脑机接口的投资地图

2021年8月,马斯克创立的脑机接口公司 Neuralink 完成 C 轮融资,筹集资金 2.05 亿美元(约合13亿元人民币),被认为是该领域迄今为止规模最大的融资。

“科技狂人”的布局,似乎每次都踩在时代的前面,从移动支付Paypal、新能源汽车特斯拉、航天公司SpaceX,而这次是脑机接口。

众多人的目光再次投向这个看似前沿、甚至有些科幻的领域,实际上,这里的商业世界早已开启。

PitchBook 的数据显示,2021 年迄今脑机接口领域的总融资额已经是去年全年 9700 万美元的三倍。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。市场研究机构Valuates Reports预计,全球脑机接口市场规模2027年有望达到38.5亿美元。

让失语者重新“开口说话”,失聪者再次听到声音,四肢瘫痪者可以自由活动…脑机接口技术真的有这么神奇吗?

让失语者用脑电波说话,不再是科幻

在科幻电影《黑客帝国》中,这台可以进入虚拟世界的设备可是给观众留下了非常深刻的印象,通过大脑与设备进行连接,它就可以让人在现实与虚拟中穿梭。

可别以为这种“黑科技”只存在于电影里,在真实生活中类似的科技已经存在,只不过目前它还不能实现电影里那么强大的功能。

《新英格兰医学杂志》(New England Journal of Medicine,NEJM)最近刊文称,一位中风男子成功利用神经义肢与脑机结合的方式,成功将脑电波转化为完整句子。

大约15年前,当时只有20多岁的患者因为大动脉破裂而中风,更为不幸的是,这条大动脉恰巧为大脑供血。自此之后,这名男子无法控制四肢,也丧失了语言功能,因为他无法控制任何与说话有关的肌肉。

不过好在他的头部还是可以活动的,在电子设备的帮助下,该男子通过头部动作控制键盘,每分钟可以拼出5个单词。

现在,研究人员为他进行了更高级的设备升级:通过将电极植入这名中风者大脑,用以接收信息,然后将接收到的信息翻译成单词,在屏幕上显示,让失语的中风患者重新开口“讲话”。也就是说,这名男子不再需要移动头部,只需要想一想自己要表达的内容,计算机就能将脑波变成单词句子。

这种技术正式名为“脑机接口”(brain-computer interface,BCI),简言之,BCI就是利用设备将脑电波翻译为“意图”或者可以执行的输出结果。

BCI设备可以分为两种,一种是非侵入式的,用户只需要戴在头上就行;另一种是侵入式,需要通过手术植入电极,用于辅助捕捉脑波信号。

第一台脑机接口设备诞生于1973年,制作者是加州大学洛杉矶分校的比达尔教授。当时,研究人员通过意念操纵屏幕上的光标走完了一个迷宫,虽然只是一个看似简单的操作,但想想看,这可是1970年代,相信这样的演示即便放到今天也足够科幻与震撼。

不同于今天相对更主流的侵入式脑机接口,当年的实验采用的是基于脑电波的非侵入式脑机接口。可谁都没想到,这样一个简单的实验,却正式开启了脑机接口技术时代的到来。

从上世纪七八十年代在动物身上的实验,到九十年代中后期的人体实验,再到今天更为深入与广泛的研究,脑机接口设备从只能够识别并提取微弱脑信号的简单功能,发展到可以让实验者直接驱动机械手臂完成帮助操作的“黑科技”;如今,脑机接口甚至可以让失语者重新“讲话”。

那么,这样的功能是如何实现的呢?前文中那个利用脑机接口,让失语者重新“讲话”的实验团队在官方视频里,用一张示意图进行了介绍:

