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脑机接口简史:从“听见大脑电流”到“大脑惊呼‘就是这个’”

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马玥


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从1973年维达尔创造“脑机接口”一词,到未来千亿级赛道的形成,脑机接口的商业化之路历经半个多世纪的蛰伏与探索。这条路上,有技术突破的惊喜,有商业失败的阵痛,也有伦理争议的拷问。但无论面临多少挑战,脑机接口技术的发展趋势不可逆转——它不仅是一场技术革命,更是一场关于人类未来的深刻变革。
脑机接口(Brain Computer Interface, BCI)是一种直接在大脑和外部设备之间建立通信的技术,通过这条通信“道路”,大脑里那些看不见摸不着的神经信号可以被采集后解码翻译为对应信号,从而使大脑绕过肌肉、骨骼,直接指挥鼠标、机械臂甚至机械狗等外接设备行动。
广义上看,脑机接口根据信号采集方式可分为侵入式脑机接口与非侵入式脑机接口。侵入式脑机接口是“深入腹地”,需要通过开颅手术等手段在大脑皮层附近植入电极阵列等设备,以收集到足够高清的脑电信号。非侵入式脑机接口是“隔空对话”,无需动刀,仅需通过头皮或体表传感器采集信号即可,安全无误便捷,但相应地,在穿过厚厚的骨骼和头皮后,脑电信号将会衰减并伴随大量噪音。两种技术各自的优劣决定了它们将在不同的领域发光发热。
两条路线,一同推动脑机接口的崛起。据Research Nester的数据,2025年全球脑机接口市场规模约为21.3亿美元,而到2026年,这一数字预计将跃升至88.3亿美元,呈现爆发式增长。中商产业研究院预计到2026年,中国脑机接口市场规模将扩至46亿元。这些爆发式增长的背后,都离不开一百年以来无数科学家用智慧铺就的探索之路。

