)作的項目,就像人類基因組計劃一樣,資金不應該給到一個科學家。甚至有科學家認為這個項目純屬浪費錢,沒有實際意義,因為“建模”不是解決問題的途徑,“建模”就是問題本身,沒有試圖解決某個特定的研究問題。

十年間,HBP耗資6.07億歐元,匯聚500多名科學家,最終收獲的卻是“支離破碎”的成果。雖然科學家們創(chuàng)建了至少200個腦區(qū)的詳細三維地圖,開發(fā)了用于治療失明的腦植入體,但這些成果難以拼湊起“在計算機內(nèi)重建大腦”的宏偉目標。

正如HBP項目成員、認知科學家、法國國家科學研究中心研究主任Yves Frgnac所說,該項目未能提供對大腦的全面或原創(chuàng)性理解,“我看到的不是大腦,而是大腦的一些部分。”也就是“能看到非常精巧的應用,但看不到多維度整合,也看不到大問題解決”。

于是,HBP項目銷聲匿跡,歐盟未來也將不再向單個科研項目進行如此大規(guī)模的資助。與此同時,日本和韓國的腦科學項目似乎同樣陷入停滯。

日本2014年啟動的“腦圖譜計劃”雖繪制出狨猴大腦3D圖譜,但在人類大腦研究上進展緩慢。韓國2016年發(fā)布的《腦科學發(fā)展戰(zhàn)略》聚焦人機交互技術(shù)研發(fā),但至今未有突破性臨床應用。

只能說,腦科學的理想很豐滿,現(xiàn)實真得很骨感。

/ 02 /中美競速

曾幾何時,全球各國都想搶占全球腦科學競爭戰(zhàn)略高地。

美國是最早提出腦科學計劃及其行業(yè)發(fā)展規(guī)劃的國家,也是政府資金投入最多,技術(shù)發(fā)展水平最高的國家。而歐盟HBP計劃出臺的一大背景,就是歐盟擔心計算機、數(shù)字服務和其他技術(shù)進一步落后于美國,才設立了設立了“未來新興技術(shù)旗艦項目”。

客觀來說,無論從研發(fā)實力、資金投入、注冊進度等各方面因素來看,美國頭部腦機接口公司已經(jīng)形成較強行業(yè)競爭壁壘。包括Neuralink、Synchron、Precision Neuroscience 等公司的突破研究領先全球,F(xiàn)DA 拿證數(shù)量和進度最為領先,Open AI和Meta也跨賽道進軍腦機接口產(chǎn)業(yè),因此美國頭部腦機接口公司的實力和最新研究進展,代表著行業(yè)最頂尖水平。

差距意味著進步空間。中國已經(jīng)與歐盟形成了一個反差。

中國起步晚,但在政策支持下加速追趕。“十三五”以來腦機接口支持政策頻出,尤其近兩年,工信部等七部委明確腦機接口長期發(fā)展路徑,提出時間節(jié)點和階段性目標。

今年7月,工信部等七部門發(fā)布《關(guān)于推動腦機接口產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》,提出總體目標、重點任務、重點工程和保障措施,形成了明確的產(chǎn)業(yè)長期發(fā)展路徑和兩個階段性目標。年初,北京、上海市科委均出臺了代表性的地方政策,加速腦機接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

盡管這無法改變科學規(guī)律,但是政策能夠帶動產(chǎn)業(yè)繁榮、資本流動,無疑會加速技術(shù)的發(fā)展。政策鼓勵下,中國各大高?蒲袌F隊下場創(chuàng)業(yè),包括清華大學、天津大學、復旦大學、浙江大學、上海交通大學、華東理工大學、北京腦科學及類腦研究所、中科院神經(jīng)科學研究所等,攻堅腦科學與類腦研究底層技術(shù)。

截至2025年9月,國內(nèi)至少誕生了不少于30家腦機接口代表性公司,其中約5-10家代表性企業(yè)位列全球第一梯隊。包括芯智達、腦虎科技、強腦科技、階梯醫(yī)療等企業(yè)持續(xù)突破,陸續(xù)開展中國首例人體植入和功能實現(xiàn)。

