脑机接口（BCI)的需求应用分析

据麦姆斯咨询介绍，2000年代初，脑机接口（Brain Computer Interface, BCI）概念出现，试图利用大脑和周围神经信息来帮助患者。近期，BCI已经在探索突破医疗领域，在工业、军事和消费领域寻求广泛应用。神经科学、先进微技术和可穿戴设备的快速普及相结合，推动了创新型初创公司的涌现，以及公共或私人组织支持的一系列研究。Yole近期发布的《神经技术和脑机接口-2018版》报告，重点分析了这些新技术、市场以及相关机构。Yole专注于医学影像和生物光子学技术和市场的分析师Marjorie Villien，最近有幸采访了Brain Products前市场营销总监Patrick Britz，Brain Products是该领域开发神经生理学研究硬件和软件解决方案的主要机构之一。让我们一起了解他对神经技术和BCI市场的看法。Marjorie Villien（以下简称MV）：Brain Products为神经技术研究和应用提供各种设备。请您介绍一下贵公司在神经技术和BCI领域的现状和动态。Patrick Britz（以下简称PB）：Brain Products致力于为神经技术和BCI相关领域的科学家提供解决方案。这包括但不限于神经适应技术、生理计算、神经人机工程学和共生相互作用等领域。所有这些科学研究都使用了基于大脑活动测量的BCI技术。我们覆盖了全方位的测量需求，从带有活性凝胶电极的金标实验室记录到完全移动和无线的有源干电极记录。我们的设备可完整集成到上述研究中常用的开源工具。BCI+框架包括用于经典神经科学研究、用于大脑活动在线分类和转译的工具，以及不同数据流的实时同步记录（来自大脑活动和眼动等其他生理测量），以及标准输入方法或其他实验范例中生成的信息。MV：作为贵司产品组合的一部分，电极是脑成像神经传感技术的关键要素。湿电极和干电极以及有源电极和无源电极有哪些发展演变？或者它们取决于不同的应用？PB：是的，确实，电极是我们硬件解决方案中非常重要的组成部分。我们的产品组合包括神经科学或神经技术中常用的所有类型的电极，包括通过有源电极进行记录，提供尽可能高的记录质量，以及易于使用、甚至可用于fMRI扫描仪的无源电极。对于更加应用导向的BCI+领域的研究，我们还提供干式、海绵和轻质电极，甚至可以与我们的全移动Live Amp系统一起使用。正如您提到的，这完全取决于应用类型，哪种电极组更适合。因此，我们提供如此广泛的电极，以满足各种需求。

神经传感技术路线图

MV：BCI仍然是一个小市场，2017年的市场规模仅为1.18亿美元。不过，我们预计2017~2023年的复合年增长率（CAGR）可以达到19%。什么应用会成为杀手级应用？PB：数十年来，整个BCI+领域一直在寻找所谓的“杀手级应用”。但据我们所知，还没有哪种应用现在可以确定能成为杀手级应用。我们认为到目前为止的所有努力都在走向应用，这些应用可能首先针对高度专业化的工作环境，例如外科医生、飞行员或卡车司机等。一旦这些领域从BCI技术中明显获益，那么就会为BCI技术的更广泛应用开启新的大门，因为，例如佩戴EEG系统的接受度将会普遍上升，那时，我们可能就会看到一直期待的“杀手级应用”。

2017年~2035年神经技术市场预测

MV：Brain Products在积极开发下一代电极和无线系统，以满足对BCI应用的强劲需求。您能否更详细地介绍一下过去几年来的技术进步，以及BCI领域的技术突破？PB：Brain Products提供各种不同类型的电极和放大器，可用于在不同环境中记录脑电图（EEG）。BCI相关领域，明确要求系统易于使用，并且对于实际用户而言不会过于分散注意力，而且对于与用户交互的其他人也是如此。因此，在这一领域显然需要可以提供信号质量优异的轻量级移动系统，幸运的是，我们已经可以提供这样的系统。鉴于研究人员的需求一直在不断发展和变化，Brain Products必须始终处于电极和放大器开发的最前沿，以满足研究人员不断增长的需求。未来，预计会有更多的隐蔽系统，甚至可能记录活动中的人类大脑活动，不需要与头部发生任何身体接触。不过，这显然还有很长的路要走。

