让聋人恢复听觉，让盲人重见光明，让瘫痪病人独立行走，让抑郁症患者重获快乐，让残疾患者通过想象操控机器臂……从感知修复到运动控制，脑机接口技术或能让人类曾经遥不可及的梦想照进现实。
作为一种突破性的人机交互技术，脑机接口技术绕过传统的外周神经和肌肉，直接在人脑与外部世界之间建立了全新的通信控制通道，为脑疾病治疗、有效恢复因疾病或外伤丧失的运动功能和交流能力提供了重要的技术支持。近年来，该技术已广泛应用于医疗、康复、护理等领域。其操作流程包括脑电信号的采集、处理、输出和执行，最终将反馈信号传回大脑。脑机接口产业的流程可分为上游、中游和下游三个环节：上游环节包括脑机接口电极、脑机接口芯片及相关手术；中游环节涵盖脑电信号的采集、处理与分析；下游环节则涉及应用端的外设和软件。
图源：微信公众号 上海市人工智能行业协会
脑机接口作为未来产业的重要组成部分，近年来取得了显著进展。2024年发布的《关于推动未来产业创新发展的实施意见》将其列为创新标志性产品之一。2022年全球脑机接口市场规模为17.4亿美元，2023年为19.8亿美元，预计到2027年将达到33亿美元。2023年-2024年，多家头部企业将进入临床阶段，这将是脑机接口走向商业市场的关键一年。目前，中国的脑机接口市场规模为十亿元，不到全球市场规模的十分之一。预计到2040年，中国脑机接口设备市场规模将达到560亿元，年均复合增长率为21%。中国企业在非侵入式脑机接口领域已有成熟产品，而侵入式领域仍处于初步发展阶段。随着脑机接口概念热度的上升，相关企业数量不断增加，至今已有100多家。全球多家企业已开始布局这一领域，资本热度较高。2023年11月，Neuralink获得了4300万美元的风险投资，累计融资金额已超7亿美元。2023年，国内参与脑机接口的相关企业也达到了百家。
国家战略方面，“十四五”规划第一次将脑机技术明确写入需要攻关的重点技术品类中，明确脑机融合是脑机技术的关键。“十四五”规划后，北京、上海、杭州率先推进脑机接口产业。这种重视程度与国外相比是非常罕见的，美国、欧洲、韩国都有自己的“脑计划”，但大多用于基础神经科学实验室的底层科研中。
脑机接口产业的发展亟需跨学科的复合型人才，但国内此类人才的稀缺性已成为制约技术突破和产业化推广的最关键瓶颈。由于基础研究的挑战性和国内资本耐心不足，高端人才的流失进一步加剧了脑机接口产业发展的困难。
脑机接口作为一个高度集成化和综合性的产业，在产业化过程中面临诸多挑战，比如价格、良品率、稳定性等方面的问题，但其中最大的困难是人才的培养和储备。脑机接口所需的人才不仅需要具备神经科学和信号采集分析的知识，还需要掌握高通量、超低功耗的AI芯片技术，以及与人体相容的材料科学。这使得脑机接口成为一个高度细分的领域，需要具有多学科背景的专业人才。然而，国内在这些领域的复合型人才相对稀缺，跨学科科研产业人才瓶颈难突破，发展脑机接口易于在某项环节深度展开，但在整体环节方面链接不足，导致产业链各环节的有效衔接面临严峻挑战。特别是在高精度脑电信号处理和脑-机信息交互算法优化等关键技术领域，缺乏经验丰富的科研人员，导致技术开发进度滞后，难以与国际领先水平接轨。
尽管国内相关领域的研究起步较晚，但随着产业的发展，跨学科的协同创新变得尤为重要，涵盖了神经科学、计算机科学、材料科学等多个领域。然而，由于复合型人才的稀缺，高校和科研机构在人才培养上仍存在学科壁垒，难以培养出符合脑机接口研发需求的综合型人才。在硬件设计与制造环节，涉及到微电子工程、材料科学与生物医学工程的深度融合，这要求研究人员不仅要具备电路设计和芯片制造能力，还需要深入理解生物材料的相容性及其可能引发的生物反应。然而，国内具备这些多领域知识的复合型人才极为稀缺，这严重制约了我国在侵入式脑机接口技术上的突破与发展。同时，由于基础研究的突破难度大，国内资本的耐心不足也导致了高端人才的逐渐流失，进一步加剧了这一问题。
为了应对脑机接口产业人才严重不足的问题，上海加强人才培养体系的建设，打破学科之间的壁垒，促进多学科交叉合作。在高校层面，设立脑机接口相关的跨学科专业和研究中心，培养具备多学科背景的创新型人才。
2024年8月3日，上海市宣布成立复旦大学神经调控与脑机接口研究中心，系统部署并有序推进脑机接口技术发展战略，充分体现了对该领域未来发展趋势的高度重视和战略性前瞻布局。通过跨学科合作、产学研结合、人才培养和成果转化，上海在脑机接口领域的布局正逐步走向全国乃至全球的前沿，为推动这一技术在医疗健康等领域的广泛应用奠定了坚实基础。.