首先,通过将电极阵列放在接受脑部手术的病人头颅内——此处需要注意,该实验的前提是,病人大脑中语言功能的部分要能够正常工作。

之后,借助一套专门设计的循环神经网络(RNN),将记录到的皮质神经信号转化为声道咬合关节运动,然后将这些解码的运动转化为口语句子。或许有些不好理解,你可以自己这样尝试:先在脑海里想一句话,然后不张嘴,想象说出这句话的时候需要用什么样的口型、舌头会怎么运动——这样的想象产生的脑波信号会被电极记录,并通过AI建立模型,而这个模型在之前已经多次训练,学习了人在讲话调动面部肌肉时,脑部会产生什么样的信号。

最后,再经过一套模型的合成,病人想要表达的文字就出现在了屏幕上。

相比过去一个字母一个字母去拼写,这种新方式等于直接预测了病人想要说出的每个单词,速度更快并且也不需要借助键盘,实验团队的研究员Edward Chang表示:该系统每分钟最多解码18个单词,准确率中位数为75%,有时甚至会超过90%。

不难看出,脑机接口的实用性在不断加强,这一方面有助于医疗救助,帮助中风、渐冻症、甚至意外事故的伤害;另一方面,也证明了脑机接口技术和AI技术的融合在不断加强。过去,患者只能借助设备拼出字母,但如今可以直接表达单词甚至句子,从各种意义上来说,这都是一次不小的突破。

既然有了一定的实用性,那么是否也就意味着脑机接口在当下或未来有了一定的业前景?那么,就目前来看,脑机接口是一门好生意吗?

从人工耳蜗开始,脑机接口向商业化探索

回看历史,早在1970年代,洛杉矶加州大学脑研究院就开始研究BCI技术。在随后的几十年里,研究人员一直用动物做研究,为BCI技术打基础。直到1990年代中期,研究人员才用人类测试BCI设备。

由于脑机接口技术难度大,多数产品仍处于试验阶段,已取得的成果也大都存在于实验环境下,因此,在脑机接口的发展历程中,研发人员们优先考虑的还是它的医疗与学术价值,尤其是医生们希望能用它能解决脑损伤问题。

比如在中国,已经有医疗团队将脑机接口技术应用在了临床上。2020年,浙大二院张建民团队通过对一位高位截瘫志愿者脑内植入 Utah 阵列电极,从而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重要功能运动。

虽然大部分研究与产品还停留在实验阶段,但目前在脑机接口领域,还是诞生了一项不论是技术或是商业化,都比较成熟的产品:人工耳蜗。

如果要追溯人工耳蜗的历史,可以最早追溯到18世纪,意大利物理学家Volta在一次实验中发现了电刺激听觉系统产生声音感觉的现象;到了20世纪,一次外科手术中,医生通过将电线与失聪患者的神经连通,使患者在电刺激下成功听到了微弱的声音。

直到1969年,美国医生William House与Jack Urban协力开发出了第一款可穿戴式的人工耳蜗,不过,这款人工耳蜗仅有一个电极,只能辅助患者读唇语;二十世纪七十年代,位于澳大利亚墨尔本的学者Graeme Clark教授研以及奥地利维也纳大学的Erwin Hochmair教授分别研发出了可在电刺激耳蜗的多个部位的设备;1977年,世界上第一台多通道人工耳蜗在奥地利维也纳进行了植入。

随着技术的不断成熟,与社会对于人工耳蜗接受度的提升,这一产品也在发展中成功实现了商业化。

目前,在全球人工耳蜗市场上,有三大人工耳蜗设备制造厂商共占据全球人工耳蜗市场超过90%的份额,分别为澳大利亚的科利耳(55%)、美国的Advanced Bionics(20%)和奥地利的MED-EL(20%)。

其中,总部位于澳大利亚悉尼的科利耳是成立最早(1982年),也是市场份额最大的人工耳蜗设备生产企业。

据了解,科利耳的全球雇员超过3500人,每年投入超过总收入的12%(超过1.6亿澳元)的资金用于产品研发。目前,科利耳为全球听力市场提供了超过55万种植入式设备,帮助来自100多个国家超过45万名各年龄段听障人士重获听力。

