2023年5月4日，南開大學(xué)宣布全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口試驗在北京取得成功，試驗在猴腦內(nèi)實現(xiàn)了介入式腦機接口腦控機械臂，對推動腦科學(xué)領(lǐng)域研究具有重要意義，標志著我國腦機接口技術(shù)躋身國際領(lǐng)先行列。

介入式腦機接口試驗示意圖（圖片來源：南開科研團隊）

腦機接口(Brain-Computer Interaction,BCI)是一種直接利用腦電信號實現(xiàn)人腦與外部環(huán)境通訊和控制的技術(shù)，這一概念最早來源于1973年美國加州大學(xué)維達爾教授的一篇論文，他認為BCI是“大腦與外界直接進行信息通訊的方式”，并搭建了世界上第一個非植入式腦機接口系統(tǒng)。

腦機接口實現(xiàn)可大體分為四步：腦電采集--信號獲取及處理--信號輸出(執(zhí)行)--反饋。

目前，腦機接口在醫(yī)療、軍事、神經(jīng)娛樂、認知訓(xùn)練、神經(jīng)生物經(jīng)濟學(xué)等方面都有所應(yīng)用。在醫(yī)療領(lǐng)域，腦機接口技術(shù)可以將腦電信號轉(zhuǎn)換為控制指令，從而幫助運動功能障礙患者與外部設(shè)備交互，也可以用于緩解帕金森癥狀、恢復(fù)視覺、植入人工耳蝸恢復(fù)聽力等。

腦機接口實現(xiàn)方式（圖片來源：中金公司）

腦機接口主要有三種連接方式，包括侵入式腦機接口、非侵入式腦機接口和介入式腦機接口。

侵入式腦機接口，將電極植入大腦皮層功能區(qū)附近，直接接觸到大腦皮層，這種方式所獲取的腦電信號最準確，但對機體傷害較大；

非侵入式腦機接口僅通過頭皮采集腦電信號，信號純度低；

介入式腦機接口，通過微創(chuàng)手術(shù)實現(xiàn)腦機連接，信號純度介于其它兩種方式之間。

目前，對于三種不同的腦機接口連接方式均有企業(yè)在研究，下面針對2家龍頭企業(yè)的腦機接口技術(shù)進行介紹，尤其從專利角度揭示兩家公司的技術(shù)布局方向：

1.Neuralink

提到腦機接口，不得不提到一位重要人物埃隆·馬斯克（Elon Musk），他創(chuàng)立了特斯拉、Space X、SolarCity、The Boring Company等公司，2016年創(chuàng)立Neuralink，從事侵入式腦機接口研發(fā)。

2022年11月底，埃隆·馬斯克在他的腦機接口公司Neuralink的發(fā)布會上，向公眾展示了猴子用意念打字的場景，表明了Neuralink的腦機接口技術(shù)在動物身上的可行性，也為未來在人類身上進行類似的實驗提供了信心，但是由于該實驗需要在動物頭骨上鉆孔，然后安裝侵入性腦機接口設(shè)備，手術(shù)風(fēng)險大，增加了動物的死亡率。

2023年5月26日，有外媒消息，Neuralink已獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）的批準，將啟動首次腦植入物人體臨床研究。

Neuralink公司一直在積極布局腦機接口技術(shù)相關(guān)專利，為以后的市場應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)，下表列舉了該公司申請的部分相關(guān)專利：

從上述專利可以看出，Neuralink在腦機接口技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)專利主要包括植入裝置以及信號解釋方法兩個方向：

植入裝置方面，專利US20210007602A1涉及的技術(shù)方案在受試者頭骨上鉆孔，將植入物放入孔中，植入物位于不同的腦葉或大腦區(qū)域。

植入物主要包括傳感器，每個傳感器都從嵌入了成百上千個金屬電極的微型聚合物電纜接收信號，將金屬電極嵌入生物相容帶狀聚合物中，并使用柔性導(dǎo)線連接電極，可以減少局部組織損傷，方便受試者佩戴和控制，同時由于傳感器設(shè)置在不同的腦葉或大腦區(qū)域，以及金屬電極的數(shù)量較多，能夠更好地接收腦部信號。

US20210007602A1專利附圖

為了解決電極和大腦組織的相容性問題，WO2023038829A1提出將經(jīng)過基因修飾神經(jīng)元細胞沉積在大腦皮層，形成額外的皮質(zhì)層，與生物自身大腦皮層的腦波特征同步，將光或電信號引導(dǎo)至附加皮質(zhì)層中的細胞，使得細胞將光或電信號轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號。