“脑”与“机”的相识


1924年,德国精神病学家汉斯・贝格尔(Hans Berger)做了一个大胆的尝试:他在自己儿子的头皮上贴上电极,没想到竟捕捉到了稳定的脑电波动——这是人类历史上第一次清晰“听见”大脑的“电流声音”。1929年,他在《精神病学研究》(Psychiatrische Forschung)上发表《关于人类脑电图》的论文,正式向世界公布了这一重大发现:当受试者闭上眼睛、处于放松状态时,脑电波会呈现出一种频率约为10赫兹的规律性节律,他将其命名为“阿尔法波”;而当受试者睁开眼睛或进行心算等精神活动时,则呈现出频率更高、波幅更小的“贝塔波”。人类第一次能通过客观的电信号,窥探大脑内部的活动。
图为汉斯·贝格尔获得的脑电图记录
图片来源《ADVANCES IN PHYSIOLOGY EDUCATION》期刊
时间来到1963年,英国神经生理学家格雷·沃尔特(Grey Walter)让受试者欣赏风景幻灯片,同时用设备捕捉他们大脑皮层产生的神经信号,然后把这些信号转换成了控制幻灯片播放的控制信号,幻灯片最后真的依靠“意念”一一切换。从意念的产生、传递,一直到通过外部设备准确表达,这个完整的闭环第一次证明了大脑信号可以被转化为实际操作。
同一年,另一位著名的神经科学家何塞·曼努埃尔·罗德里格斯·戴尔嘎多(José Manuel Rodríguez Delgado)的实验,更是震惊了全世界。在西班牙马德里的竞技场上,一头凶猛的公牛正朝着他全速冲刺,就在它即将冲到面前时,戴尔嘎多按下了手中遥控器的按钮——那头原本暴躁的公牛突然停下脚步,转身安静地走开。这魔术般的景象得益于他开发出的无线刺激装置,将电极植入动物大脑的特定区域后,远程发送电信号即可控制动物的运动行为甚至情绪。它证明了一个关键事实:“脑”与“机”间闭环不只是读取,还能反向写入。
到了1973年,这个闭环终于迎来了自己的名字。加州大学洛杉矶分校计算机科学家雅克·维达尔(Jacques J. Vidal)发表了一篇题为《Toward Direct Brain-Computer Communications》(迈向直接的脑-计算机通信)的有里程碑意义的论文,其中,他首次创造并明确定义了“脑机接口(Brain-Computer Interface, BCI)”这一术语。
维达尔的构想是革命性的。他提出,应该建立一条全新的通信路径,它不依赖于人体常规的输出通道——即由大脑发出指令,通过外周神经系统驱动肌肉产生动作或语言——而是直接捕获大脑的电活动,将其解码为控制指令,从而实现大脑与外部设备(如计算机)的直接对话。提出概念的同时,他还发起了“BCI挑战”,号召科学界共同探索利用脑电信号控制物体的可能性。维达尔为这个新兴领域确立了名称、指明了方向,并注入了最初的理论框架,因此被尊称为当之无愧的“脑机接口之父”。
几乎在同一时期,加州大学洛杉矶分校的另一位科学家巴里·斯特曼(M. Barry Sterman)观察到,有些猫特别冷静、专注,即使周围环境十分嘈杂,它们始终安静且专注地等待指令。经过脑电图检测,斯特曼发现猫在这种状态下会生成一种频率在12-15赫兹的特殊脑电波。他将其命名为“感觉运动节律”(Sensorimotor Rhythm, SMR)。当他训练增强猫的SMR后,这些猫不仅变得更专注,还对癫痫刺激产生了抵抗力。
SMR的发现揭示了两个对后世脑机接口研究影响深远的关键。其一,脑电信号不止与实际运动相关,也与无肢体运动的、纯大脑层面的运动意图相关——这就是 “运动想象”(Motor Imagery)。当你想象自己抬起右手时,虽然手臂纹丝不动,但大脑中负责指挥手臂运动的运动皮层已经开始活跃,并产生特定的电信号模式。脑机接口系统要做的,就是通过“窃听”这些想象,来推断出你的真实意图。其二,SMR的可训练性证明,人可以通过主观意识来改变特定脑电节律的强度,进而通过反复的运动想象训练,强化相应的脑电特征,达到控制外接设备的目的。
有了“窃听”大脑的想法,科学家们还需要找到合适的“窃听”内容——“事件相关电位”(Event-Related Potentials, ERP)这类稳定、可解码的脑电信号。ERP是大脑在受到特定内部或外部“事件”(如声音、图像)刺激后,对某个特定问题给出的一个微弱的反馈信号。比如ERP中的P300波就是大脑在感知到“低概率”或“有意义”的目标刺激后约300毫秒时出现的一个正向波峰,就像是大脑小声惊呼“就是这个!”。
1988年,伊利诺伊大学的劳伦斯·法韦尔(Lawrence Farwell)和伊曼纽尔·唐钦(Emanuel Donchin)设计出一个这样的实验系统:他们在受试者面前摆放着一块随机闪烁字母和符号的屏幕,当包含目标字母的行列闪烁时,对于受试者的大脑来说这就是一个“有意义”的目标,从而发出一个清晰的P300波。计算机捕捉到P300信号,并结合闪烁的行列信息,就能准确找出目标字母,并将其输入到屏幕上。法韦尔等人将该系统命名为“P300拼写器”(P300 Speller),它首次让完全无法说话和移动的人,仅凭“意念”就能进行文字交流,为重度瘫痪者等病患带来了沟通的希望。
