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腦機(jī)接口正從科幻走向臨床現(xiàn)實(shí)，但決定其能否真正落地的關(guān)鍵，并不只是“能不能讀懂大腦”，而是“能否把大腦產(chǎn)生的海量信號(hào)安全、穩(wěn)定、實(shí)時(shí)地連到外部世界”。 以Neuralink為代表的全植入式腦機(jī)接口，已經(jīng)讓高位截癱患者能夠僅憑意念操控電腦、玩游戲、甚至發(fā)社交媒體內(nèi)容。然而這類(lèi)系統(tǒng)也暴露出最核心的工程難題：植入體內(nèi)部的神經(jīng)信號(hào)數(shù)據(jù)流量可達(dá)每秒數(shù)百兆比特，而頭骨下方可用的無(wú)線鏈路只有每秒兆比特級(jí)，必須依賴(lài)超過(guò)兩百倍的高效壓縮和篩選，才能把數(shù)據(jù)傳出來(lái)。換句話說(shuō)，腦機(jī)接口的瓶頸已經(jīng)不在傳感，而在無(wú)線通信。隨著5G-A及面向6G的超低時(shí)延、高帶寬、邊緣智能網(wǎng)絡(luò)逐步成熟，誰(shuí)能率先把腦信號(hào)與算力-網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)縫耦合，誰(shuí)就可能在下一階段的腦機(jī)接口競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)制高點(diǎn)。

1、腦機(jī)接口的通信瓶頸：大腦是“超寬帶”，頭骨卻是“窄帶出口”

2024年，四肢癱瘓的患者Noland Arbaugh僅憑思維意圖就能流暢地移動(dòng)光標(biāo)、打字、玩策略游戲，這一幕震撼全球。但很少有人注意到，支撐這些“意念控制”的并非單純的神經(jīng)解碼算法，而是一整條極度受限的無(wú)線鏈路。問(wèn)題的本質(zhì)是：大腦產(chǎn)生的數(shù)據(jù)太大，而無(wú)線出口太小。

以Neuralink目前在人體測(cè)試的N1植入體為例：其柔性電極陣列包含約1024個(gè)采集通道，每個(gè)通道以約20 kHz的采樣率、10位分辨率記錄神經(jīng)放電信號(hào)。粗略估算，這意味著單個(gè)通道的原始數(shù)據(jù)率約為每秒20,000次采樣×10比特≈200,000比特/秒（約200 kbps），1024個(gè)通道疊加后就是約2.0*108比特/秒，也就是約200 Mbps的原始神經(jīng)數(shù)據(jù)流量，接近高清視頻甚至一部高清電影級(jí)別的信息量。但植入體可用的出腦無(wú)線鏈路是低功耗近距離通信鏈路，實(shí)際有效吞吐量往往只有約1 Mbps量級(jí)。也就是說(shuō)，原始神經(jīng)信號(hào)必須在顱內(nèi)就被“壓縮”到約1/200，才能傳得出去。

為此，Neuralink并不是把所有波形原封不動(dòng)地發(fā)出去，而是在芯片端實(shí)時(shí)做“事件檢測(cè)”。絕大多數(shù)背景噪聲會(huì)被直接丟棄，只保留神經(jīng)元真正放電（spike）時(shí)刻及其特征片段，把原本連續(xù)的模擬神經(jīng)活動(dòng)流，變成稀疏的“關(guān)鍵事件”流，從而把數(shù)據(jù)率降到每秒數(shù)十至數(shù)百kbps。但這種方法本質(zhì)上是有損篩選——那些被丟棄的背景電位波形，恰恰可能包含更豐富的感覺(jué)信息、甚至可能是未來(lái)實(shí)現(xiàn)視覺(jué)/觸覺(jué)反饋或更復(fù)雜語(yǔ)言意圖解碼所必需的細(xì)節(jié)。

Neuralink專(zhuān)門(mén)在2024年發(fā)起“Compression Challenge”，公開(kāi)征集能夠?qū)崿F(xiàn)200倍以上高效壓縮、 同時(shí)保持高保真度的算法方案——并提出較為苛刻的約束：壓縮必須在1毫秒內(nèi)完成，功耗（含射頻發(fā)射）控制在10毫瓦以?xún)?nèi)，才能滿(mǎn)足植入設(shè)備的實(shí)時(shí)性與生物安全約束。這從側(cè)面印證了一個(gè)事實(shí)：腦機(jī)接口的頭號(hào)瓶頸，已經(jīng)不在“能否采到腦信號(hào)”，而在“能否以可監(jiān)管的無(wú)線方式把信號(hào)送出并實(shí)時(shí)解碼”。