值得一提的是,科利耳公司的核心产品Nucleus系统,最早采用的正是前文中提到的Graeme Clark教授开发的技术。

凭借技术上的优势,科利耳率先完成商业化,并且在之后的发展中投资、收购了人工耳蜗产业链上的其他公司。比如,科利耳曾收购植入物研发企业Entific Medical Systems、Otologics LLC,又投资了专业生产助听器的医疗器械公司EarLens;甚至在2017年,科利耳还投资了人工智能公司Otoconsult,后者提供的技术有望使耳蜗植入物更快、更一致地安装,从而为患者提供最佳的听力结果。

从科利耳的案例中不难看出,脑机接口若要实现商业化,有这样几个要素是必需的:

(1)成熟的核心技术

从技术上来说,人工耳蜗的成功说明了,其他脑机接口产品如果想开拓同样大的市场,至少要研发出一项或几项足够成熟的技术。至于这个“成熟”的标志,或许人工耳蜗的成功案例可以作为参考,即:至少要让接受植入者达到恢复生活自理能力的水平。

如果以这个标准来衡量,脑机接口目前还有很长的路要走,毕竟目前已经曝光的脑机接口产品,能够帮助患者实现的还只是一些简单的操作,比如抓取物体、脑波打字等等,有一定的实用性,但暂时无法大规模使用。

此外,人工耳蜗对于可以接受植入的患者也已经形成了一套筛选标准,对手术可能造成的风险也已经足够清晰,这一点在其他脑机接口产品中尚不具备。

(2)成熟的产业链

人工耳蜗包含了体外与体内两套设备,体外部分包括麦克风、语音处理器、信号发射器;体内部分包括信号接收及解码模块、刺激电极阵列。在这些设备中,植入材料、电极材料、技术组合等都需要相应的公司来参与生产,发展至今产业链条已相对成熟。

而其他脑机接口产品目前多处在实验阶段,参与研发与设备生产的产业链尚不清晰,且由于技术限制无法对设备进行大规模生产,想要商业化似乎暂时无法实现。

(3)成熟的社会接受度

人工耳蜗从正式诞生到被社会大众接受,至少经过了二十年的时间,期间还发生过有一定规模的抗议活动。脑机接口如果想得到发展,伦理这一关似乎也是不得不过的,好在有耳机接口的先例作为铺垫,后续其他脑机产品在大众当中的信任度,或许可以更高些。

不过,正因为目前脑机接口市场没有太高的成熟度,也就吸引了一批科研机构以外的企业参与其中开拓市场,在资本的簇拥下,或许用不了多久,脑机接口技术也能从学术走向消费市场。

企业纷纷入局,脑机接口的未来何时来?

除了前文提到的Neuralink,Facebook旗下Reality Labs实验室也曾做过类似研究。该实验室的基本设想就是开发一款头戴式设备,让设备读取“意识”,将意识变成文字,每分钟可以转化100个单词。

有观点认为,Facebook不使用侵入式设备,可能是想将BCI设备与AR/VR结合在一起使用。

7月30日,Facebook一直资助的加州大学旧金山分校(UCSF)的脑机接口技术研究团队,首次证明可以从大脑活动中提取人类说出某个词汇的深层含义,并将提取内容迅速转换成文本。

值得关注的是,就在Facebook实现几乎实时的言语意念文本键入的同时,它也宣布将放弃头戴式脑机接口研究,专注基于手腕的可穿戴设备,并表示这款设备“将在短期内进入市场”。这再度引发了业界对脑机接口能否实现商业化的热议。

另一家美国BrainGate也在脑机接口领域崭露头角。该公司声称,当用户想像自己拿着笔和纸正在书写时,BrainGate设备就会读取其“意识”,进而将意识转化为文字。BrainGate声称自己的设备在转化速度上是其它BCI设备的两倍,并且明年就会让设备正式上市。