不过,非侵入式脑机接口收集到的信号模糊且混杂,如果想要清晰、精准的脑电信号,最好能够记录到单个或少数神经元的放电活动,那就只能采用侵入式脑机接口。
1998年,菲利普·肯尼迪(Philip Kennedy)和埃默里大学的神经外科医生罗伊·巴凯(Roy Bakay)共同完成了一项震惊世界的壮举。他们为一位“闭锁综合征”患者进行了首例人类侵入式脑机接口植入手术。肯尼迪为他植入了一种自己发明的“神经生长锥电极”(neurotrophic-cone electrode),这种电极能够诱导神经元长入其中,从而实现长期稳定的信号记录。手术后,经过数周的训练,患者学会了通过想象移动自己的手,来控制电脑屏幕上的光标;他能够拼出单词,向外界传递自己的思想。这一事件引发了巨大轰动,标志着脑机接口技术正式迈入了人体临床应用的拓荒时代。尽管这项早期技术还很粗糙,控制也远非完美,但它推开了一扇通往未来的大门,门后是一个人机融合、思想无界的全新世界。
大洋彼岸的中国也悄然开始了在这一前沿领域的探索。1999年,清华大学的科研团队开发了一种高效的脑机接口范式——“稳态视觉诱发电位”(Steady-State Visual Evoked Potentials, SSVEP)。SSVEP的原理可以这样简单理解:当屏幕上的几个图形以各自独特的频率(比如6赫兹、8赫兹、10赫兹)闪烁时,如果你的眼睛紧盯着其中以8赫兹闪烁的图形,那么大脑视觉皮层就会像“共振”一样,也开始以8赫兹的频率产生同步的电活动。系统通过分析脑电信号频率,就能准确知道你正在看哪个图形。
这种“共振”信噪比高、个体差异小、无需大量训练,非常适合作为脑机接口的控制信号。清华大学团队基于此开发出SSVEP-BCI系统,实现了“意念”高效又精准地控制计算机光标的移动,确立了SSVEP作为BCI主流范式之一的地位。该系统也是中国首个被国际广泛认可的、高性能的SSVEP-BCI系统,表明中国在非侵入式BCI的核心技术研发上,已经与国际先进水平几乎同步。
同样在1999年,首届国际脑机接口会议在美国纽约州召开。在这次会议上,来自世界各地的研究者们经过讨论,在十几个相近的概念中,正式将“脑机接口(Brain-Computer Interface)”确立为该领域的标准专业词汇,并为其科学定义和评价标准达成了初步共识。这个新兴领域终于告别了零散探索的“草莽时代”,开始作为一个规范、独立的交叉学料,迈向系统化的发展阶段。
跨入21世纪的门槛,脑机接口技术的发展按下了快进键。2004年,一个由布朗大学的神经科学家约翰·多诺霍(John Donoghue)领导、名为“BrainGate”(脑之门)的侵入式项目,将这项技术推向了前所未有的临床高度。其核心技术是一种名为“犹他阵列”(Utah Array)的微电极阵列——一个火柴头大小(4mm x 4mm)的硅基芯片,上面密布着100个针尖状的微电极,能够同时记录植入区域内上百个神经元的放电活动。医生将一片犹他阵列植入到一位颈部以下完全瘫痪的受试者大脑中,并精准到负责控制手臂和手部运动的运动皮层。经过几个月的训练,受试者学会了如何仅仅通过“运动想象”移动自己的手臂,来控制电脑屏幕上的光标。有了“鼠标”,他可以自如地打开邮件、画画、玩电脑游戏,甚至控制电视开关和音量。更令人震撼的是,他还能控制一只简易橡胶假手,做出简单的抓握动作。这成为了脑机接口技术最具说服力的名片。
图为犹他阵列使用示意图
图片来源 布朗大学官网
非侵入式脑机接口则凭借其安全、便捷、低成本的优势,掀起了一场走向大众消费市场的商业化浪潮。千禧年后,几家标志性的公司相继成立,它们的目标是将曾经只存在于实验室中的“读心术”设备,变成普通人也能买得起的消费电子产品。
2009年,成立于2003年的巨头Emotiv推出了代表产品EPOC头戴设备,它拥有14个通道,能够捕捉更丰富的脑电信号,并声称可以识别出更多维度的“情绪”和“意念指令”,如推、拉、旋转等。另一个美国公司NeuroSky(神念科技)的标志性产品MindSet耳机则更具有可玩性。这款售价仅百美元级别的设备,让普通消费者第一次能够亲身体验通过“专注力”或“放松度”来与电脑游戏、教育软件等进行互动。例如,在配套的游戏中,玩家需要集中注意力才能让游戏角色浮起来,或者需要保持放松才能让场景中的花朵绽放。
这些消费级脑机接口设备的出现极大地降低了BCI技术的入门门槛,为开发者提供了更大的创作空间,使得成千上万的开发者、艺术家和业余爱好者能够参与到脑机接口应用的探索中来,推动其应用场景从简单的专注力游戏扩展到互动艺术、智能家居控制等更广阔的领域。
 