上海市依托复旦大学的科研优势，打造了一个跨学科、跨领域的综合性创新平台。复旦大学神经调控与脑机接口研究中心的成立，标志着上海在这一前沿技术领域确立了关键的战略地位。该研究中心汇集复旦大学在脑科学、认知神经科学、材料与芯片等多个领域的顶尖专家，整合脑科学转化研究院、大数据学院等研究资源，组建了一支具备国家级水准的脑机接口研究团队。
复旦大学的研究团队在脑机接口技术的各个发展阶段均取得了卓越成果，特别是在“交互”阶段的研究上处于国际前列。团队成功开发了学术界首个功能性磁共振成像预训练大模型，为解读大脑中的视觉想象内容奠定了坚实基础。此外，团队在高密度脑电放大成像的半导体电极领域取得了重大突破，为脑机接口技术在医疗健康领域的应用提供了必要的技术保障。在推动脑机接口技术发展的过程中，上海市高度重视学科交叉与产学研融合的协同发展。复旦大学神经调控与脑机接口研究中心依托张江复旦脑与类脑智能国际创新中心，构建了一个融合“脑感知—脑计算—脑调控”的国际一流科研共享平台。该平台具备从微观到宏观多个层次的研究能力，能够支持从术前到术后的深部脑刺激和神经调控研究。这促进了各领域专家的深入合作，为技术突破与创新提供了重要的科研基础。
上海市高度重视脑机接口领域的人才培养。复旦大学通过设立“医工交叉探索”专项奖学金，鼓励不同学科背景的学生进行跨领域合作研究，培养新一代科研人才。跨学科的教育和科研模式，为脑机接口技术的长远发展提供了坚实的人才储备。复旦大学进一步推动科研成果的高效转化，建立了创新转化平台，力求将先进的科研技术转化为实际生产力，争取在全球范围内培育出一流的神经科技创新企业。
在科研组织架构方面，复旦大学神经调控与脑机接口研究中心通过整合复旦大学丰富的综合性研究资源以及附属医院在临床领域的显著优势，构建了从基础研究到技术创新再到成果转化的全流程科学研究链条。该中心通过设立科学与技术委员会、产学研合作委员会、脑机接口机制研究团队、神经技术研究团队、临床转化研究团队等多个关键部门，确保基础科研与临床应用之间的无缝衔接。通过系统化的整合，中心得以充分发挥复旦大学在材料、芯片、脑科学等多个关键领域的科研优势，推动脑机接口技术从实验室阶段向实际应用的快速转化。在此基础上，中心进一步增强了上海市在脑机接口领域的整体科研实力，使得上海市在该前沿科技领域占据了更加突出的战略地位，为全国乃至全球的神经调控与脑机接口研究提供了宝贵的经验和参考。
图源：《上海信息化》, 2024, (06): 14-17.
原创：李炳炎
