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Neuralink：让失明者重见光明，让瘫患者再次行走，让人类与AI融合永生

硅谷科技评论 SV Technology Review 2024-04-14

脑机接口 (BCI) 的历史可以追溯到 1924 年 Hans Berger 通过脑电图发现人脑电活动。然而，深入的 BCI 研究始于 20 世纪 70 年代的加州大学洛杉矶分校 (UCLA)的雅克·维达尔（Jacques Vidal）教授，他首次提出了“脑机接口”一词。1998 年，菲利普·肯尼迪 (Phillip Kennedy) 将第一个侵入性脑机接口植入人体，取得了突破。


2003 年, John Donoghue 推出了最初的 BCI 游戏“BrainGate”，而在 2004 年，Matt Nagle 成为第一个接受植入侵入式 BCI 系统的人，为四肢瘫痪的人带来了希望。此后十年脑机接口研究激增，最终在 2012 年《自然》杂志上发表了两项开创性研究，展示了脑机接口系统如何实现神经手臂控制以及瘫痪后手臂运动的恢复。


脑机接口分为三个不同的类别：非侵入式、部分侵入式和侵入式。脑电图 (EEG) 是非侵入性脑机接口的一个例子。它们价格实惠且易于使用，无需手术。然而，它们的潜力受到头骨对信号阻挡的限制，导致信号较弱。另一方面，侵入性脑机接口需要通过手术植入患者头部，并且风险较高。好处是它们可以捕获具有更好信号质量的神经元活动。这使它们有可能帮助治疗神经退行性疾病，如瘫痪、癫痫、脑损伤、肌萎缩侧索硬化症 (ALS)、帕金森病和阿尔茨海默病。目前世界上近六分之一的人口患有神经系统疾病。随着全球人口持续老龄化，出现越来越多的神经退行性疾病患者，对侵入式脑机接口及其潜在应用的需求可能会增加。


Neuralink 是一家侵入式 BCI 公司，其短期目标是治疗四肢瘫痪等各种神经系统疾病，由埃隆·马斯克 (Elon Musk) 于 2016 年创立，旨在为大脑创建另一个“层”，以补充边缘系统等现有层的功能系统和皮质。正如马斯克在 2017 年的采访中所说：


“我们在某种意义上已经拥有了数字化的第三层，你有电脑、手机或者应用程序。你可以通过谷歌提出问题并立即得到答案。你能访问任何书籍或音乐。使用电子表格，你可以进行惊人的计算……我认为人们现在还没有意识到的是，他们已经是赛博格（半机械人）了。”


Neuralink 试图通过将人机界面转变为比当前计算界面更直接的方式（即通过 BCI）来加速这一趋势。作为少数获得授权启动人体临床试验的公司之一（ 2023 年 9 月获得），以及埃隆·马斯克 (Elon Musk) 在 Tesla、OpenAI、The Boring Company 和 SpaceX 等初创公司取得的成功声誉，Neuralink有机会首次向市场大规模提供BCI技术。（点击底部左下角阅读原文）




一、创立故事


Neuralink 由埃隆·马斯克于 2016 年创立。

2016年，在一次旅行途中，马斯克用拇指在手机上打字，随后就开始抱怨打字特别浪费时间。从大脑发出信息到在设备上完成打字输入，每秒的信息传输速度只有大约100比特。马斯克意识到，人机界面发展到最终形态，一定不是现在的手机，而是一款能将计算机直连大脑的设备，比如在人的头骨内放置芯片，可以将大脑信号发送给电脑并接收信号回传，这样可以让信息往返的速度提高100万倍。

马斯克在决定 Neuralink 的创始团队之前会见了超过 1000 名潜在候选人。加入马斯克的创始团队的八名成员是 Max Hodak（杜克大学生物医学工程专业毕业，老师是被很多国内媒体炒作为脑机接口之父的尼科莱利斯Miguel Nicolelis，法国科学院院士、巴西科学院院士，也是美国现代应用性脑机接口技术最为重要的奠基人之一）、Benjamin Rapoport、Dongjin Seo（工程副总裁）、Paul Merolla、Philip Sabes、Tim Gardner、Tim Hanson 和 Vanessa Tolosa。

Hodak 从 Neuralink 公司成立到 2021 年初一直担任总裁，后面离职创立Science。自 2023 年起，投资银行家出身的Jared Birchall 担任 Neuralink 首席执行官。Birchall 还在 Musk 家族办公室 Excession LLC 担任董事总经理。更多埃隆·马斯克的核心朋友圈：投资人、研究者、家人。