在中国,阿里巴巴、腾讯、科大讯飞等企业也在布局脑机接口。

2020年8月,阿里在淘宝造物节上公布了一项专利,名叫“淘宝意念购”,正式进军脑机接口领域。据了解,该项目是淘宝和清华大学孵化的一个专门做脑机接口的公司 NeuraMatrix 合作的,共同目的是探索脑机接口技术的软件落地。甚至,阿里巴巴还专门开发了用于“意念购”的芯片。

不同于大部分脑机接口公司将发展目标定位在医疗方向,淘宝“意念购”专注于线上购物场景,采用的也是非入侵式方案。

2019年2月25日,科大讯飞发布公告称,其全资子公司讯飞云创与科大讯飞副总裁胡郁、华南理工大学教授李远清、广州华南理工大学资产经营有限公司共同投资设立了一家脑机接口公司。该合资公司名称暂定为广州华南脑控智能科技有限公司,注册资本4176.87万元人民币。

虽然尚不清楚这项“黑科技”何时才能正式问世,但是阿里与科大讯飞等企业的布局也足以说明了,中国企业也希望在脑机技术行业的初级阶段,占有一席之地的想法。

与此同时,一些正在孵化阶段的初创公司也正在慢慢走上舞台,大有成长为明星公司之势。

前文提到的清华系的NeuraMatrix公司,已获得数百万美元Pre-A轮融资;而由红杉中国领投,清华系博睿康科技公司已经在2021年3月完成B轮过亿元融资。虽然这些新秀们目前尚无重大成果发布,但是仍然是值得重点关注的对象。

Peter Thiel也进军脑机接口

脑机接口技术(BCI)已经在神经科学领域持续研究了几十年,很多公司也埋头深耕了多年,在技术上甚至比Neuralink更为领先。而关于这个事实,马斯克的“好兄弟”、硅谷传奇投资人Peter Thiel最近或许也意识到了。

此次,他没有像支持特斯拉和SpaceX一样早早地跟马斯克站在统一战线,而是抛弃了风生水起的Neuralink,出乎意料地投资了一家名不见经传脑机接口公司,向马斯克发起挑战。

一家神秘的脑机接口公司,比Neuralink更牛

在5月下旬该笔交易被披露之前,这家名为Blackrock Neurotech在互联网的世界里几乎处于查无此人的状态,甚至这笔1000万美元的投资是该公司自2008年成立以来的第一笔融资。

Blackrock Neurotech的融资情况,图片截自于Crunchbase
Blackrock Neurotech的融资情况,图片截自于Crunchbase

跟Neurualink一样,位于犹他州盐湖城的Blackrock Neurotech,其主要业务也是聚焦在脑机接口技术的研发和应用,但两家公司的风格却是完全不同——一个抬头望天,一个埋头开路。

虽然目前Neurualink还仍然停留在动物实验的阶段,但大家对Neurualink总有种不明觉厉的感觉,觉得他们在做着一件改变人类未来命运的大事,却往往会忽略马斯克所提到的重点:Neuralink现阶段的主要目标是解决大脑和脊柱损伤等医疗性问题。

而相较于Neuralink描绘的宏伟蓝图,Blackrock Neurotech则更接地气,从成立之初瞄准的就是脑机接口的医疗应用落地。

Blackrock Neurotech的两位创始人,一位是犹他大学电气和计算机工程系的教授,另一位是毕业于牛津大学的医疗科技创业者,两人带领团队在长达12年里一直默默无闻地做着脑机接口领域的研究和商业化探索,没有大肆宣传,也没有找过投资。

图片截自于Blackrock Neurotech官网
图片截自于Blackrock Neurotech官网

虽然鲜有人知,但Blackrock早已研发出了一套完整的脑机接口技术相关的硬件和软件产品,并且靠着向神经科学研究界销售这些产品,公司从2015年起就实现了连年盈利。

有人或许会说,Neuralink的目标并不是要为研究界提供工具,而是正在为造福全人类在不断试验努力呀。但实际上,当Neuralink还在猴子和三只小猪上做文章的时候,Blackrock已经在脑机接口的人体实验上取得成功了。

