侵入式脑机接口才是真正能带来颠覆性变革的技术未来将开拓下一代神经系统疾病医疗市场

20多年前，《黑客帝国》上映，影片中展示的连接人脑和电脑的大型装置令人深刻印象， 这套设备便是脑机接口。在2018年的电影《升级》中，脑机接口进化成为一个微小的芯片，融合人工智能，让高位截瘫病人恢复正常。

“其实，通过科幻电影就能看到脑机接口的发展历程。”宁矩科技联合创始人白硕告诉生辉。“20年前《黑客帝国》的脑机接口需要电缆和主机，整个装置非常庞大，属于上一代设备，而3年前《升级》中所展示的才是未来10年脑机接口的发展方向。而这也是我们正在研发中的下一代脑机接口，特点是无线、微型、多通道、采集刺激一体。”

虽然脑机接口的概念早在几十年前就已經提出，但直到马斯克创立了Neuralink才真正被引爆，脑机接口正式进入大众视野，同时也得到了资本的青睐。

宁矩科技联合创始人白硕

宁矩科技成立于2019年11月，是清华大学电子系孵化的科技公司，主要聚焦脑机接口材料、芯片与系统。该公司整合集成电路技术和生物材料技术于一体开发下一代脑机接口， 自主研发可长期植入的无线超小信息交互终端设备， 为高数据通量的神经信号获取与解析、神经行为的干预与调控提供解决方案。

据悉， 宁矩科技于今年3月完成数百万美元的Pre-A轮融资，投资方为经纬创投;11月， 完成亿元人民币的A轮融资，由华盖资本、Prosperity7Ventures联合领投，经纬创投跟投。

首款脑机接口商用芯片完成流片

脑机接口可以看作是芯片技术和生物材料这两个毫不相干领域的有机融合，存在一定技术壁垒，宁矩科技的研发团队均来自生物材料、芯片及软件等专业，博士占比超过70%。

目前，宁矩科技自研的首款脑机接口专用系统级芯片已经流片成功，预计明年搭载自研芯片的设备可实现量产。据了解，这款芯片面积约0.5cm?，拥有128通道，同时还集成了采集刺激模块、无线发射模块以及算法模块。

宁矩科技脑机接口专用芯片

“内在驱动外在，芯片技术升级驱动整个设备升级，而这带来的是应用场景颠覆性的变化。”白硕表示。伴随着芯片的升级，比如通道更多、抗噪更强、体积更小、功耗更低、集成度更高，同时还兼具无线传输。

虽然国内也有一些脑机接口公司从事芯片设计，但大部分只是用于展示，并没有真正落地实现量产和商用。“NeuraMatrix专用芯片设计是内核驱动，并且已经推出了国内首款商用芯片，未来可以搭载在医疗设备中进行大规模量产和使用。技术，可以说是我们核心的竞争力，同时也是资本比较看好的原因。”他指出。

明年计划推进到人体试验阶段

大脑中的神经元通过电信号（神经元放电）执行功能，这也是脑机接口所需要获取的信号，频率范围在2Hz～20000Hz之间。电信号由大脑的神经元发出经过组织、颅骨等传导到脑外，高频信号大幅衰减，因此在脑外只能采集到<100Hz的低频信号。

所以，非侵入式的脑机接口设备（如脑电帽）只能执行一些“初级功能”，比如在安静的环境中监测睡眠质量等。

“在我看来，非侵入式脑机接口更多的应用仅仅是一种辅助手段，而侵入式脑机接口才是真正能给我们带来颠覆性变革的技术。”他补充说。

宁矩科技主导“采集刺激一体化”的侵入式脑机接口，除了电信号采集，还能够进行电刺激干预。从发病机理角度来看，帕金森综合症、癫痫等疾病其实是不同脑区的一些核团存在异常电信号，这些信号通常为高频信号且位于大脑深处，非侵入式脑机接口难以监测和刺激。

动物试验植入电极

侵入式脑机接口通过将电极植入到大脑该区域，即可精确地获得该脑区从低频到高频的所有信号，同时还可以通过实时地、精准地电信号刺激进行“干预”，进而实现对该疾病的治疗。“对于神经系统疾病的研究和治疗，甚至未来对于人体机能增强、记忆的读写等， 只能通过侵入式脑机接口实现。”白硕指出。

以帕金森病为例，目前缓解或治疗该病通常是在患者大脑植入脑起搏器（DBS）来实现的。DBS是诞生于20年前的医疗设备，“而我们要做的（脑机接口）属于下一代设备。” 他说。DBS治疗需要进行开颅手术植入电极以及皮下走线，将DBS主机（约半个手掌大小）植入到患者锁骨位置，对患者造成的痛苦和风险都比较大。