MV：过去10年来，我们听到了很多关于主动式BCI技术的声音，可以帮助闭锁综合症患者重获交流能力。这些技术非常有前景。但我们对被动式BCI的了解较少，看起来这些技术也可能产生广泛的影响。您能介绍一下关于被动式BCI技术的可能应用，以及正在开发的技术吗？PB：与主动式BCI相比，被动式BCI不依赖于用户直接发送到机器的有意识生成的命令。因而，被动式BCI可以被视为一种在线用户状态评估，向机器提供反馈，然后机器可以根据其用户的认知或情感变化来调整自身及其动作。主动和被动，是以用户为中心的观点产生的。主动式BCI用户必须主动关注与机器的通信，而在被动式BCI中，信息的传送无需用户进行任何额外的动作。在用户和机器之间的闭环交互中，被动式BCI通常建立一种辅助控制回路，提供附加信息以支持主控制回路。一个例子便是汽车中的驾驶员，当驾驶员通过方向盘和其他标准输入机构直接与汽车交互时，被动式BCI可以持续提供有关驾驶员对汽车的认知负荷的信息。当车辆在高速公路上独自驾驶时，驾驶员认知负荷低，这时汽车可以为驾驶员提供信息，例如读出大量新电子邮件或推送的音乐；不过，在高认知负荷，并且需要驾驶员充分注意的危急情况下，可能就不能这样做，以防止为驾驶员造成任何形式的不必要的分心。最近，一项新的研究表明，被动式BCI的使用不仅限于这种辅助控制回路。该研究表明，人们可以仅通过观察和解释其运动，有意图地控制光标。

他们并不知道他们对个体运动的认知反应是通过被动BCI评估的，以告知光标的方向选择，但光标仍然找到了方向。这描述了一种基于被动BCI的神经适应技术的例子，这是一种新型技术，这时人类更多地忙于提供高等级的基于情境的解释，而机器在这些信息的指导下正在进行实际工作。这种情况下，人类并没有将自己的想法转化为机器的命令。这是由被动BCI自动完成的，可实现人类和机器智能的融合。在我们看来，神经适应技术是未来BCI研究和BCI应用的明确途径。MV：贵司正积极研究移动脑体成像（MoBI）——使用EEG和近红外光谱作为一种新的成像模式，来研究人们移动时的大脑活动。您能详细介绍一下这种成像模式吗？PB：MoBI最初是在加州大学圣地亚哥分校（UCSD）Swartz计算神经科学中心（SCCN）由Scott Makeig博士领导开发的。目前，世界各地的几个实验室都参与了这一技术的研究。MoBI专注于研究在现实环境中进行自然活动的人类的心理生理学脑激活。其研究覆盖了不受限于标准实验室环境的人类大脑研究的神经科学，再到面向应用的研究，如BCI，旨在评估现实环境中大脑活动的信息。我们认为在这些类型的研究领域具有相当大的潜力，因为新的滤波技术和机器学习方法，可以处理通常需要通过高度控制的实验室环境抑制的噪声和伪影。除了这些技术之外，硬件本身的发展（更紧凑、便携和完全移动化），也促进了这些研究。这使得研究人员能够从全新的角度研究大脑活动，对我们的大脑如何工作提出新的见解，并带来可以使我们的生活更安全、更舒适和更高效的新技术。出于这个原因，我们积极支持MoBI领域的研究，例如我们两年一度的MoBI奖。MoBI研究人员可以将他们发表的研究成果发送给独立的科学家委员会进行评审。其中，前三个评价最好的研究成果将获得该奖项，这将有助于他们更好地实现科研目标。今年的获奖者将获得Live Amp系统，这是我们的一款完全移动的EEG记录硬件。

MV：最后，您还有什么想对读者补充的结语吗？PB：是的，我们认为机器学习和信号处理新方法的发展，开辟了一个全新的科学研究世界，因为大脑活动可以在现实世界环境中进行即时评估和解释。这使我们能够更好地学习和理解大脑如何工作，以及如何利用这些信息来支持我们与技术的日常互动。目前，很难看到这些新发展的全部潜力。在Brain Products，我们通过支持这项喜人的新研究，积极致力于为这一领域做出贡献。我们希望可以激励任何对此研究感兴趣的科学家与我们联系，看看我们能提供哪些帮助。