圖1 N1全植入式無(wú)線腦機(jī)接口及R1手術(shù)機(jī)器人示意圖

2、腦機(jī)接口的技術(shù)路徑：從“單點(diǎn)突破”到“系統(tǒng)集成”

當(dāng)我們把視野從單一產(chǎn)品放大到整個(gè)技術(shù)生態(tài)，會(huì)發(fā)現(xiàn)腦機(jī)接口正在經(jīng)歷一個(gè)有趣的分化過(guò)程：不同的研究團(tuán)隊(duì)和企業(yè)，正在沿著不同的技術(shù)路徑探索如何突破通信瓶頸。這些路徑表面上看是在爭(zhēng)奪通道數(shù)更多、創(chuàng)傷更小的技術(shù)指標(biāo)，但本質(zhì)上，它們代表的是對(duì)同一個(gè)核心問(wèn)題的不同解法——如何在安全性、性能、可規(guī)?；g找到最優(yōu)平衡點(diǎn)。

①通道規(guī)模的演進(jìn)邏輯：不只是數(shù)字游戲

十年前，100個(gè)通道的腦機(jī)接口就已經(jīng)是頂尖水平。今天，1024通道已經(jīng)在人體實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室里甚至出現(xiàn)了數(shù)千、上萬(wàn)通道的原型系統(tǒng)。從神經(jīng)科學(xué)的角度看，更多通道意味著能同時(shí)監(jiān)聽(tīng)更多神經(jīng)元的“對(duì)話”，這對(duì)于解碼復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)意圖、語(yǔ)言表達(dá)、甚至未來(lái)可能實(shí)現(xiàn)的視覺(jué)重建，都至關(guān)重要。但從工程的角度看，每增加一個(gè)通道，就意味著增加20 kbps的原始數(shù)據(jù)流量。1024通道是200 Mbps，10000通道就接近2 Gbps——這已經(jīng)是4K視頻直播的量級(jí)。

問(wèn)題在于，顱內(nèi)的無(wú)線環(huán)境極其苛刻。植入體必須足夠小，不能壓迫腦組織；必須足夠省電，否則產(chǎn)生的熱量會(huì)損傷神經(jīng)；天線必須能穿透頭骨和皮膚，而這兩者對(duì)射頻信號(hào)的衰減極大。在這些約束下，現(xiàn)有的顱內(nèi)無(wú)線鏈路能做到一到數(shù)十 Mbps已經(jīng)是極限。這意味著，通道數(shù)的軍備競(jìng)賽，正在把整個(gè)產(chǎn)業(yè)逼向一個(gè)岔路口：要么繼續(xù)在顱內(nèi)做更激進(jìn)的數(shù)據(jù)壓縮和篩選，要么想辦法把數(shù)據(jù)傳輸能力提升一個(gè)數(shù)量級(jí)。前者是在“軟件側(cè)”繼續(xù)擠壓，后者則需要“硬件側(cè)”的通信基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)——這正是5G-A和6G可以發(fā)揮作用的地方。

②植入方式的技術(shù)權(quán)衡：精度與安全的拉鋸戰(zhàn)

腦機(jī)接口在物理實(shí)現(xiàn)上，有一個(gè)繞不開(kāi)的根本性選擇：電極要不要直接接觸大腦皮層？

直接插入皮層的“侵入式”方案，優(yōu)勢(shì)極其明顯：電極尖端距離神經(jīng)元只有幾十微米，可以直接記錄單個(gè)神經(jīng)元的放電活動(dòng)，信噪比極高。Neuralink的柔性電極絲就是這種思路的代表，可以插入皮層2-3毫米深度，讓癱瘓患者能夠以接近正常人的速度打字。但代價(jià)也很明顯：手術(shù)復(fù)雜度高，需要專(zhuān)門(mén)的自動(dòng)化機(jī)器人輔助；長(zhǎng)期穩(wěn)定性存在挑戰(zhàn)，植入物可能引發(fā)免疫反應(yīng)，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量逐漸衰減。

圖2 NEO幫助高位截癱患者在家實(shí)現(xiàn)腦控抓握/喝水

另一條技術(shù)路徑選擇了退一步——把電極放在硬腦膜外或硬腦膜表面。硬腦膜是包裹大腦的一層堅(jiān)韌膜組織，電極隔著這層膜采集信號(hào)，雖然信噪比會(huì)下降，但對(duì)腦組織的直接損傷幾乎為零，手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大幅降低。這種“半侵入式”或“硬膜外”方案的核心優(yōu)勢(shì)在于可復(fù)制性——它不需要昂貴的定制機(jī)器人，很多步驟可以在現(xiàn)有三甲醫(yī)院的神經(jīng)外科導(dǎo)航系統(tǒng)下完成?；颊咝g(shù)后恢復(fù)期也明顯更短，有臨床報(bào)道顯示術(shù)后10天左右即可出院進(jìn)行家庭康復(fù)訓(xùn)練。