信號解釋方法方面，US11630516B將神經(jīng)信號接收到BMI解碼器中，基于傳感器確定對象的活動變化，將神經(jīng)信號從第一模型轉(zhuǎn)換到第二模型，使用BMI解碼器中的第二模型將神經(jīng)信號轉(zhuǎn)換成命令，并且將命令發(fā)送到控制器，控制器執(zhí)行相關(guān)命令，如控制器可以使用 BMI 解碼器基于神經(jīng)信號確定的光標移動和速度來移動光標。

US11630516B專利附圖

此外Neuralink還申請了關(guān)于利用機器人進行腦接口手術(shù)的設(shè)備以及方法，如專利US11291508B2、US20210007808A1。

該公司從2012年研究采用微創(chuàng)手術(shù)的方式將腦機接口從頸靜脈植入大腦運動皮層的技術(shù)（即介入式腦機接口連接方式），不同于Neuralink的開顱手術(shù)，該方法安全性更高。該公司產(chǎn)品名為Stentrode?，由一種稱為鎳鈦諾的柔性合金制成，2020年，F(xiàn)DA授予該產(chǎn)品突破性設(shè)備稱號。

2021年，Synchron成為第一家獲得FDA IDE進行永久植入式BCI試驗的公司。Synchron目前在神經(jīng)恢復(fù)學(xué)、神經(jīng)調(diào)節(jié)和神經(jīng)診斷學(xué)三大領(lǐng)域進行了布局。在介入式腦機接口方面布局了相關(guān)專利，主要包括介入裝置、信號檢測、應(yīng)用等，下表列舉了該公司申請的部分相關(guān)專利：

介入裝置方面，現(xiàn)有技術(shù)主要通過侵入式或非侵入式腦機接口技術(shù)，利用電極在顱內(nèi)或顱外來獲得神經(jīng)元活動信號，而專利US20210378595A1在動物血管內(nèi)放入接口裝置，感受或刺激附近的神經(jīng)組織活動。接口裝置包括用于將血管內(nèi)裝置保持在血管內(nèi)固定位置的保持器（惰性物質(zhì)如鉑或鎳鈦諾支架），這類支架可在體內(nèi)使用數(shù)年，減少植入次數(shù)，效果穩(wěn)定。

下圖左為在人的大腦動脈的第二分支中使用支架安裝無線接口裝置的截面圖，圖右為血管內(nèi)裝置作為人類假肢的腦機接口示意圖。

US20210378595A1專利附圖

信號檢測方法方面，專利WO2021202915A1通過植入在受試者腦內(nèi)的神經(jīng)接口來檢測神經(jīng)相關(guān)信號的變化，從而使輸入命令更加準確，這樣可以排除呈現(xiàn)假陽性的神經(jīng)相關(guān)信號的可能性。

WO2021202915A1專利附圖

相關(guān)的，還提出了一種在腦內(nèi)和/或腦外的血管中植入電極的系統(tǒng)和方法US20200016396A1：通過綜合對比患者腦部特定區(qū)域的實時檢測圖像和結(jié)構(gòu)圖像，更準確、高效地確定植入裝置的目標位置。

US20200016396A1 專利附圖

而Synchron采用介入式腦機接口技術(shù)，除布局介入裝置和信號檢測方法外，對治療癲癇等疾病的應(yīng)用技術(shù)也進行了相關(guān)專利布局，可以看出，兩家公司均較為重視技術(shù)研發(fā)的專利保護。

隨著國外公司在腦機接口技術(shù)方面的研究不斷取得新進展，我國也越來越重視該項技術(shù)的研究，如文章開頭所述，南開大學(xué)成功將介入式腦電傳感器通過猴頸靜脈送達猴運動皮層腦區(qū)。

這一試驗的成功推進了我國介入式腦機接口從研究階段到臨床試驗的步伐，預(yù)示了其在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

其次，2023年2月，中國腦機接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立，將積極發(fā)揮政產(chǎn)學(xué)研用橋梁紐帶作用，為我國腦機接口、腦機交互、腦機智能領(lǐng)域規(guī)劃布局提供支撐建議，這對于醫(yī)療器械等相關(guān)企業(yè)來說，無疑是一個好消息，對于產(chǎn)品研發(fā)、專利布局也有著積極的推動作用。

雖然目前腦機接口技術(shù)還不夠完善，也引發(fā)了一些爭議，但其在某些神經(jīng)疾病方面的治療功效不容小覷，我們應(yīng)以辯證的眼光來看待該項技術(shù)，各企業(yè)可優(yōu)先進行相關(guān)專利布局，以便在技術(shù)成熟之時能迅速占領(lǐng)市場。

參考文獻

1.科普：不斷進步的腦機接口技術(shù)

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1765192008250389521&wfr=spider&for=pc

2.大成研究 | 腦機接口

http://finance.sina.com.cn/money/fund/jjzl/2020-09-18/doc-iivhvpwy7480911.shtml

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