前言：全球產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)顯示，腦機(jī)接口企業(yè)已逾800家，分布于50余個(gè)國(guó)家。Meta、谷歌、亞馬遜、蘋(píng)果及埃隆·馬斯克旗下Neuralink等科技巨頭均在該領(lǐng)域布局。其中采用侵入式方案的Neuralink具有代表性。

作者 | 方文三

圖片來(lái)源 |  網(wǎng) 絡(luò) 

蘋(píng)果腦機(jī)接口首次亮相 

全球首批能夠運(yùn)用[意念]操控包括iPad在內(nèi)的蘋(píng)果設(shè)備的肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）患者誕生。

實(shí)現(xiàn)這一突破的關(guān)鍵，在于腦機(jī)接口公司Synchron研發(fā)的Stentrode。

此設(shè)備迥異于大眾印象中的腦機(jī)接口——Stentrode是一套高科技的[血管內(nèi)微金屬支架]。

其植入原理與清除血栓的血管支架頗為相似。但該支架上集成了多個(gè)電極，能夠靈敏地通過(guò)患者的腦血管，精確捕捉神經(jīng)信號(hào)。

與之配套的，是蘋(píng)果公司推出的一套全新人機(jī)交互協(xié)議：BCI HID（腦機(jī)接口人機(jī)交互標(biāo)準(zhǔn)）。

此舉標(biāo)志著蘋(píng)果首次將[腦信號(hào)]納入其操作系統(tǒng)的原生輸入方式，使之與觸控、鍵盤(pán)及語(yǔ)音輸入并列。 

患者所使用的Stentrode是一種細(xì)如發(fā)絲、形似支架的腦機(jī)接口設(shè)備。

它經(jīng)由血管植入至大腦運(yùn)動(dòng)皮層附近的靜脈中，設(shè)備上的電極陣列負(fù)責(zé)捕捉神經(jīng)信號(hào)，再通過(guò)算法解析用戶意圖，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字設(shè)備的控制。

尤為關(guān)鍵的是，該設(shè)備首次實(shí)現(xiàn)了與蘋(píng)果生態(tài)系統(tǒng)的原生集成。

此項(xiàng)集成的核心在于蘋(píng)果公司于今年五月推出的全新協(xié)議——BCI HID（Brain-Computer Interface Human Interface Device），即腦機(jī)接口人機(jī)交互標(biāo)準(zhǔn)。

此協(xié)議可視為人腦與iOS、iPadOS、visionOS之間的[通用交互語(yǔ)言]，正式確立了腦電波作為與觸控、鍵盤(pán)、語(yǔ)音并列的合法輸入方式。

通過(guò)接入iOS的切換控制（Switch Control）無(wú)障礙功能，Stentrode用戶得以運(yùn)用腦電信號(hào)替代按鈕操作，完成點(diǎn)擊或滑動(dòng)等指令。

與傳統(tǒng)輔助設(shè)備不同，BCI HID 屬于真正意義上的閉環(huán)交互系統(tǒng)。

該系統(tǒng)不僅能檢測(cè)用戶神經(jīng)活動(dòng)，還可實(shí)時(shí)提供上下文信息，從而顯著提升解碼精度與響應(yīng)速度。

其核心功能在于將特定神經(jīng)活動(dòng)模式直接映射至系統(tǒng)快捷指令：想象點(diǎn)擊手指動(dòng)作對(duì)應(yīng)返回主屏幕指令，想象握拳動(dòng)作對(duì)應(yīng)打開(kāi)消息指令，想象揮手動(dòng)作對(duì)應(yīng)啟動(dòng)視頻通話指令。

Stentrode 檢測(cè)到的大腦神經(jīng)信號(hào)經(jīng)由靜脈內(nèi)導(dǎo)管傳輸，最終抵達(dá)植入患者胸部皮下的接收裝置，該裝置體積與iPod Shuffle相當(dāng)。

