脑机接口亦有摩尔定律？

集微网报道，脑机接口的概念最早可以追溯到1956年，Lilly J.在一项实验中将多电极阵列植入猴子的大脑皮层区域进行电刺激，由此引发了人们对于生物大脑信号的进一步研究。

1973年，美国计算机科学家J. Vidal首次提出“脑机接口”一词，并成功的将大脑信号转化为计算机控制信号。然而在1980至1990年代，侵入式脑机接口的发展却基本陷入停滞。

直到1990年代中期，纽约州立大学的John Chapin教授首次发明由精细绝缘金属丝制成的微电极，能够植入啮齿动物和灵长类动物颅内长达5个月时间，对神经信号和多单元活动进行记录。基于此，John Chapin与组员Miguel Nicolelis一同提出了现代脑机接口的概念。

过去 20 年，人们对脑机接口领域的兴趣不断增长，全球相关期刊出版物和专利的趋势就证明了这一点。根据NIH在2020年的统计数据，已有超过100个研究小组在脑机接口领域开展工作，而20年前全球仅有3个研究小组。与此同时，中国在全球脑机接口领域的研究仅次于美国，相关期刊出版物全球第二。

12月21日，芯原股份主办的第二届南渡江智慧医疗与康复产业高峰论坛在海口举行，脑机接口是该论坛的主要话题之一，国内该领域多位专家学者齐聚一堂，共同探讨了脑机接口的技术发展与落地情况。

作为一项复杂的系统工程，脑机接口的真正落地和广泛应用需要电子、医疗器械、芯片、材料、算法、机器人、医学、伦理、神经科学以及心理学等多个交叉学科协同发展。

上海脑虎科技有限公司创始人兼CEO彭雷在南渡江论坛上表示，2021年以前，脑机接口领域每两到三年就会出现一篇Nature或Science的封面文章，当时属于学术驱动。2021年以后，随着马斯克的Neuralink公司不断公布落地应用进展，脑机接口开始从学术驱动朝着产业化转型。

彭雷表示，目前脑机接口能够大致分为非侵入式、半侵入式和侵入式三大类，其中信号最精准的侵入式脑机接口则又有三种主流路线，第一种是硅基硬质电极，这也是目前唯一获得FDA临床研究批准的植入式电极；二是血管电极，优势在于不用开颅手术，但通道数相对较少；三是Neuralink和脑虎科技等公司采用的柔性电极，通道数高且创伤较小。

长期稳定的获得颅内信号是整个脑机接口的基础，因此柔性电极的问世一度引起业内轰动，这种电极能显著降低大脑的排异反应，对大脑损伤小的同时还具备密度高、信号稳定的特性。但在植入过程比刚性电极复杂，成本更高。

南湖脑机交叉研究院常务副院长王跃明认为，将刚性电极的便利特性与柔性电极的低伤害特性结合，研发出刚柔可调的微电极阵列，这或许是脑机接口的微电极阵列的未来发展趋势。

脑虎科技全球独家推出的微创蚕丝蛋白电极包裹植入技术让电极硬度介于血管和脑组织之间，方便植入的同时，还能利用蚕丝蛋白天然抗菌且可降解的特性降低排异。另外，由于电极顺应性和脑组织接近，即便在运动过程中，电极与闹组织也能保持相对静止。

除了电极阵列的发展趋势，王跃明还提到了脑机接口的另外两大硬件基础的未来走向，首先是采集系统，王跃明认为无线微系统是脑机接口的主要趋势，目前需要解决高密度集成、磁兼容的密封封装技术等问题。其次是芯片，王跃明表示，脑机接口需要具备高通量、低功耗的专用自研芯片，南湖脑机交叉研究院便自研了一款128通道的高集成芯片方案，相比Neuralink芯片的记录功耗相当，输入噪声水平降低50%以上。

彭雷认为，脑机接口领域也存在特殊的“摩尔定律”，即每隔18个月脑机接口能够读写的神经元数量细胞应该翻一倍。据他介绍，脑虎科技也自研了一颗侵入式脑机接口专用芯片，采用MEMS工艺打造，具备高通量、高密度和超柔性。据彭雷介绍，该芯片深部电极电器件集成了2640通道，皮层电极1024通道，深部电极厚度仅为2μm。

另外，在非侵入式脑机接口领域，芯片所扮演的角色也同样重要。2021年，回车科技与中科院半导体所共同研发的国内第一颗非侵入式脑机接口采集芯片，结束了此类芯片长期以来国外的历史。本次南渡江论坛上，回车科技联合创始人、CTO童路遥在演讲中指出，在性能、成本和交期上，回车科技的这款芯片都有着很大优势，并使得脑机接口技术的大规模应用成为了可能。