由此,2025年也被業(yè)內(nèi)視為,中國腦機接口技術(shù)正式步入臨床的關(guān)鍵年。

事實上,2023年以來,全球腦機接口研發(fā)進度集中度直接指向中美兩國,中美在專利數(shù)量、企業(yè)規(guī)模和融資規(guī)模上領先全球,形成第一梯隊。如下圖所示,早在2022年,中美在該領域的論文數(shù)量已經(jīng)斷層領先其他國家。

圖片

換句話說,在這條賽道上,能夠跟上美國腳步的只有中國,又形成了新的中美競速。

/ 03 /還有漫長的路要走

或許沒人會懷疑,隨著技術(shù)的成熟,常常出現(xiàn)在科幻作品里常見的腦機接口場景,將會成為現(xiàn)實。

然而,難也就難在技術(shù)成熟,盡管已經(jīng)取得了不少科學突破。“讓盲人看得見,讓癱瘓的人動起來,讓聾人重新聽見”已經(jīng)是一句流傳了25年的老話了。

目前的問題卻是,恢復感官輸入(如視覺)涉及大腦中的電刺激,與僅記錄單細胞神經(jīng)活動相比是完全不同的。目前,尚沒有任何證據(jù)表明目前的神經(jīng)植入物裝置可以以任何方式創(chuàng)建感官系統(tǒng)。

換句話說,腦機接口技術(shù)作為一門新興的研究領域,發(fā)展仍在早期,涉及計算機科學、神經(jīng)科學、心理認知科學、生物醫(yī)學工程、數(shù)學、信號處理、臨床醫(yī)學、自動控制等多個領域,仍有大量的問題尚待解決,還需要大量的科研投入和產(chǎn)出,還有很漫長的路要走。

比如,如何處理數(shù)量龐大且復雜的神經(jīng)元。

腦機接口可以有很多不同的種類,用于提供多種功能。但所有研究腦機接口的科學家都在努力解決這兩個問題:如何從大腦中輸出正確的信息?如何將正確的信息輸入到大腦?

輸入及輸出信息是大腦神經(jīng)元的工作。腦機接口要做的就是介入到這個過程當中。這聽起來并不難。但是,整個大腦皮質(zhì)的體積大約為50萬立方毫米,在這個空間里大約有200億個神經(jīng)元細胞體。每立方毫米的皮質(zhì)平均含有約4萬個神經(jīng)元。但神經(jīng)元細胞體只是神經(jīng)元的一小部分結(jié)構(gòu)。

除此之外,大腦中還有與神經(jīng)元數(shù)量差不多的膠質(zhì)細胞,以及血管。每立方毫米的皮質(zhì)里面的毛細血管加起來的總長度可以達到一米。

而腦機接口的技術(shù)工程師如果要做到對于大腦信號進行極為精準的捕捉或反饋,就需要在這一立方毫米區(qū)域里面捕捉特定的一些神經(jīng)元細胞體發(fā)出的信號,或刺激某些特定的細胞體發(fā)出工程師需要的信號。難度之高可見一斑。

對比非侵入式,侵入式腦機接口可以更好地接收神經(jīng)元信號,但需要電纜來傳輸大量數(shù)據(jù)。

此外,工程上更大的難度還包括成本控制,能否通過合理的流程和工藝來降低成本實現(xiàn)商業(yè)化。

再比如,關(guān)于腦機接口的摩爾定律。

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,以目前腦機接口技術(shù)以平均7.4年才能使可同時記錄的神經(jīng)元數(shù)量翻倍的速度計算,要達到同時記錄100萬個神經(jīng)元需要等到2100年,而要記錄人腦中的所有神經(jīng)元,則要等到2225年。

因此,腦機接口如何解決帶寬問題成為了學術(shù)研究、產(chǎn)業(yè)突破的關(guān)鍵點。

除此之外,如何提高信號識別的精度、如何改善信號處理方法使之系統(tǒng)化、通用化也是需要解決的問題。

當然,任何一項技術(shù)從最開始發(fā)明到終端應用,需要走很長很長的路,不止是技術(shù)的問題,還有人文倫理哲學的參與。尤其是涉及到人腦這樣一個十分復雜又精密的黑匣子。這需要更多政策、資金的扶持,產(chǎn)業(yè)、市場的耐心和信心。

       原文標題 : 腦機接口“中美爭霸”

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