接收器內(nèi)置電池壽命可達(dá)十年，其續(xù)航能力與心臟起搏器電池標(biāo)準(zhǔn)相仿。

該裝置通過(guò)藍(lán)牙將神經(jīng)指令傳輸至患者計(jì)算機(jī)或iPad終端，使其能夠操作短信功能并控制各類應(yīng)用程序。

完成Stentrode植入后，患者需在Synchron專業(yè)人員指導(dǎo)下進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)訓(xùn)練，通過(guò)嘗試激活不同身體部位對(duì)應(yīng)的神經(jīng)信號(hào)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備適配。

蘋(píng)果正在開(kāi)發(fā)讓腦機(jī)接口（BCIs）將大腦信號(hào)轉(zhuǎn)化為選擇、控制和操作 iPhone、iPad、Mac 以及 Apple Vision Pro 界面的能力。

蘋(píng)果公司與Synchron合作，以其腦機(jī)接口（BCI）技術(shù)為例，該設(shè)備通過(guò)微創(chuàng)血管內(nèi)手術(shù)植入大腦運(yùn)動(dòng)皮層，具體定位于血管表面。

設(shè)計(jì)理念分歧形成的技術(shù)性能差異

Neuralink的N1設(shè)備具備超過(guò)1000個(gè)電極通道，可獲取更豐富的神經(jīng)信號(hào)；而Stentrode僅配置16個(gè)電極。

N1采用高密度侵入式植入方式，其電極直接接觸腦組織，故采集的神經(jīng)信號(hào)更為豐富，可轉(zhuǎn)化為更高精度的光標(biāo)控制與鍵盤(pán)輸入功能。

既往研究顯示，Neuralink受試者通過(guò)意念操控光標(biāo)的速度，甚至超越部分傳統(tǒng)鼠標(biāo)用戶的操作效率。

需特別說(shuō)明的是，N1的高侵入性植入方式存在較高手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，可能引發(fā)炎癥或組織反應(yīng)等并發(fā)癥。

相較而言，Synchron的Stentrode植入術(shù)式風(fēng)險(xiǎn)較低、術(shù)后恢復(fù)期短，尤其適用于無(wú)法接受開(kāi)顱手術(shù)的患者群體。

當(dāng)然，Stentrode的技術(shù)局限性在于電極未與神經(jīng)元直接接觸，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量與分辨率受限，數(shù)據(jù)帶寬較窄，僅適用于基礎(chǔ)層級(jí)的神經(jīng)信號(hào)解碼任務(wù)。

Stentrode僅配置16個(gè)電極，其數(shù)量遠(yuǎn)低于Neuralink的N1設(shè)備，這在一定程度上制約了神經(jīng)數(shù)據(jù)的采集與處理規(guī)模。

盡管如此，Stentrode仍能有效檢測(cè)與運(yùn)動(dòng)控制意圖相關(guān)的神經(jīng)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行指令，為用戶提供基礎(chǔ)層級(jí)的神經(jīng)信號(hào)解碼及設(shè)備控制能力。

Neuralink 的N1設(shè)備憑借大量的電極和直接植入腦組織的方式，能夠獲取高分辨率的神經(jīng)信號(hào)。

這使得它在功能實(shí)現(xiàn)上具有明顯優(yōu)勢(shì)，可以支持更為復(fù)雜和精細(xì)的操作。

Neuralink借助高密度電極植入、無(wú)線藍(lán)牙傳輸及人工智能算法整合三項(xiàng)技術(shù)突破，成功將[腦意圖]至[數(shù)字控制]的延遲縮短至毫秒級(jí)。

該系統(tǒng)不依賴傳統(tǒng)視覺(jué)神經(jīng)通路，而是將視覺(jué)信號(hào)以電編碼形式繞過(guò)眼球與視神經(jīng)，直接輸入大腦后皮層視覺(jué)處理區(qū)。