2017年1月，公司从神经科学家Mohseni和Nudo手中收购了“Neuralink”商标。2017 年 4 月，Neuralink 成立，最初总部位于旧金山 Mission District，后来将总部迁至加利福尼亚州弗里蒙特。其使命是开发先进的大脑设备来治疗重大的大脑相关疾病。除了这个近期目标之外，Neuralink 的长期愿景还围绕着人类与人工智能的融合，甚至通过上传人类意识到云端，实现数字永生。马斯克的这一灵感来自于伊恩·M·班克斯（Iain M. Banks）的《文化》（The Culture ）系列中描绘的神经蕾丝这一科幻概念。


二、公司产品


Neuralink 的产品是一种无线完全植入式 BCI。它可以分为三个基本部分：植入物、应用程序和手术机器人。埃隆·马斯克 (Elon Musk) 在 2020 年 Neuralink 直播中将 Neuralink 产品描述为“有点像头骨中带有细线的 Fitbit”。N1植入物也被称为“Link”，这种神经芯片只有硬币大小，通过手术放置在头骨下方，并配备了用于记录和发射电流的电极。它连接到分布在负责运动技能的大脑不同部分的神经线。该技术旨在解码和刺激大脑活动，实现人脑和计算机之间的直接通信。Neuralink 还在开发一款配套应用程序，允许个人仅用自己的想法来控制键盘和鼠标。

Neuralink 的主要目标是促进大脑和计算机之间的通信。它的植入物记录并解释神经信号，通过电刺激将信息传输回大脑。这项突破性技术有可能使截瘫患者恢复活动能力，并为先天失明的人带来视力。为了促进复杂的手术过程，Neuralink 开发了一款专为完全自动化而设计的神经外科机器人。总体而言，公司正试图在使脑机接口的易用性和实用性方面取得突破。

1、 N1 植入体


N1 植入体是一种完全植入的神经记录和数据传输设备，配有约 1K 电极。根据 2019 年发布的白皮书，该链接的早期版本由微芯片面板、电池和沿着比人类头发还细的神经线分布的约 3K 电极组成。N1 植入体的目的是在植入后取代一块头骨，并且完全隐形并能够无线传输数据。

Source: Neuralink

在 2020 年的产品更新中，N1 植入体能够捕获超过 1K 通道的信息，每个通道以每秒 200 兆比特的速率传输数据。该设备的尺寸也缩小到一枚大硬币的大小，宽度为 23 毫米，厚度为 8 毫米。此外，之前连接电极所需的所有接线都被压缩到的厘米级别。单个大脑半球中可放置近 10 个 N1 植入物接口。

生物相容性外壳：N1植入体密封在生物相容性外壳中，可以承受比人体严酷数倍的生理条件。

Source: Neuralink

电池：N1 植入体由小型电池供电，可通过紧凑型感应充电器从外部无线充电。植入体的电池寿命为一天。

Source: Neuralink

芯片和电子产品：先进的定制低功耗芯片处理神经信号，将其无线传输到 Neuralink 应用程序，Neuralink 应用程序将数据流解码为动作和意图。

线程：N1 植入体包含柔性电极线阵列，每个阵列最多约 1K 个电极，分布在 64 个线程上。这些高度灵活的超细螺纹是最大限度减少植入期间及术后损伤的关键。这些线的宽度为 4 至 6 微米，比人类的头发还细得多。

2、手术机器人


N1种植体的螺纹非常细，无法靠人手插入。因此，Neuralink 打造了一款手术机器人，能够可靠、高效地将这些线准确地插入到需要的位置。插入植入体的手术是无血的，因为机器人中的传感器引导切割刀片，以避免破裂任何血管。该机器人每分钟能够插入 6 个螺纹（192 个电极）。正如一位 Neuralink 副总裁所描述的：

“它能够操纵这些只有几个红细胞宽的细线，并将它们可靠地插入移动的大脑中，同时避开脉管系统。”


Source: Card79

整个种植手术过程不到一个小时，无需全身麻醉，患者当天即可出院。Neuralink 打算让患者在 Neuralink 应用程序的帮助下控制他们的设备。



三、市场格局


1、公司客户


Neuralink 目前还没有任何客户。但在2023年9月19日，公司已获得独立机构审查委员会的审查批准，第一个医院选址已获得批准，现在开始为其脑部植入物的首次人体试验招募瘫痪病人。这项研究大约需要 6 年才能完成。在研究期间，患者将与 Neuralink 专家团队进行定期随访，监测进展，确保 Neuralink BCI 按预期工作。