硬膜外方案的信號(hào)質(zhì)量雖然不如皮層內(nèi)插入，但對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景——讓高位截癱患者重新拿起水杯、用腦電控制輪椅、用意念說(shuō)出完整的句子——這已經(jīng)足夠帶來(lái)生活質(zhì)量的革命性改善。從產(chǎn)業(yè)化的角度看，這恰恰可能是更務(wù)實(shí)的選擇。

③供能與算力分布：一體化還是協(xié)同化？

腦機(jī)接口的第三個(gè)關(guān)鍵選擇，是關(guān)于“算力該放在哪里”。

一體化方案把電池、射頻芯片、信號(hào)采集芯片、預(yù)處理單元全部封裝在硬幣大小的植入體內(nèi)，埋入顱骨下方?；颊卟恍枰宕魅魏瓮獠吭O(shè)備，用戶(hù)體驗(yàn)極其簡(jiǎn)潔。但代價(jià)是巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)：電池容量限制了工作時(shí)長(zhǎng)；芯片必須在10毫瓦級(jí)的功耗約束下完成全流程處理；當(dāng)電池或核心芯片老化需要更換時(shí)，患者可能需要再次開(kāi)顱手術(shù)。

另一種系統(tǒng)架構(gòu)是把植入體做成“極簡(jiǎn)前端”，只負(fù)責(zé)采集和初步傳輸，把大部分算力放到體外設(shè)備上。植入體通過(guò)近場(chǎng)無(wú)線供能從體外接收能量，同時(shí)把神經(jīng)信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸給佩戴在頭部或衣服上的外部模塊，這個(gè)模塊可以連接到智能手機(jī)、康復(fù)中心的邊緣服務(wù)器或運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)。

這種“輕植入+體外協(xié)同”的架構(gòu)，看似多了一個(gè)外部設(shè)備，但實(shí)際上打開(kāi)了巨大的設(shè)計(jì)自由度。首先，植入體不再需要自帶大容量電池，體積和重量可以做得更小、更輕、更安全；其次，算力不再受顱內(nèi)功耗和散熱的約束，可以運(yùn)行更復(fù)雜的解碼算法，甚至可以隨時(shí)升級(jí)；最關(guān)鍵的是，它把腦機(jī)接口從一個(gè)“孤立的醫(yī)療設(shè)備”，變成了一個(gè)可以接入通信網(wǎng)絡(luò)、可以被邊緣智能服務(wù)、可以被遠(yuǎn)程運(yùn)維監(jiān)管的“新型終端”。

3、移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的入局機(jī)會(huì)：從“管道”到“平臺(tái)”

圖3 植入式腦機(jī)接口系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖

當(dāng)我們把腦機(jī)接口的技術(shù)路徑拆解清楚之后，會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象：無(wú)論選擇哪種方案，最終都會(huì)走到同一個(gè)關(guān)口——如何把腦信號(hào)“送出去”，并且送到一個(gè)有足夠算力、足夠智能、足夠安全的地方去處理。這個(gè)關(guān)口，正是通信網(wǎng)絡(luò)可以發(fā)揮作用的地方。

5G-A和6G為腦機(jī)接口帶來(lái)的，不是簡(jiǎn)單的“帶寬升級(jí)”，而是一種系統(tǒng)級(jí)的解決方案。我們可以從四個(gè)維度來(lái)理解這種賦能：

第一，超低時(shí)延保障“所想即所得”的流暢體驗(yàn)。對(duì)于腦機(jī)接口來(lái)說(shuō)，延遲不僅僅是用戶(hù)體驗(yàn)問(wèn)題，更是功能實(shí)現(xiàn)的前提。當(dāng)一個(gè)癱瘓患者試圖用腦電控制機(jī)械臂抓起水杯時(shí)，如果從“想動(dòng)”到“真的動(dòng)”之間有幾百毫秒的延遲，大腦會(huì)立刻產(chǎn)生"失控感"，進(jìn)而放棄使用這套系統(tǒng)。人類(lèi)的運(yùn)動(dòng)控制回路對(duì)延遲極其敏感，50毫秒以?xún)?nèi)是流暢，100毫秒是可用，300毫秒就幾乎不可忍受。5G-A已經(jīng)把端到端時(shí)延壓到了10毫秒以?xún)?nèi)，6G的目標(biāo)更是1毫秒級(jí)別。這為“腦-網(wǎng)-端”的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制提供了基礎(chǔ)。

