德国科学家新研究：脑机接口可以精确控制仿生义肢；摩根士丹利：相信4000 亿美金的脑机接口 |赛博格在路上12

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CyberDaily

2024-10-19 18:26发布于广东科技领域创作者

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封面：接入仿生义肢在冲浪


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这是第12期的《赛博格在路上》


本期主要分享两个内容，一是德国科学家用恒河猴实验脑机接口可以精确控制仿生义肢，以帮助瘫痪患者恢复部分或全部活动能力。，另一个则是摩根士丹利预测，仅是美国就有4000亿美金的市场规模，其中提出8个值得关注的应用领域


以及2050年的一天早晨。

 

 

最近，在德国灵长类动物中心——哥廷根莱布尼茨灵长类研究所，一项针对恒河猴的研究为瘫痪患者带来了新的希望。研究人员开发出一种新颖的脑机接口训练协议，实现了仅用大脑信号精确控制假手。
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日常生活中，提着购物袋、将线穿入针眼等动作都需要强力而精确的握力。然而，对于截瘫或患有 ALS 等导致进行性肌肉麻痹疾病的患者来说，失去双手的正常功能后，才会深刻体会到双手的重要性。为了帮助这些患者，科学家们数十年来一直致力于研究神经假体。神经假体通过脑机接口桥接受损的神经连接，将来自大脑的信号解码转化为运动，从而控制假肢，让残疾人恢复行动能力。但目前，手假肢在精细运动技能方面仍有所欠缺，无法满足日常生活的需求。
德国灵长类动物中心神经生物学实验室的科学家安德烈斯·阿古德洛-托罗作为该研究的第一作者表示：“假肢的工作效果主要取决于控制它的计算机接口读取的神经数据。之前对手臂和手部运动的研究主要集中在控制抓握运动速度的信号上。我们想找出代表手部姿势的神经信号是否更适合控制神经假体。”
在这项研究中，研究人员以恒河猴为研究对象。恒河猴与人类一样，具有高度发达的神经和视觉系统以及明显的精细运动技能，非常适合用于研究抓取运动。为了准备主要实验，科学家们首先训练两只恒河猴在屏幕上移动虚拟化身的手。在训练阶段，猴子用自己的手执行手部动作，同时在屏幕上看到虚拟手的相应动作。猴子执行任务时佩戴的数据手套带有磁传感器，能够记录动物的手部动作。
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一旦猴子学会了这项任务，它们就开始接受通过“想象”握力来控制虚拟手的训练。研究人员测量了专门负责控制手部运动的皮质大脑区域中神经元群的活动，专注于代表不同手和手指姿势的信号，并调整脑机接口的算法，将神经数据转化为运动。安德烈斯·阿古德洛-托罗解释道：“与经典协议不同，我们调整了算法，因此不仅运动的目的地很重要，而且到达目的地的方式（即执行路径）也很重要。这最终带来了最准确的结果。”
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随后，研究人员将化身手的动作与之前记录的真手的数据进行比较，证明了这些动作的执行精度相当。神经生物学实验室负责人、该研究的资深作者汉斯约格·舍尔伯格表示：“在我们的研究中，我们能够证明控制手部姿势的信号对于控制神经假体特别重要。这些结果现在可用于改善未来脑机接口的功能，从而提高神经假体的精细运动技能。”
这项研究为改善神经手假体的精细控制提供了关键线索，有望让瘫痪患者恢复部分或全部活动能力，开启了未来神经假体发展的新方向。

