得到谷歌青睐?这家华人创办的公司,想让每个人都能玩转脑机接口

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得到谷歌青睐?这家华人创办的公司,想让每个人都能玩转脑机接口
麻省理工科技评论 2020-10-20

2020-10-20

拿来即用的穿戴式脑机接口。
脑机接口
拿来即用的穿戴式脑机接口。

作为世界级的科技巨头,谷歌的很多布局都在不断突破人类对未来的想象。

2013 年,谷歌收购了 8 家机器人公司押注机器人赛道,其中就包括波士顿动力,之后推出的四足机器人 “Big Dog”、人型机器人“Atlas” 以及豹机器人 “Cheetah” 等,犹如是从科幻片中走出来的机械生物,每次露面都让人类震惊不已;2014 年 Google DeepMind 开发出人工智能围棋软件 AlphaGo,被视为 AI 研究里程碑事件,它完胜了李世石、柯洁等围棋顶尖职业棋手,掀起全球 AI 应用浪潮;Google 旗下还有一家生物科技公司 Calico,致力于研究对抗癌症、衰老等相关疾病及延长寿命的黑科技,从基因层面探索“长生不老”。

现在,谷歌又有新动作,它联合了一家由华人科学家创办的公司 BrainCo(强脑科技),以及纳斯达克上市教育公司 Vasta Platform(Somos),推出了一种黑科技教育方案。

这是一套基于先进脑机接口技术、促进课堂教学的教育科技产品,其中用到的非侵入式脑机接口设备由 BrainCo 提供,结合 Somos 与 BrainCo 联合编制的课程内容,搭配谷歌 Chromebook 笔记本电脑即可使用。

据了解,这套脑机接口产品已实现量产,且面对诸多 C 端用户,脑机接口时代真的已经到来了么?

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图|谷歌教育联合 BrainCo 推出的产品

角逐脑机时代

“马斯克用脑机接口技术在猪大脑上做实验,在业内人士看来其实一点也不惊奇。早在 20 多年前,科学家们就开始在猴子身上做实验,而且比 Neuralink 现在的测试要复杂很多,脑科学的相关机理,那时候就已经验证了。”针对 2020 年 8 月马斯克的脑机接口公司 Neuralink 展示在猪脑上植入芯片、实时读取猪脑活动信号的进展,BrainCo 创始人兼 CEO 韩璧丞如此评价。

科学家们对脑机接口的研究已持续了超过 30 年,自 20 世纪 90 年代中期以来,在实验中摸索出来的脑科学知识得到快速增长,多年来在动物实验的实践基础上,应用于人体的植入设备或者穿戴设备被设计制造出来,用于恢复损伤的听觉、视觉或肢体运动能力。

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图|脑机接口猴子实验

简单理解,脑机接口技术就是在人脑、动物脑与外部设备之间建立一种连接通路,允许大脑和外部设备进行双向信息交换。

这个领域中,里程碑式的事件有不少。1999 年,哈佛大学的 Phillip Kennedy 研究团队就在实验中,通过解码猫的丘脑外侧膝状体内的神经元放电信息来重建视觉图像,他们记录了 177 个神经元的脉冲序列,使用滤波的方法重建了向猫播放的八段视频,从重建的结果中可以看到可辨认的物体和场景。

后来,美国杜克大学的 Miguel Nicolelis 团队成为用覆盖广大皮层区域的电极来提取神经信号、驱动脑机接口的代表。他们在 1990 年代完成在大鼠的初步研究后,之后开始在猴子身上做实验,到 2000 年,Nicolelis 的研究组成功实现猴子通过脑机接口设备操控机械臂抓取食物的实验,研究发表在《自然》上。

2016 年 12 月,美国明尼苏达大学的 Bin He 团队让普通人在没有植入大脑电极的情况下,用脑机接口实现物体控制,包括操纵机器臂抓取放置物体和控制飞行器等。

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图|脑机接口用于瘫痪病人实现操控机械臂

2017 年 2 月,斯坦福大学电气工程教授 KrishnaShenoy 和神经外科教授 JaimieHenderson 让三名瘫痪者通过脑机接口控制电脑屏幕的光标,在屏幕上输出了他们想说的话,其中一名患者可以平均每分钟输入 39 个字母。

中国的脑机接口起步稍晚,但追赶速度迅猛。2020 年,浙江大学完成了国内首例植入式脑机接口临床转化研究,患者可以利用大脑皮层信号精准控制外部机械臂与机械手;上海交大已研发出非侵入式设备辅助中风患者进行手部的康复训练;西安交通大学使用脑机接口技术成功使一位高位截瘫失语患者“开声”。

经过数十年的探索历程,脑机接口已然进入技术和产业融合的爆发期,当前颇有百家争鸣之势。

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图|脑机接口还能用于“打字”

从实验室到商业产品

虽然各家脑机接口实验披露的进展吊足了大众的好奇心,但对于普通人来说,似乎很难接触到随时可用的脑机接口设备,并体验使用乐趣。

然而,韩璧丞聚集哈佛教授、哈佛脑科学中心以及麻省理工学院的多位科学家共同创立的 BrainCo,在商业化层面却做到了这一点。

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图|BrainRobotics 智能仿生手

他们的团队基于脑科学研究与脑机接口技术,针对残疾人创造了 BrainRobotics 智能假肢,利用这款智能机械假肢,肢残人士不仅能够在日常生活中抓取物品,甚至也能去玩攀岩;他们还开发了脑电读取设备 ,据了解,其脑电信号的读取达到了医疗级精度,这让脑机接口黑科技民用化普及迈入新阶段。