第二，超大帶寬突破顱內(nèi)鏈路的天花板。前面提到，現(xiàn)有的顱內(nèi)無(wú)線鏈路只有一到數(shù)十 Mbps，而高通道腦機(jī)接口的原始數(shù)據(jù)流量可能達(dá)到數(shù)百M(fèi)bps甚至Gbps。如果采用“輕植入+體外協(xié)同”的架構(gòu)，把數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谝惶鴱摹帮B內(nèi)到體外”縮短到幾厘米，那么從體外設(shè)備到邊緣節(jié)點(diǎn)這一段，就可以充分利用5G-A的上行大帶寬能力。5G-A的上行峰值速率可以達(dá)到數(shù)百M(fèi)bps，6G更是可以做到Gbps級(jí)別。這意味著，腦機(jī)接口不再需要在顱內(nèi)拼命壓縮數(shù)據(jù)、丟棄信息，而是可以把更完整的神經(jīng)信號(hào)傳到網(wǎng)絡(luò)側(cè)，由邊緣智能節(jié)點(diǎn)來(lái)完成高質(zhì)量的解碼和分析。

第三，通感一體賦予環(huán)境感知能力。6G的一個(gè)重要特征是“通感一體”（Integrated Sensing and Communication），即網(wǎng)絡(luò)本身就具備雷達(dá)般的環(huán)境感知能力。對(duì)于腦機(jī)接口應(yīng)用場(chǎng)景，這意味著什么？想象一個(gè)用腦電控制輪椅的患者：當(dāng)他“想”向前移動(dòng)時(shí)，輪椅不僅能接收到他的意圖信號(hào)，還能通過(guò)6G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)感知前方是否有障礙物、樓梯、行人，自動(dòng)做出避障或減速?zèng)Q策。這種“意圖+環(huán)境”的雙重閉環(huán)，才是真正安全、實(shí)用的腦控系統(tǒng)。通感一體讓網(wǎng)絡(luò)從“數(shù)據(jù)管道”變成“智能助手”。

第四，內(nèi)生AI把解碼算力推到網(wǎng)絡(luò)邊緣。腦信號(hào)的解碼是一個(gè)典型的AI密集型任務(wù)：需要實(shí)時(shí)運(yùn)行深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，把高維的腦電信號(hào)映射成具體的運(yùn)動(dòng)指令、語(yǔ)言表達(dá)或情緒狀態(tài)。傳統(tǒng)方案是在植入體內(nèi)或體外設(shè)備上部署輕量級(jí)模型，但受限于功耗和算力，只能做到有限的解碼精度。6G提出的“內(nèi)生AI”理念，是把AI推理能力下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)，讓腦機(jī)接口設(shè)備可以"卸載"計(jì)算任務(wù)到邊緣云。這樣一來(lái)，患者頭上的設(shè)備可以做得更輕、更省電，而解碼精度反而能提升——因?yàn)檫吘壴瓶梢赃\(yùn)行更大、更復(fù)雜的模型，甚至可以根據(jù)每個(gè)患者的神經(jīng)信號(hào)特點(diǎn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型參數(shù)。

更重要的是，當(dāng)腦機(jī)接口接入5G-A/6G網(wǎng)絡(luò)后，它就不再是一個(gè)孤立的設(shè)備，而是變成了一個(gè)可管可控的網(wǎng)絡(luò)終端。運(yùn)營(yíng)商可以提供端到端的網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)，為腦機(jī)接口業(yè)務(wù)分配專(zhuān)用的低延遲、高可靠鏈路；可以在邊緣云部署統(tǒng)一的解碼和數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，為不同醫(yī)療機(jī)構(gòu)、康復(fù)中心提供標(biāo)準(zhǔn)化的AI推理服務(wù)；可以建立安全合規(guī)的數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)機(jī)制，讓腦信號(hào)數(shù)據(jù)在全程可追溯、可監(jiān)管的前提下流動(dòng)。這些能力，恰恰是腦機(jī)接口從實(shí)驗(yàn)室走向大規(guī)模臨床應(yīng)用、走向家庭日常使用所必需的。

腦機(jī)接口的競(jìng)爭(zhēng)，正在從“誰(shuí)能讀懂大腦里的一兩個(gè)神經(jīng)元”進(jìn)化為“誰(shuí)能把大腦持續(xù)、安全、穩(wěn)定地連進(jìn)一個(gè)可監(jiān)管、可結(jié)算的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，這不是在做別人的管道，而是在定義一個(gè)全新的業(yè)務(wù)類(lèi)型——“人機(jī)融合通信”。就像4G催生了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、5G催生了物聯(lián)網(wǎng)，6G可能催生的，是“腦聯(lián)網(wǎng)”（Brain Internet）。中國(guó)移動(dòng)的使命，正從“連接人與人”，走向“連接腦與世界”。

作者：鞏晨、王飛

單位：中國(guó)移動(dòng)研究院