走出实验室:脑机技术的双线进阶


2012年,顶级期刊《Nature》刊登了一项里程碑式的研究:一位因中风而四肢瘫痪近十五年的女性凯茜·哈钦森(Cathy Hutchinson)参与了布朗大学主导的BrainGate2临床实验,借助植入其大脑运动皮层的微电极犹他阵列,成功控制着一只机械臂为自己端起了一杯咖啡,时隔多年后再次品尝到独立生活的滋味。与第一代BrainGate只能完成二维平面交互相比,BrainGate2可以实现三维空间运动控制,通过优化解码算法与机械臂协同,让凯茜完成“抓—移—送—放”连贯动作,首次证明脑机接口可支撑真实生活场景的复杂运动需求,推动技术向康复医疗转化。
而理想的脑机接口不仅能够让大脑控制外接机械设备,还应该能让机械设备的“感觉”反馈给大脑。2015年,美国匹兹堡大学康复神经工程实验室的研究团队为瘫痪患者内森・科普兰德(Nathan Copeland)的大脑皮层植入四个犹他阵列,这些电极既能发出信号,也能使用微小电脉冲刺激大脑皮层的感觉区域来“接收”信号。经过一年训练后,内森凭“意念”控制机械假肢与当时的美国总统奥巴马握手。而当奥巴马触碰或移动他的机械假肢时,内森能清晰感觉到触碰感和压力感。已经瘫痪十二年的他,通过犹他阵列与机械臂重获有限的触感。侵入式脑机接口终于再次迈出完“脑”与“机”双向交流的关键一步。
图为内森与奥巴马碰拳
图片来源为美联社新闻报道
2016年,在有了多年技术积累和核心团队后,埃隆·马斯克(Elon Musk)等人共同创立了Neuralink公司。他公开承诺以“高带宽”“大规模”“微创”为目标解决侵入式技术的核心瓶颈,并宣称公司的目标远不止于治疗疾病,其短期目标是治疗严重的脑部疾病,而终极目标则是实现“人机共生”,增强人类的能力以应对未来可能超越人类的人工智能。脑机接口第一次被纳入“改变人类未来”的宏大商业叙事,这为整个行业带来了全新的资本逻辑,极大地激发了公众对侵入式脑机接口未来的想象。
他搬出的第一件利器就是“神经织网”。传统犹他阵列们对脆弱的脑组织来说过于坚硬,容易损伤组织、引发炎症。马斯克的团队为脑机接口引入材料科学的前沿技术后,推出了这款被称为“神经织网”的柔性电极。它们比人类头发丝还细,且足够柔软,能够随着大脑的微小位移而移动,理论上可以减少对脑组织的持续性损伤,降低组织排异反应,延长植入物的寿命,大幅提高长期植入的安全性,可在数月至数年内持续可用。这解决了商业化的核心前提——长期有效性与可维护性。
另一家美国公司Synchron则选择了一条更为务实和巧妙的路径。创始人汤姆·奥克斯利(Tom Oxley)是一位神经介入医生,他深知开颅手术给患者带来的巨大风险和心理负担。于是,他反其道而行之,思考能否在不开颅的情况下,将电极送达目标区域。答案隐藏在人体的血管网络中。Synchron公司研发出一种名为“Stentrode”的设备,它本质上是一个覆盖着电极的血管支架。这种设备可以通过微创的血管介入手术,从颈部的静脉进入,沿着血管网络一路向上,最终停留在靠近大脑运动皮层的上矢状窦血管内,与大脑皮层仅隔着一层薄薄的血管壁。虽然收集到的信号质量稍减,但其安全性却实现了质的飞跃。Synchron的成功,不仅证明了血管介入式脑机接口的可行性,也为整个行业展示了一条从高风险侵入式到微创化的重要演进方向。
可以看出,侵入式脑机接口的技术突破大多出自美国。这主要得益于2013年奥巴马亲自宣布启动的“通过推进创新神经技术进行大脑研究”计划,即著名的“BRAIN计划”。其中,侵入式相关技术为计划重点突破领域,如国防高级研究计划局(DARPA)投入5000万美元,侧重神经接口技术与脑损伤修复等应用方向;美国国立卫生研究院(NIH)投入约4000万美元,聚焦细胞分型、神经回路解析等基础研究;国家科学基金会(NSF)投入2000万美元,支撑新型电极、信号处理算法等工具研发。BRAIN计划的启动,将脑机接口从单纯的科学探索,提升到关乎美国国家竞争力和未来医学福祉的战略高度。
美国对侵入式脑机接口的支持还体现在监管上。从2004年犹他阵列问世开始,美国就已经陆续通过多个侵入式脑机接口个案的监管,表现出对相关技术的支持。2019年,美国食品药品监督管理局(FDA)发布《瘫痪或截肢患者用植入式脑机接口器械——非临床试验和临床考虑》草案,首次系统细化侵入式脑机接口的非临床安全性测试、临床试验设计与长期生物相容性评估标准,使监管路径正式清晰。对企业而言,明确的审批路径比技术突破本身更重要,它意味着投入有保障、有终点,为后续技术转化奠定了规范基础。
侵入式脑机接口不可回避的话题即其复杂且恐怖的手术周期和过程。据澳大利亚新南威尔士一所医院的数据,在其71个癫痫手术前植入电极的人中,死亡2例,死亡率达2.8%。另一方面,因人体的排异反应会使外来物结膜,导致信号急速衰减,即便已将电极设备植入了大脑,也会在一段时间后失效,还需要通过手术清洁或替换设备。换言之,使用者需要反复经历风险巨大的开颅和植入手术。因此,人们寄希望于非侵入式脑机接口经过技术突破,能够达到与侵入式同样的优质效果。
2011年,Emotiv公司靠着其革命性的传感器技术再次受到追捧。与传统脑机设备必须使用黏糊糊的导电膏不同,升级后的EPOC采用了盐水浸润式毛毡电极,这种电极属于“湿电极”的一种,但它用生理盐水代替了导电膏。用户只需在使用前将毛毡垫浸湿,即可建立稳定的导电连接。这好比是将复杂的化学实验简化为了日常的“蘸水”动作,极大地缩短了准备时间的同时,保证了信号的纯净度和高清度,巧妙地平衡了信号质量与用户体验。这款本用于游戏和娱乐的产品因其过硬的技术表现,引起了专业科研的注意,全球超过45,000家科研机构和开发者选择了Emotiv的设备,其专利技术被哈佛、NASA等顶级机构的研究引用。