谈及商业化进展,韩璧丞比较欣慰:“在脑机接口行业,真正意义上能实现上万台产品量产的脑机接口公司屈指可数,我们便是其中一家。“

不少其他脑机接口项目商业化之所以难,其实有很多技术性的阻碍。据韩璧丞介绍,脑机接口技术中最大的基础难点是对脑信号的采集和解析,因为脑电信号是微伏级的、非常微弱的信号,很容易受到外界干扰。科研人员能通过专业设备读取到的脑电信号,其实已经被放大了数万倍。

如果是在实验室中,严格控制实验条件就有可能采集到比较好的信号;但要在日常生活中去精确读取脑电信号就非常具有挑战性。

比如说在实验室中常见的脑电波测定方式就非常让人不舒服,需要给人戴上安装着几十个或者上百个电极的电极帽,并涂抹上导电膏,使电极与头皮紧密地连接在一起。

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图|常见的脑机接口头套

“这种导电膏是像牙膏一样的化学导电介质,在日常生活中,用户不能每次都使用这种东西。所以我们公司在很多年前其实在做材料学的突破,目的就是让脑机接口产品能够更广泛地使用,来扩大它的数据量,而且我们团队聚集了美国做脑机接口最强的一批人才。”韩璧丞表示,这也是为什么 BrainCo 能领先同行、较快推出量产产品的核心竞争力所在。

BrainCo 的 Focus 专注力训练设备设计很简洁,重量不到 90 克,易于佩戴,让普通人对脑机接口设备有了新的认知。

产品都量产了,会很快被市场竞争者复制么?韩璧丞并没有此类担忧,究其原因,其一是建立这套脑机接口整个的算法框架,实现整个制造体系,BrainCo 团队前期花了大概六七年时间,并不容易被轻易赶超;其二,脑机接口用到的核心材料,是一种自主研发的特殊材料,这一块其实也很难被人去仿制;第三,整套生产车间和产品研发方案,有很多核心的步骤和环节处于严格保密状态。

放眼未来 5~10 年的规划,韩璧丞透露,BrainCo 正在推进 “一条纵线和一条横线” 的发展战略,纵线的内涵,即是不断深入解析人类大脑信号,以更清楚更好地了解人类大脑科学。

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图|BrainCo 脑机接口穿戴设备 Focus

而横线则意味着团队会根据当下能实现的技术程度,去集中解决市场中一些切实问题,比如让孩子们提高学习效率和注意力的问题,让残疾人和中风患者恢复行动沟通能力,在解决自闭症,老年痴呆以及失眠等方向,都会陆续推出基于脑机接口的解决方案,商业模式方面,主要会通过 B2B2C 的方式进行落地。

BrainCo 近期与谷歌在教育领域的脑机接口产品合作,就是着眼于利用神经反馈训练,帮助自闭症、多动症儿童回归到正常学习生活,也能让普通学生提高其专注力,加强学习能力。

更早之前,这种方法还在美国宇航局(NASA)用来训练宇航员,也曾与意大利著名的方程式训练集团 Formula Medicine 合作训练赛车手,以及为职业运动员、电竞团队等提供辅助训练,能够有效改善选手们的焦点和注意力控制,让他们在比赛或任务中发挥最佳状态。

两套技术,两种思路

2020 年,马斯克的 Neuralink 脑机接口在大脑中植入芯片的高调演示,在社会上引起广泛关注及担忧,这引发了人们对两种不同技术路径的思考,到底是侵入式的技术代表未来,还是非侵入式的技术会成为主流?

韩璧丞认为,侵入式方法的好处是其采集的信号非常精确,但缺点也很明显,它对大脑存在一定的破坏性,无论是微创还是开颅手术,本身都具有相当的风险,长期使用还有感染的可能;而非侵入式方案,只需要佩戴上设备即可,但挑战就是信号采集如何实现较好的准确度。

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图|BrainCo 的新一代产品

全世界做脑机接口的实验室已有上百个,其中一大半是在做非侵入式的,只有一小部分在做侵入式。侵入式有助于解决极重度病人的交互问题,但对于大多数普通人来说,如果是偏日常生活中的应用,非侵入式是较好的选择。

侵入式电极和微芯片,可能会对大脑神经造成一定的损伤:在大脑中植入电极后,周围的胶质细胞会逐渐将电极包裹起来,电极监测到的神经元活动会越来越少,时间一长,电极监测不到神经元活动后还需要取出更换新的植入式器件,如果出现故障也不好进行及时维护,毕竟是要在脑壳里动工。

“脑机接口是一个比较宽泛的技术概念,具体到每个团队可能做的技术方向会有些区别,比如有的偏疾病辅助治疗,有的偏交互,有的偏解析和检测,我们现在做的是偏控制和解析方面。“韩璧丞表示。

关于脑机接口未来的技术变量,韩璧丞认为随着数据采集的增加,科学家们可以更好地理解人类的大脑活动,但前提是能够有一种简单的、能标准化采集脑电信号的设备,这就是 BrainCo 在做的事情。

“我们的使命是要通过技术设备升级来更好地了解人类大脑,然后去帮助那些迫切需要脑机接口辅助的人们。未来,脑机接口将会有更好的交互,更好的材料,更好的外观,例如针对教育的产品,可能让它有更显著的效果,整个使用训练流程也会更加简便,这些都是需要不断改进的方向。”

虽然概念正在市场中迅速变热,但在韩璧丞看来,脑机接口技术并不是多么科幻的噱头,而是需要接棒前人的基础研究,脚踏实地把当下的研究一步步深化,让研究成果普惠每个人。

未来,就在当下的点滴改进中得以实现。

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