根据Blackrock官网显示,目前全球共有30例脑机接口体内植入患者,其中就有28位使用了Blackrock的技术,这些患者遍布美国、中国和欧洲,他们还与数百家世界领先的研究机构和 20 多个临床中心建立了长期合作关系。

在Blackrock这些年的实验中,已经在人类的脑机接口应用中创造了多个 “第一”:比如,第一个为四肢瘫痪患者提供直接从用大脑控制机器人肢体的能力;第一个让肌萎缩性侧索硬化症(ALS)患者可以通过大脑控制听觉拼写器实现再次与人交流。

它已经成功实现了让一些瘫痪的人们重新行动,重新说话,重新感知。

Blackrock脑机植入患者案例,图片截自于Blackrock官网
Blackrock脑机植入患者案例,图片截自于Blackrock官网

 
而通过对患者的长期追踪试验, Blackrock如今已经证明其小型脑内植入设备可用寿命超过7年,Blackrock也是目前世界上唯一一家拥有每个设备有近100个电极可植入式穿透阵列的公司,并且通过了FDA的可用于人体的认证。

之所在今年开始寻求投资,是因为公司目前接到的订单和合同已经超出了可以运转的能力,前沿领域和试验的需求进一步扩大,与此同时,他们正在开发的脑机接口设备也将要从实验阶段向商业化应用探索。

除了脑机接口芯片外,他们还在研发一些侵入性较低的无线设备,比如头盔、耳机之类的来帮助读取脑神经信息。Blackrock表示,他们的第一款商用设备将在明年推出,旨在帮助有严重身体和神经损伤的患者恢复部分功能。

相较于已经有明确商业落地计划和试验成果的Blackrock,还没有取得进行人体试验许可的Neuralink,就明显在实验进程和商业落地方面落后了一截。

信誓旦旦马斯克,前途未卜Neuralink

虽然在马斯克的鼎力支持下,Neuralink目前也算是硅谷众多初创公司里的“当红炸子鸡”,但由于迟迟没有落地产品再加之近期高层的变动,也给Neurallink的发展前景蒙上了一层迷雾。

5月初,Neuralink的联合创始人Max Hodak正式宣布离职,毕业于杜克大学生物医学工程的Max,此前一直是Neuralink技术团队的核心人物,曾经还出任过Neuralink的CEO。

而他此次突然的离职究竟是出于商业考虑,还是看不到技术的应用前景,目前还不得而知,也让Neuralink的发展现状变得更加扑朔迷离。

图片截自于Max Hodak个人Twitter
图片截自于Max Hodak个人Twitter


不可否认的是,Neuralink创立的这5年来的确也发布了一些令人瞩目的研究成果。比如在2019发布了的首款类似缝纫机的设备,能够将宽度为4-6微米的细线植入大脑;2020年8月重磅推出硬币大小的脑机接口植入设备,并用三只小猪进行了直播演示;今年4月,又公布了一只植入了脑机设备的猴子用意念玩游戏的视频。

而与Blackrock相比,专家认为Neuralink 目前的脑机接口植入设备也比 Blackrock 的功能强大得多,因为它比 Blackrock 的设备拥有更多的记录站点,可以记录更多的脑细胞活动。

不过,Neuralink的研究成果一直以来也饱受业界质疑。很多神经科学研究者认为Neuralink在神经科学的研究领域目前还没任何革命性的东西,像猴子打游戏这样的操作很多年前就已经可以实现。而虽然他们将电极植入脑部、无线式设备的设计在工程学上足够创新,但目前还没有经过广泛论证,噱头大于实际。

有“脑机接口之父”之称的杜克大学教授Miguel Nicolelis甚至曾直接表示,马斯克对神经科学和大脑是什么完全一窍不通。

虽然面临着团队震荡和外界质疑,但马斯克依旧还是我行我素的风格,他不仅大力反击学界称他们不注重实践的想法很“不幸”,还表示要继续扩大员工规模至1000名,在发布会上广发英雄帖邀请各界研究人员加入Neuralink。