Neuralink 最初设想的应用是帮助瘫痪者使用电子设备，并为失明者提供视力恢复。根据马斯克的说法，后续版本将能够“将信号从大脑中的 Neuralinks 分流到身体运动/感觉神经元簇中的 Neuralinks，从而使截瘫患者能够再次行走。


2、市场规模


2022 年，全球 BCI 市场估值为 17 亿美元，预计到 2030 年将以 17.5% 的复合年增长率增长。市场增长可能是由阿尔茨海默病、帕金森病和癫痫等神经退行性疾病的患病率不断上升以及BCI 技术的改进及其应用的扩展。

预计医疗脑机接口将在不久的将来在解决神经退行性疾病方面发挥至关重要的作用。据世界卫生组织 (WHO) 称，到 2050 年，2017 年痴呆症患者人数预计将增加两倍以上，从 5,000 万增至 1.52 亿。此外，世界卫生组织在 2013 年估计，有 25 万至 50 万患者患有痴呆症。每年都有脊髓损伤（SCI）。

瘫痪对一个人有效使用计算机或智能手机的能力的影响是巨大的。这一限制凸显了脑机接口的潜力，因为它们可以帮助瘫痪的个人更无缝地与技术交互。预测表明，到 2025 年，富裕国家可能会因医疗原因而看到大约 5000 万 BCI 的潜在受益者。这表明对 BCI 技术的需求不断增长，以提高患有各种疾病，从神经退行性疾病到麻痹。


3、行业竞品


Synchron
成立于 2012 年，是 Neuralink 的主要竞争对手，由澳洲墨尔本大学神经科学专家托马斯·奥克斯利（Thomas Oxley）创立。该公司开发了一种血管内脑机接口，可以利用血管访问大脑的每个角落。其设备 Stentrode 被放置在运动皮层旁边的静脉中，旨在使患者能够无线控制数字设备。相比起Neuralink方案，Stentrode的最大优势是不用进行开脑手术，即可在脑内置入BCI设备，减少手术对患者造成的发炎反应。一般来说，患者接受开脑式植入手术后，通常要住院3至7天；采用静脉式微创手术，病人仅需留院48小时就能回家了。2020 年，Stentrode 获得了 FDA 的突破性器械称号（ Breakthrough Device Designation）。2021 年，Synchron 获得了 FDA 研究设备豁免（ Investigational Device Exemption），以进行永久植入式 BCI 的试验。迄今为止，该公司已筹集总资金 1.45 亿美元。2022 年 12 月，该公司筹集了由 ARCH Venture Partners 领投的 7500 万美元 C 轮融资。其他著名投资者包括比尔·盖茨和杰夫·贝佐斯。

Blackrock Neurotech
成立于 2008 年，总部位于盐湖城，是最早、研究最广泛的 BCI公司，已发表超过 1,700 项研究，并进行了 19 年的人体研究。该公司得到了 Peter Thiel 的支持，他于 2021 年投资了 1000 万美元。该公司的核心技术基于 Utah Array，这是一种于 2004 年首次植入人体的 BCI。该公司的设备还于 2021 年获得了 FDA 的突破性认定。该公司声称已经在全球 31 名患者身上安装了 BCI。然而，Neuralink 的植入物可以在多个点捕获更多脑细胞活动，并且是无线的，而 Blackrock Neurotech 的设备捕获单个点的活动并且有电线。该公司在 2021 年筹集总资金 1000 万美元。

Kernel
成立于 2016 年，致力于构建非侵入性测量大脑和构建生物标记的技术。Kernel 的硬件和软件组合使研究人员能够进行先进的神经科学研究，而无需使用 MRI 机器等大型设备。Kernel 的神经科学即服务 (NaaS) 模型有两个组成部分。Flux 检测大脑中神经元集体活动产生的磁场（即磁通量）。Flow 检测皮质血流动力学，代表神经活动（即血流）。2020 年，Kernel 在 General Catalyst 领投的 C 轮融资中筹集了 5300 万美元，使其总融资额达到 1.53 亿美元。