随着机器学习算法的进步,非侵入式脑机接口的解码性能实现跃升,研究重点开始转向复杂的系统集成与功能实现。2014年巴西世界杯开幕式上那历史性的一踢,将非侵入式脑机接口的潜力以一种极具冲击力的方式,展现在了全球数十亿观众面前。
29岁的巴西青年朱利亚诺·平托(Juliano Pinto)头戴着特制的脑电帽,身穿着一套蓝白相间的“机械战甲”。当他集中意念,想象自己站立、抬腿、踢球时,脑电帽捕捉到相应的神经活动信号。“战甲”里的小型计算机经过长久的算法练习,已经熟知平托的脑电模式,这使计算机得以在瞬间完成解码,将其转化为驱动外骨骼运动的数字指令。在短短30秒内,平托精准地完成了“站立—抬腿—踢球”这一系列连贯动作,将足球“巴西荣耀”(Brazuca)踢向前方。外骨骼设备的脚步还装有压力和温度传感器,让平托在踢球的瞬间能够真切地感受到球的存在。这一踢展示了非侵入式脑机接口在重度运动功能障碍康复中的巨大潜力。
图为平托于巴西世界杯开幕式踢球照
图片来源杜克大学医学院官网
2016年,清华大学高小榕团队在其原有的SSVEP-BCI研究基础上,通过深度学习等先进算法对信号解码环节进行了革命性优化,开发出新一代高速脑控字符拼写系统。该系统实现了267比特/分钟的信息传输速率,大幅刷新了当时非侵入式BCI拼写系统的世界纪录。它以确凿的科学证据证明了非侵入式技术完全可以满足实时、高效人机交互的需求,为渐冻症等失语患者的沟通辅助提供了极具前景的技术路径。
同一年的太空中,中国的非侵入式技术还完成了一件壮举:“神舟十一号”航天员景海鹏和陈冬在“天宫二号”空间实验室完成人类首次太空脑—机交互实验。这次实验使用的是天津大学神经工程团队研制世界首套脑—机交互在轨试验平台,针对太空飞行过程中在轨资源有限对试验平台重量、体积、功耗的约束,团队开发了适于在轨环境的脑—机交互自适应检测设备与处理技术,系统仅重481克,并通过了百余人次的地基实验和23项航天测试。在太空中使用脑电设备,既是为了解决航天员着服后操纵能力受限,认知能力和作业绩效下降,更是为了探索宇宙对人脑演化的奥秘。
这一时期,中国非侵入式BCI产业化进程也正式启航。
为了打破国外企业对脑电放大器(脑机接口系统中最主要的神经信号采集设备之一)的垄断,脱身于清华大学神经工程实验室的常州博睿康苦研技术五年,终于在2015年5月实现科研线产品全面销售,产品集中于面向脑科学研究的高性能脑电信号采集与分析设备。凭借过硬的性能指标与明显优势的价格,博睿康的产品与进口产品“打”得有来有回,并逐步成为国内高校及科研机构实验室的常用设备。这个过程中,博睿康像海绵一样汲取数据与反馈,继续钻研技术突破。两年后,博睿康借此顺利取得数字脑电图机医疗器械注册证,正式进军医疗领域,形成公司两大重点矩阵科研级脑电采集与刺激设备,应用于生物医学、心理学、神经科学等领域的科学研究;医疗级脑电设备,应用于癫痫、脑肿瘤、脑血管病等疾病的诊断与监护。
同样在2017年,强脑科技(BrainCo)核心技术突破,自主研发出一种新的固态凝胶电极。这家成立于2015年、由拥有哈佛大学脑科学中心背景的韩璧丞等人创立的公司,是中国最早一批专注于非侵入式脑机接口技术研发与商业化的高科技公司。针对传统湿电极需导电膏、佩戴繁琐、信号易受干扰等问题,他们致力于开发出一款采集便捷度与信号质量都更突出的产品。在三年迭代了十几款材料后,固态凝胶电极问世,它可以脱离导电膏,采到非常高精度的脑电信息,精准度可到达医疗级。现在这个产品已经被海外广泛使用,包括美国宇航局NASA、美国的奥林匹克运动队和意大利的方程式赛车队等等。
有了固态凝胶电极技术突破,2018年,强脑科技推出“赋思”头环,主打用神经反馈训练的原理训练学生提升专注力,只要三点接触,即可获得精准的脑机信号,,并通过头环的颜色反映佩戴者当时的注意力集中程度。教师不仅能了解班级学生上课时整体是否专心,还能查看每个学生的“得分”情况。产品推出的第二年就斩获数十万台产品订单,销售触达4个大洲的15个国家和地区,是当时脑机接口领域销售数量最高的产品。
技术的突破、产业的落地离不开政策的鼎力支持。2015年,脑科学研究被列为“事关我国未来发展的重大科技项目”之一。上海市政府将脑科学与人工智能列为本市重大科技项目,复旦大学牵头联合浙江大学、华中科技大学、同济大学、上海交通大学等十几所高校及中科院研究所,成立了“脑科学协同创新中心”。高校的神经工程实验室,不仅是前沿技术的策源地,也成为了产业人才的“黄埔军校”,这种从学术研究到产品转化的无缝衔接,在国家战略引导下,推动中国脑机接口发展形成了产学研协同发展的鲜明特色,使得中国的非侵入式技术能够快速响应临床和市场的具体需求。
2016年,“脑科学与类脑研究”被正式写入中国的“十三五”规划纲要,标志着“中国脑计划”的全面启动,确立了“一体两翼”的战略布局:以研究脑认知的神经原理为“主体”,以研发重大脑疾病的诊断治疗新方法和发展新一代人工智能技术为“两翼”。这意味着,中国的脑机接口研究从顶层设计上就强调了临床应用和产业转化的双重目标,深刻地影响了此后十年中国脑机接口技术的发展路径。明确的应用场景导向与国家层面的战略布局为脑机接口研究注入了前所未有的动力。
侵入式与非侵入式两条技术路线并非两条完全对立的道路,实际上它们如同DNA的双螺旋,并行发展,相互启发。世界各国以自己的国情与国力,在竞逐中共同定义着这个新兴领域的边界。在这个十年的尾声,全球脑机接口的版图从混沌走向逐渐明朗。技术、资本、政策逐渐合力,等待一场技术的大喷发。
 