另外，DBS搭载的是通用芯片，大都为单通道刺激，无法进行信号采集，整个设备功耗较高。“我们脑机接口无线设备体积为骰子大小，通过微创手术即可完成植入，整个设备功耗为微瓦级别，搭载专用芯片，能够实现多通道采集刺激一体化。” 他补充道。

目前，宁矩科技已经与国内公司展开合作，在帕金森综合症和癫痫等疾病的信号采集方面取得了较大进展，不但体积更小，而且能够实时监控、无线传输等。“未来一年内我们或可推进到人体试验阶段。” 白硕指出。

现阶段主攻科研设备，未来转向医疗器械

目前， 我国的高端科研设备和医疗器械主要依赖于进口。从事脑科学研究离不开脑机接口设备，而就在不久前，美国商务部计划将脑机接口技术列入出口管制，研发具有中国自主产权的脑机接口迫在眉睫。

现阶段， 宁矩科技正为一些科研院所（比如中科院、清华等）以及大型医院（比如天坛医院、宣武医院等）提供科研设备，另外，也将基于客户需求进行设备的优化改进和迭代升级，同时，还针对帕金森综合症、癫痫、脊髓瘫痪和面瘫等疾病与医院一起探索全新的治疗方案。

“现阶段，NeuraMatrix的主要业务是科研设备，而未来将会转向医療器械，包括二类以及三类医疗器械。”白硕表示。据介绍，宁矩科技将开发一种“电子颅骨”，通过在颅骨开小孔进行电极植入，将把芯片、电池等设备镶嵌在颅骨上，全程只需要一个微创手术即可完成，减少患者所受痛苦，手术的难度和风险也会大幅降低。

“NeuraMatrix中长期的发展规划主要是针对疾病，特别是神经系统疾病。”白硕表示。据了解，如今包括癫痫、帕金森病、阿尔茨海默病等在内的神经系统疾病已经超过肿瘤成为全球第一大类疾病，依托脑机接口微型化和多通道等优势，能够让先前难以治愈的疾病得到很好的治疗。另外，以前做动物试验过程中并没有建模规范，未来可以通过脑机接口对治疗前中后期的各项指标进行量化评价。

技术层面国内外差距不大

关于国内外的脑机接口企业， “ 我认为，国内外的公司其实不存在特别大的竞争关系，因为目前还远没到‘星火燎原的地步，这些公司都在不同的技术层面、应用层面进行各种探索和尝试。”白硕说道。

公司层面，目前国外从事脑机接口研究的企业数量并不算多，较有代表性的是马斯克的Neuralink，而国内的脑机接口企业根据侧重点不同，主要分为几类：

提及为什么选择从底层技术进行推进，白硕认为，“我们基于自身的技术积累，从底层技术、芯片设计做起，以期在未来的一些应用场景提供全新的解决方案，毕竟，只有底层技术进步才能为脑机接口整体应用带来质的飞跃。”

“技术层面，我觉得国内外的差距不是很大，宁矩科技自主研发的芯片、设备等参数并不比马斯克的Neuralink落后很多，甚至一些参数指标（比如功耗、抗噪等）还更有优势。”白硕指出。“宁矩科技团队成员大都是海外归国，时间上也基本与马斯克的Neuralink同时起步。更为关键的是，未来依托中国庞大的市场规模，医疗受众、落地场景等甚至可能比国外还要更好。”他补充道。

随着对侵入式脑机接口研究的不断深入，“医疗领域肯定是首先获益的。”白硕指出。未来只需要通过微创手术植入一个微型设备，就能让神经系统疾病患者能够像正常人一样生活。

从本质上来讲，脑机接口解决的其实是通讯问题（即信号的收发），相较于低效的声波，脑电波显然是一种更为高效快速的信息交互方式，从长远来看，脑机接口未来将会替代人类目前这种交流方式。正如刘慈欣在科幻小说《乡村教师》中所描述的：高等文明的交流方式不应该是通过声波传递的。

不久的将来，随着6G、量子通信等技术解决了超大数据量的传输问题，届时其搭配的终端很有可能就是脑机接口设备，通过植入一个微型设备与人体神经系统直连，人们可以通过意念进行交流， 甚至是视觉的共享、记忆的交互等都能够实现。

“ 不夸张地说， 科幻电影中的很多场景，10年之后就可以变成现实。”白硕总结道。