開(kāi)顱植入VS血管支架兩種哲學(xué)觀的不同

馬斯克領(lǐng)導(dǎo)的Neuralink始終秉持著典型的硅谷極客精神——用最鋒利的技術(shù)刀刃刺破生物學(xué)壁壘。

其核心方案是在頭骨上切開(kāi)創(chuàng)口，將包含1024根微絲電極的N1芯片直接植入大腦皮層。

這種侵入式方案的優(yōu)勢(shì)在于能夠近距離捕獲神經(jīng)元級(jí)別的電信號(hào)，理論上可實(shí)現(xiàn)超高分辨率的意識(shí)解碼。

在已公開(kāi)的實(shí)驗(yàn)中，受試者不僅能完成光標(biāo)移動(dòng)、文本輸入等基礎(chǔ)操作，甚至能操控CAD軟件設(shè)計(jì)機(jī)械零件，展現(xiàn)出驚人的復(fù)雜任務(wù)處理能力。

然而，由于大腦會(huì)將植入物視為異物持續(xù)排斥，導(dǎo)致電極陣列逐漸被纖維化組織包裹，最終出現(xiàn)信號(hào)衰減甚至完全失效的問(wèn)題。

數(shù)據(jù)顯示，首位植入者的1024個(gè)電極中有近85%因[線回縮]現(xiàn)象失去功能。

為了維持有效連接，團(tuán)隊(duì)不得不嘗試開(kāi)發(fā)鈦合金替代頭蓋骨等極端方案，進(jìn)一步加劇了手術(shù)復(fù)雜性。

與Neuralink的直線進(jìn)攻策略不同，蘋(píng)果選擇了迂回包抄的戰(zhàn)術(shù)。其采用的Synchron公司開(kāi)發(fā)的Stentrode系統(tǒng)，本質(zhì)上是一種形似心臟支架的微型金屬網(wǎng)架。

該裝置通過(guò)頸靜脈血管輸送至大腦運(yùn)動(dòng)皮層附近，利用血管作為天然導(dǎo)管避免開(kāi)顱手術(shù)。

雖然僅有16個(gè)電極的配置遠(yuǎn)少于Neuralink的千級(jí)規(guī)模，但其獨(dú)特的位置選擇卻頗具智慧——恰好卡在負(fù)責(zé)身體運(yùn)動(dòng)的腦區(qū)上方，精準(zhǔn)捕獲運(yùn)動(dòng)意圖相關(guān)的神經(jīng)沖動(dòng)。

當(dāng)大腦將支架推向組織深處時(shí)，反而形成了穩(wěn)定的固定結(jié)構(gòu)，既減少了排異反應(yīng)，又保證了長(zhǎng)期信號(hào)采集的穩(wěn)定性。

更重要的是，配套開(kāi)發(fā)的BCI HID協(xié)議將腦電信號(hào)轉(zhuǎn)化為蘋(píng)果設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)輸入方式，使意念控制變得像觸摸屏幕一樣自然。

正如中科院院士鄭海榮所言：把大腦當(dāng)成隨意插拔硬件的機(jī)器是一種缺乏想象力的[蠻力工程]，蘋(píng)果的選擇恰恰印證了這句話,與其強(qiáng)迫人類適應(yīng)機(jī)器，不如讓技術(shù)服務(wù)于人的自然狀態(tài)。

結(jié)尾：

這場(chǎng)腦機(jī)接口競(jìng)賽的終極戰(zhàn)場(chǎng)，或許不在實(shí)驗(yàn)室而在標(biāo)準(zhǔn)制定：蘋(píng)果推動(dòng)的BCI HID協(xié)議若成為行業(yè)規(guī)范，將復(fù)制USB接口時(shí)代的生態(tài)霸權(quán)；Neuralink則試圖以[高帶寬數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)]重構(gòu)人機(jī)交互規(guī)則。

部分資料參考：

科技最前線：《意念控制時(shí)代來(lái)臨！馬斯克最新揭秘腦機(jī)接口5大技術(shù)路線》

信創(chuàng)專研社：《七部門(mén)發(fā)文，腦機(jī)接口的未來(lái)已來(lái)？》

       原文標(biāo)題 : AI芯天下丨分析丨蘋(píng)果不用開(kāi)顱的腦機(jī)接口方案，與馬斯克相比存在哪些差異？