CTRL Labs
成立于 2015 年，是一家总部位于纽约的初创公司，开发了一款腕带，可将神经肌肉信号转换为机器可解释的命令。CTRL Labs 的旗舰产品是 CTRL-kit，这是一种无线、非侵入性肌电图 (EMG) 设备，可将神经信号转化为控制信号。CTRL 套件设计用于各种应用，包括游戏、生产力和医疗保健。该公司于 2019 年被 Meta 以 5 亿至 10 亿美元的价格收购。Facebook 的 AR 主管 Andrew Bosworth 是这样描叙其愿景：

“它的工作原理是这样的：你的脊髓中有神经元，它们向你的手部肌肉发送电信号，告诉它们以特定的方式移动，比如点击鼠标或按下按钮。”


Neurable
成立于2015年，是一家总部位于波士顿的公司，源自密歇根大学直接脑接口实验室 (UM-DBI)。该公司正在致力于构建“日常”脑机接口。该公司推出了智能耳机，其耳垫中植入了柔软的脑电图传感器。这些耳机可以以接近实验室级的精度检测大脑活动模式，使用户能够用思想控制智能手机、计算机和其他设备。它的设备还可以测量大脑活动，以生成简单、实时的见解。2023 年 4 月，爱普生公司向 Neurable 投资了一笔金额未披露的资金，已披露的融资总额为 980 万美元。

Paradromics
成立于 2015 年，是一家总部位于奥斯汀的脑机接口 (BCI) 公司，致力于将与人脑的直接数据接口推向市场，旨在为未满足的医疗需求提供技术解决方案。它的第一个临床应用是一种辅助通讯设备，适合那些失去说话或打字能力的患者。迄今为止，该公司已通过 NIH 和 DARPA 获得了 7000 万美元的风险投资和 1800 万美元的公共资金。


四、商业模式


虽然 Neuralink 仍处于研究阶段，尚未部署产品，但该公司提到，植入物一开始会相当昂贵，并预计成本将迅速下降，最终稳定在几千美元的范围内，包括机器人手术的费用。马斯克将 Neuralink 植入手术与 LASIK（眼科屈光手术）进行了比较，目前在美国，LASIK 每只眼睛的费用约为 2400 至 3200 美元。



五、重大进展


2017年，公司与加州大学戴维斯分校加州国家灵长类动物研究中心（CNPRC）合作开展基于动物的研究。

2020 年，他们开设了一个饲养场，饲养农场动物和恒河猴。2020 年，Neuralink 还获得了 FDA 的突破性设备认定，用于有限的人体测试。

2020年8月，公司在一头名叫格特鲁德（Gertrude ）的猪身上展示了其BCI设备，为期两个月。这些设备被植入其大脑控制鼻子的部分，并显示神经信号和格特鲁德抽鼻子之间的实时相关性。

2021 年 4 月，该公司发布了一段视频，视频中一只 9 岁的猕猴 Pager 正在玩 MindPong，其大脑两侧都植入了 Neuralink 设备。


Source: Neuralink
2023年5月，公司获得FDA批准启动首个人体临床研究。


六、公司估值


Neuralink 的最新一轮融资是 2023 年 8 月进行的 2.8 亿美元 D 轮融资，估值未公开，由 由彼得·蒂尔（Peter Thiel）的Founders Fund 领投。此轮融资使公司总融资额达到 6.43 亿美元。在此之前，2023 年 6 月的老股交易对该公司的估值为 50 亿美元，而 2021 年的估值为 20 亿美元。在 FDA 同月批准该公司进行人体临床试验之后，估值飙升了 2.5 倍。

此前，Neuralink已完成7轮融资，共筹集6.43亿美元，投资者有马斯克、创始人基金、Vy Capital、Vantage Legacy Capital、谷歌风投（Google Ventures）以及个人投资者Robert Nelsen、Fred Ehrsam等。2023年的C轮融资并未披露具体金额，2021年C轮融资募集2.05亿美元；2019年，完成0.51亿美元的B轮融资。详见AI周报014期  全球AI初创盛宴，30家公司获10亿美金，Neuralink、Modular、MindsDB……


七、投资机会


1、BCI 市场拓展

投资者对 BCI 的兴趣与日俱增。2021年脑机接口初创公司的融资额达到5.31亿美元，比2020年增长了近四倍。该行业也吸引了医疗器械和制药公司的关注。正在进行的研究重点是开发针对大脑和脊柱疾病、睡眠障碍和脑血管疾病等危重疾病的治疗方法，预计也将有助于 BCI 市场的扩张。