价值重构与市场爆发:脑机接口商业化按下“快进键”


2020年是脑机接口商业化的分水岭,行业从技术路线分野的探索期,逐步迈入产业化爆发的蓄力阶段。这一时期,政策为行业发展提供制度保障,资本推动产业链整合与规模化落地,二者协同为脑机接口商业化按下“快进键”,千亿级产业生态雏形逐步显现。
2020年后,全球主要国家将脑机接口纳入国家战略,出台政策支持技术研发、临床转化与产业发展,这一决策背后蕴含着深刻的技术与产业逻辑。一方面,脑机接口领域历经长期深耕,关键技术实现突破性进展,多款重要产品在临床阶段取得振奋人心的成果,为产业化落地奠定了核心基础;另一方面,脑机接口作为跨学科的高端未来产业,涵盖脑神经、AI、芯片、临床医学等多个领域,其发展不仅关乎产业自身的升级迭代,更能发挥牵引带动作用,推动上下游相关产业协同转型。
中国的政策为脑机接口构建从研发到落地的全链条制度保障。2023 年,工业和信息化部脑机接口标准化委员会成立,通过统筹推进技术、产品、应用等各环节标准制定,为产业技术创新筑牢基础支撑。2025年7月,工业和信息化部等七部门联合印发《关于推动脑机接口产业创新发展的实施意见》,明确提出两步走的总体目标:2027年,脑机接口核心技术实现突破,形成一批具有国际竞争力的企业;2030年,构建完善的产业生态,实现技术规模化应用。同年,脑机接口被列入“十五五”规划建议明确的六大未来产业之一,提升至国家战略,成为新质生产力培育的重要方向。
支付保障层面,政策逐步打通脑机接口医疗应用的“最后一公里”。2025年3月,国家医保局首次为脑机接口设立独立收费项目,将部分脑机接口医疗服务纳入医保支付范围。此后,四川、湖北、浙江、江苏、广东等多地相继明确脑机接口医疗服务价格,例如四川省医保局整合82项神经系统医疗服务价格项目,其中包含多项脑机接口相关服务,并明确医保支付类别。医保支付的纳入,大幅降低了患者的使用成本,也提升了医疗机构引入脑机接口技术的积极性,加速脑机接口在医疗场景的商业化落地。
标准体系建设层面,政策推动行业规范化发展。2026年1月1日,《采用脑机接口技术的医疗器械术语》医疗器械行业标准正式实施,统一行业术语与定义;同年1月9日,国家药监局公示了两项推荐性脑机接口行业标准立项,涵盖设备安全、数据格式、信号传输等关键领域。标准的出台,有效降低技术攻关、临床应用、产业链协同的成本与风险,为行业规模化发展提供保障。
海外政策聚焦于监管优化,推动脑机接口健康有序发展。美国“脑计划”始于2013年,自2022年起,研究重心逐步向应用验证倾斜。在以脑机接口为代表的脑科学技术发展进程中,美国国防高级研究计划局(DARPA)、食品药品监督管理局(FDA)等机构各司其职,从多维度提供支撑保障。以FDA为例,2023年该局启动医疗器械产品全生命周期咨询计划(Total Product Lifecycle Advisory Program,TAP)试点工作,为器械研发提供覆盖研发设计、市场推广、运营管理、质量控制、业务拓展及审批备案等关键环节的全流程专业指导。2024年3月,FDA正式加入“脑机接口协作社区”,该社区汇聚脑机接口领域头部企业、医疗机构、患者团体及投资方等多元主体,构建起“技术验证-审批核准-商业转化”的闭环生态体系。此举不仅加速了脑机接口技术从实验室科研成果向临床实际应用的转化进程,更打通了临床转化的关键堵点,有效破解监管指导流程滞后、融资渠道不畅等行业痛点。欧盟的《神经数据保护特别法案》(NDPA)于2023年1月正式生效,搭建起全球首个针对脑机接口非医疗数据的系统性监管框架。该法案创新性地将神经数据划分为基础生理数据(如睡眠脑电波)、认知行为数据(如注意力模式)、高阶心理数据(如决策倾向)及潜意识活动数据(如本能反应)四个风险等级,并针对不同等级数据制定差异化监管要求。其中,对潜意识活动数据实施最严格管控,全面禁止其商业化应用,违规企业将面临高额罚款。同时,法案首创“神经数据专员”制度,明确要求员工超过250人的脑机接口企业必须设立专职岗位,负责监督神经数据全生命周期管理的合规性。
图为N1植入物、N1充电器、Neuralink应用和R1机器人交互的高层次表示
图片来源Neuralink官网
政策红利的释放,叠加技术突破的预期,推动资本在2020年后大规模涌入 脑机接口领域。自2013年美国“脑计划”正式发布起,全球脑机接口领域的投融资热度便开启持续攀升态势。迈入2021年,该领域资本活跃度实现跨越式提升,年度投融资交易事件数量屡次突破百笔大关,行业发展势能全面释放。
2025年,中国脑机接口赛道资本热度全面攀升,投融资市场呈现爆发式增长态势。据统计,当年1-11月国内累计完成融资事件24起,同比增幅达30%。其中,阶梯医疗斩获3.5亿元B轮融资,创下国内脑机接口领域单笔融资规模新高,直观彰显出资本市场对该领域产业化发展潜力的高度认可与坚定信心。投资主体多元化趋势愈发显著,国家大基金、产业资本、风险投资等多方力量协同涌入。上海科创基金率先布局,设立规模达20亿元的专项子基金,秉持“投早、投小、投硬科技”理念,构建覆盖产业全周期的投资生态。与此同时,行业专业化投资能力持续提升,多家投资机构组建专业团队,定向配备具有神经科学背景的投资经理,以专业化研判推动投资决策精准化,为脑机接口产业高质量发展注入强劲资本动能。
政策与资本的双轮驱动,推动脑机接口的商业价值实现重构。2020年后,脑机接口不再局限于医疗康复与小众消费场景,而是向医疗健康、生活消费、工业生产、交通驾驶等多个领域延伸,形成“核心医疗场景突破、消费级场景渗透、新兴场景探索”的商业格局,千亿级市场空间逐步打开。
在脑机接口技术的商业化版图中,医疗领域是价值最为凸显的核心赛道,当下国内外脑机接口企业纷纷聚焦神经、精神、感官三大疾病谱系,全力攻关诊断与治疗方案,覆盖听力障碍、认知障碍、睡眠障碍、抑郁症、脑卒中、物质成瘾、自闭症、慢性疼痛等多种难治性病症,且在技术落地层面已斩获阶段性突破,如美国企业SPARK Neuro深耕认知障碍早筛领域,凭借高精度脑电信号分析技术实现了疾病的早期识别与精准诊断,为干预治疗赢得宝贵窗口;中国企业景昱医疗则创新研发双靶点脑深部电刺激技术,主攻物质成瘾的防复吸治疗,将传统疗法近90%的复吸率大幅降至20%,为成瘾患者带来全新治愈希望。从技术成熟度与临床转化进程来看,人工耳蜗(针对听力障碍)、脑起搏器(针对震颤)、基于脑电信号的运动康复训练设备(针对卒中后运动障碍)、抑郁症脑电干预设备等产品,已成功取得二类或三类医疗器械注册证,标志着脑机接口在部分细分领域已迈入规模化临床应用阶段。随着技术的持续迭代与突破,未来该技术必将拓展至更多疾病治疗领域,为人类健康事业开辟全新路径。
生活消费领域正成为脑机接口技术规模化落地的核心载体,其商业应用版图将会持续拓展。当前,国内外相关企业研发的脑机接口产品已实现对多元人群的覆盖,深度融入用户的日常场景,带来沉浸式游戏交互、艺术创作辅助等创新体验。例如,美国企业Emotiv研发的便携式脑电头环,凭借其便携性与多功能性,已应用于艺术创作、无障碍设计、市场研究、心理学研究等多个领域,展现出脑机接口技术的跨界应用潜力。
新兴场景的探索为脑机接口打开长期增长空间。在工业生产和交通驾驶领域中,脑机接口技术的应用潜力已初步显现,可针对矿下、井下、道路、太空等特殊作业场景,对作业人员的疲劳状态进行实时监测与异常预警,从技术层面筑牢安全生产防线,山西帝仪、北京华脑等企业已率先投身该领域的探索实践。此外,脑机接口技术的应用边界还在持续拓展,其衍生的脑纹识别技术,凭借生物特征的唯一性,为身份认证与安全验证提供了全新解决方案,美国Neuroreplicas等企业已积极布局相关技术的研发与落地。尽管这些新兴场景仍处于探索阶段,但商业潜力巨大,将成为脑机接口行业长期增长的重要动力。
当前,全球脑机接口市场迈入“技术攻坚突破、临床验证深化、商业场景落地”的关键转型阶段。从产业链格局审视,上游核心硬件研发与下游终端场景应用的集成化发展水平尚处低位,相较之下,中游信号处理、算法优化等环节的技术成熟度与产业化进程更为领先。在此产业发展态势下,多家咨询机构研判,全球脑机接口市场规模已跻身数十亿美元量级。伴随下游应用场景的持续拓展,行业市场规模具备从百亿级向千亿级跨越的巨大潜力。据麦肯锡相关测算数据显示,医疗应用领域作为脑机接口技术落地的核心赛道,其全球市场规模预计于2030年达到400亿美元,至2040年将突破1450亿美元,展现出强劲的增长动能。
 