而在一周前的采访中,马斯克谈及Neuralink又再次语出惊人。他表示正在研发的创新大脑芯片,会让人类语言可能在5到10年内消亡,从此人类将不再需要使用传统语言。但这种论调,也让人不由得想起了多年前马斯克曾信誓旦旦地表示,特斯拉在2019年将会实现完全自动驾驶,结果呢?大家都懂。

不过,在很多Neuralink的支持者眼中,没有“科技界梦想家”马斯克天马行空的想法,也就没有特斯拉和SpaceX,所以人机共生的梦想还是要有的,万一哪天就实现了呢。

马斯克 VS Peter Thiel,谁会下注成功?

其实此次Blackrock Neurotech之所以能够吸引众多关注,主要原因还是因为它获得Peter Thiel 的支持。

Peter Thiel和马斯克,这两个硅谷的天才级的“怪咖”,在经历了从竞争对手到创业伙伴、从分道扬镳到合作伙伴的友谊长跑之后,没有想到却在脑机接口领域重新站到了竞争者的位置。

在硅谷,以Peter Thiel和马斯克为首的“PayPal黑手党”可以说是无人不知无人不晓,PayPal前员工们创立及相关联的科技企业如今几乎占据了硅谷的半壁江山。

而之所以他们被称作为“黑手党”,就是因为他们之间有着股帮派情谊,一旦有成员在资金和技术上需要帮助,彼此都会伸出援手。其中,兼具成功的科技创业者和天使投资人身份的Peter Theil更是他们之中的灵魂人物。

他不仅是PayPal和Palantir等几家重量级公司的创始人,是Facebook、Stripe、LinkedIn等明星公司的伯乐,还是著有《从0到1》著作的投资界思想家。

PayPal黑手党全景图,图片来源于low Down
PayPal黑手党全景图,图片来源于low Down

在此前的媒体采访中,PayPal的前员工们就表示,如果有人需要资金或者公司发展建议就会给其他成员打电话,而如果有人这两样都缺,就会给Peter Thiel打电话。

而Peter Thiel除了给Linkedin、Yelp等前同事们创立的公司提供早期投资外,对于曾经的合作伙伴马斯克, Peter Thiel也一直鼎力支持他各种“脑洞大开”的事业。他不但为特斯拉和SpaceX提供了早期投资,也从不吝啬对马斯克的夸赞,甚至公开称其为可与乔布斯比肩的伟大创新者。

但此次,不知道是真的对Neuralink的前景并不看好,还是想要挑战一下马斯克, Peter Thiel选择站在了Neuralink的竞争对手一边。

虽然在两家公司的产品大规模面世前,谁更胜一筹尚未可知,但可以预见的是,未来在脑机接口领域,除了Neuralink外,将会有更多的公司走进大众视野,也让人们可以更加理性地认识脑机接口当下到底能给人们带来什么。

不过,即便有相当规模的群体认为:脑机接口技术将会引爆下一轮科技革命,但到目前为止,我们还只是在医学领域看到了这项技术的光明前景。研究人员发现,治疗多动症、阿尔茨海默病、癫痫时,脑机接口技术可以找到用武之地,甚至还可以用于缓解抑郁、焦虑和恐惧。

另有一些人认为,在医疗场景之外,如果能用意识控制硬件、软件,控制的速度会比手指高很多,这样就能大幅提升生产力。他们觉得,如果BCI大规模应用,用户就能通过意识在互联网交流,抛弃智能手机屏幕、键盘;一旦BCI真的普及,改变的可不只是手机——残疾人可以用大脑控制轮椅、工作人员可以用大脑控制机器人手臂、驾驶员可以用大脑控制直升飞机、脑波可以成为密码,这对于世界的改变将会是颠覆性的。

By 光锥智能张珺玥