2、监管变化

监管环境正在出现调整，以反映人们对脑机接口日益增长的兴趣。例如，雅培（Abbott）用于治疗抑郁症的深部脑刺激系统获得了 FDA 突破性设备指定。NIH 还向 BCI 公司提供资助，作为 2013 年设立的 BRAIN 计划（通过推进创新神经技术进行脑研究）的一部分。该计划 2023 年的总体资助限额约为 6.8 亿美元。

2010 年一份关于 FDA 对美国医疗器械监管权力执行情况的报告得出的结论是，FDA 的“不可预测、低效且昂贵的监管流程正在危及美国在医疗技术创新领域的领导地位”。随后，FDA 自此改变了对神经设备开发的立场。

FDA 于 2021 年 5 月发布了一份题为“用于瘫痪或截肢患者的植入式脑机接口（BCI）设备”的 BCI 指导文件，承认植入式 BCI 设备对严重残疾患者的潜在益处。为了促进市场准入，FDA 制定了“突破性器械计划”，强制要求 FDA 在 30 天内对人体试验申请做出回应，从而减少了公司寻求机构批准所花费的总时间。

3、技术进步

计算和传感器技术的进步预计将推动 BCI 市场的增长。在过去的几年里，该行业不仅在脑电波传感器的准确性方面取得了进步，而且在信号检测的质量方面也取得了进步。从长远来看，在 Neuralink 之前， BCI 系统只有不超过 256 个电极，连接器穿过皮肤，需要医疗协助才能连接 BCI。相比之下，Neuralink 每个阵列有超过 3K 个电极。Neuralink 还声称模拟像素比其他最先进的设备至少小 5 倍。


八、主要风险


1、创始团队退出


到目前为止，八名创始成员中有六人离开了 Neuralink。2021 年，Neuralink 联合创始人兼总裁 Max Hodak 离开了公司。如此多的创始成员和关键员工的离职引起投资人对 Neuralink 的担忧。这可能表明该公司正面临内部问题，或者没有达到包括埃隆·马斯克在内的投资者的期望。Neuralink 前员工声称，经常面临着按不切实际的时间表交付的巨大压力，这可能会导致员工不满。还有报道称，由于监管审批延迟，马斯克对其主要竞争对手 Synchron 进行了投资。

2、安全问题

Neuralink 的监管风险主要围绕与 FDA 标记的设备相关的重大安全问题。这些担忧包括该设备的锂电池可能会损害脑组织。植入物的微型电线也有可能迁移到大脑内的非预期区域，并且在不损坏脆弱脑组织的情况下安全移除该装置存在不确定性。解决这些潜在危险并确保设备的安全性和有效性对于 Neuralink 神经接口技术的监管环境和获得批准至关重要。

3、市场接受度


将脑机接口用于商业目的可能会遭到公众的质疑。一项调查显示，83% 的美国人希望使用比医疗器械更高的标准来测试植入物。公众还预见到广泛采用脑芯片来增强认知会产生不利后果，并对贫富差异和网络安全漏洞表示担忧。出于隐私考虑，美国一些州已通过法律禁止侵入性微芯片或其他植入物。然而，在解决瘫痪等医疗疾病患者的问题时，77% 的美国人支持使用脑机接口。

4、虐待动物的报告


2022年，有报道称，由于担心可能违反动物福利标准，该公司正在接受联邦调查。这项调查是由员工内部投诉引发的，他们声称该公司的动物测试程序正在加快，导致测试对象出现不必要的痛苦和死亡。然而，2023 年 7 月，美国农业部 (USDA) 得出结论，除了该公司之前报告的 2019 年事件外，没有违反动物研究规则的情况。然而，公司的声誉风险以及与监管机构发生冲突的可能性仍然存在。


九、总结


Neuralink 从脑机接口 (BCI) 的历史演变中汲取灵感，旨在弥合人类认知和人工智能之间的差距。通过将脑机接口集成到人脑中，Neuralink 希望创造一个未来，让瘫痪不再成为运动和交流的障碍，让心理健康问题找到新的治疗途径，让人类对大脑的理解加深到无法估量的程度。

然而，与任何创新一样，挑战也比比皆是。Neuralink 已获得充足的资金和临床试验批准，处于创建商业上可行的 BCI 的最前沿。这些接口有可能解决传统制药方法尚未解决的医疗问题。


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