脑机接口:我们应该敬畏什么?


当脑机接口技术逐步突破商业边界,从医疗工具走向消费产品,从功能替代走向能力增强,一场关于人性、伦理、社会秩序的深刻拷问也随之而来。脑机接口的商业化不仅是技术与资本的博弈,更是人类对自我认知、自由意志、社会公平的重新审视。在技术“狂欢”的背后,我们必须直面那些无法回避的人文伦理问题,在创新与规制之间找到平衡,让技术真正服务于人类福祉。

神经隐私:数据权属与安全的伦理困境

脑机接口的核心商业价值之一,在于对神经数据的采集、解码与应用。但神经数据并非普通数据,它记录了人类的大脑活动、情绪状态、思维意图,具有高度的私密性与唯一性。研究表明,静息态脑电信号可在300秒内实现99.3%的个体识别,运动想象时的皮层活动模式能78%准确推断行为意图。这种特性,使神经数据成为比生物识别数据更敏感的隐私,也引发了关于数据权属、安全与滥用的伦理困境。
数据权属的界定是首要难题。在脑机接口商业化过程中,神经数据的归属争议始终存在:用户认为数据源于自身神经活动,应享有完整所有权与控制权;企业主张通过解码算法赋予数据商业价值,应获得使用权与收益权;科研机构则强调聚合数据的公共研究价值,应允许合理利用。这种争议在实际商业场景中频繁爆发,某跨国诉讼案例显示,一名用户要求平台删除其原始脑波数据,却被平台以数据已脱敏为由拒绝,而专家测试表明,通过特定频段特征仍能87%重新识别个体。
当前的商业实践中,企业往往通过用户协议规避权属争议。全球83%的脑机接口用户协议包含神经数据永久授权条款,29%的条款甚至要求用户转让原始数据所有权,这种不平等协议实质上剥夺了用户对自身神经数据的控制权。
神经数据的安全风险与滥用隐患同样令人担忧。脑机接口设备通过无线传输神经数据,存在被黑客攻击、数据泄露的风险;一旦神经数据泄露,可能导致用户隐私被侵犯、行为被预测,甚至遭受神经层面的操控。更值得警惕的是,部分企业将神经数据用于商业营销,通过实时监测消费者奖赏系统活动,在特定神经状态窗口期推送广告,使购买转化率提高51%,而87%的受试者未察觉被操控。这种潜意识干预,实质是对用户自由意志的侵蚀,违背了商业伦理的基本原则。
应对这些困境,需要法律、技术与行业自律三方面协同发力。法律层面,应明确神经数据的人格权属性,建立神经数据权属制度,禁止企业通过格式条款剥夺用户权利;技术层面,可通过区块链存证、联邦学习等技术,实现神经数据的安全传输与可控共享;行业层面,应制定神经数据使用规范,加强企业伦理意识,杜绝数据滥用。

自我认知:人机融合中的身份认同危机

脑机接口的终极商业目标之一,是实现“人机融合”——通过植入芯片或外部设备,让人类与机器实现无缝信息交互,甚至增强人类的认知能力、运动能力。但这种深度融合,也带来了身份认同的危机。
脑机接口技术尤其是侵入式技术对大脑活动的干预,可能会对个体的身份认同和自我同一性产生深刻影响。当大脑与设备深度融合时,用户会将附加在体外或植入体内的设备视为工具还是自我组成?当用户的情绪是由算法反馈调节调动,而非通过其往常的生理过程产生时,极有可能会对自己的思维是否被操纵产生怀疑,进而影响自我认知的稳定性。这种身份认同和自我认知的混乱,可能会引发心理疾病,如焦虑症、抑郁症等,对个人的心理健康造成严重危害。
长期使用脑机接口设备,还可能导致人类对技术的依赖,丧失自然能力。实验表明,健康志愿者使用意念打字头环6个月后,自然书写能力下降31%;部分残障患者在使用脑机接口控制辅助设备后,逐渐丧失了健康肢体的运动能力,形成“技术依赖”。这种依赖,不仅是生理层面的,更是心理层面的——当人类习惯了技术的辅助,自我认知会逐渐向“依赖技术的个体”转变,自然能力的丧失会进一步加剧身份认同的危机。
面对人机融合带来的身份认同危机,我们需要保持对技术的敬畏之心。脑机接口的商业化,不应以牺牲人类的自然属性与自主意识为代价,而应在“增强人类”与“保持自我”之间找到平衡。企业在研发与推广产品时,应充分告知用户技术可能带来的心理影响,提供心理辅导与适应训练;同时,社会应加强对脑机接口技术的科普,引导公众理性看待人机关系,树立正确的自我认知。

社会公平:技术鸿沟与阶层固化的隐忧

脑机接口技术的商业化,不仅改变个体命运,更可能重塑社会结构。由于脑机接口技术的研发与应用成本高昂,初期仅能被少数人获取,这可能导致新的技术鸿沟,加剧社会不平等,甚至形成“神经增强阶层”与“自然人类阶层”的对立,引发严重的社会公平问题。
医疗场景中,脑机接口的成本门槛已形成公平性挑战。侵入式脑机接口的植入手术费用高达数万美元,非侵入式高端设备的价格也在万元以上,这使得多数普通家庭难以承受。尽管医保政策逐步覆盖部分脑机接口医疗服务,但仍有大量患者因费用问题无法使用这项技术。
消费级与增强型脑机接口的商业化,将进一步扩大社会鸿沟。神经专注力训练设备可使学生考试成绩提升28%,金融交易员通过神经反馈训练可使决策速度加快37%,这些增强型应用,若仅能被高收入群体获取,将形成“认知优势阶层”。调研显示,高收入群体使用神经增强设备的比例(65%)是低收入人群(12%)的5.4倍,这种差距在教育、就业、社交等领域不断放大,导致低收入群体陷入“认知劣势-机会减少-收入更低”的恶性循环,加剧阶层固化。
应对脑机接口带来的社会公平问题,需要政府、企业与社会的共同努力。政府应加大对脑机接口技术的公共投入,通过医保覆盖、公益项目等方式,降低弱势群体获取技术的成本;同时,出台政策限制神经增强技术的滥用,禁止在教育、就业等领域使用增强型脑机接口设备,维护公平竞争环境。企业应承担社会责任,推出面向低收入群体的平价产品,开展公益捐赠与技术帮扶,缩小技术鸿沟。社会应加强对技术公平性的监督,引导公众关注弱势群体的需求,推动脑机接口技术的普惠化发展。
未来,当脑机接口真正融入人类生活,我们或许会忘记“人机”的边界,忘记技术的存在。但我们永远不应忘记,技术的终极目标是服务于人类,是让每个生命都能获得尊严与价值,是推动人类文明向更高级、更公平、更美好的方向发展。这才是脑机接口商业简史背后,最值得坚守的人文底色。
 
本文作者
蔡维熹
      上海师范大学文学学士、四川大学文学硕士,创生文化研究员兼财经作者。
罗思敏
       创生文化研究员兼财经作者,电子科技大学公共管理专业硕士研究生。代表作品:《马斯克工作法》。
 

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