摩根士丹利：相信4000 亿美金的脑机接口
关于脑机接口商业化，像Neuralink、Braingate等公司正朝临床应用前景，Neuralink已经完成第二人体试验.......摩根史丹利最近对脑机接口市场进行预测，他们认为仅是美国市场将会有4000亿美金。以下我们摘要其中的主要信息：
01.规模化时间表：作者预计“大约 5 年内”开展商业活动（产品发布 + 报销）。他们预测未来十年的累计收入约为 15 亿美元，之后到 2036 年收入可能达到年均 5 亿美元，到 2041 年达到 10 亿美元。但即使到 2045 年，他们的模型表明市场渗透率仍仅为 2.8%，这意味着任何“曲棍球棒曲线”在未来 20 年内都不会出现。
02.早期 TAM 808 亿美元：美国至少有 280 万名患者，其中包括患有“严重上肢损伤”以及癫痫和抑郁症等疾病的患者。作者认为这些人将成为 BCI 的首批采用者。中级 TAM  3200 亿美元：一旦 BCI 技术在上述应用中得到证实，另外 680 万名“上肢中度损伤和下肢严重损伤”的人将成为后续采用者，他们选择 BCI。
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03.8 个关键细分市场：ALS、中风、脊髓损伤、脑瘫、多发性硬化症、截肢、癫痫和抑郁症被认为是 BCI 所采用的关键适应症。报告中提及的公司：报告中重点介绍了 Synchron、Neuralink、Paradromics 和 Precision，同时还提及了 Motif、CorTec 和 InBrain Neuro electronics。
04.增长动力：人口趋势、规范转变、监管改革以及临床结果评估和实践指南的出现所带来的医疗接受度将慢慢产生吸引力。大约十年后，当 BCI 的渗透率达到 1% 时，临床数据的增长、有利的保险覆盖范围、行业吸引力和其他因素可能会加速采用。
05.八个主要细分市场均具有估计人口分析，其中包括早期和中期应用的规模调整原理。前者的总结表明近期 TAM 为 808 亿美元。后者包含价值高达 3200 亿美元的更大后续市场机会。
06.运动神经元疾病和肌萎缩侧索硬化症  22.5 亿美元：美国约有 40000 人患有 MND，其中 30,000 人患有 ALS，每年约有 6,000 例新诊断。其中，约 12500 人患有严重上肢损伤，代表早期 BCI 市场，而约 25000 人患有“中度上肢和/或严重下肢损伤”代表后续市场机会。
07.中风、闭锁综合征  486 亿美元：“美国已知的闭锁综合征病例不到 1,000 例。美国每年约有 900,000 例中风，其中 16% 的患者死亡，约三分之一的幸存者会残疾。我们认为约 5% 的中风病例会导致严重的脑损伤，从而严重限制说话或活动。”
10.脊髓损伤  108 亿美元：美国约有 300,000 人患有创伤性脊髓损伤 (SCI)，每年约有 20,000 例新发病例。作者估计，这些患有严重上肢损伤的患者中约有 45,000 名是 BCI 的早期采用者。从长远来看，BCI 与脊髓刺激相结合可以代表另外 135,000 人。ONWARD在这方面处于领先地位，而 Neuralink 提到脊髓刺激的动物模型正在研发中。
需要注意的是，上述三个领域在 BCI 行业中已经相当成熟， Synchron 、 Neuralink和Blackrock正在进行积极的临床试验， Precision和Paradromics也将在去年获得 FDA 突破性指定后加入其中。
11.多发性硬化症  94.5 亿美元：大约有 100 万人患有多发性硬化症，每年约有 7,000 例新诊断。摩根士丹利估计其中大约 7,500 人会选择 BCI。
12.脑瘫  51 亿美元：当今美国有 500,000 名脑瘫成年人，其中约 5,000 人患有严重上肢损伤，约 80,000 人患有中度上肢或严重下肢损伤。
13.截肢  45 亿美元：美国大约有 250 万人患有截肢，每年还有 18 万人需要截肢。大约 40% 的人缺少上肢（上臂、前臂和手），这代表了 BCI 的最初采用者。幻肢痛也可能代表着一个后续市场， Phantom和Bios等公司正在开发解决方案。
14.癫痫  750 亿美元：美国约有 300 万成年人患有癫痫，其中约 150,000 人可能有资格接受 BCI 短期治疗严重癫痫发作。Synchron 已表示有兴趣在此处和帕金森氏症领域进行扩张（令人费解的是，本报告中没有出现这种情况）
15.抑郁症  2,425 亿美元：大约 2100 万人患有抑郁症，大约 250 万人患有严重的、难以治疗的抑郁症，这代表了 BCI 的机会。作者指出，该应用程序的价格可能较低，约为 25,000 美元。在当今的公司中， Motif正在积极寻求解决方案，Medtronic DBS 植入物也正在探索中。

从市场价值看，脑机接口是过万亿的行业规模，背后是数以万计的人饱受神经系统疾病、残障生活的困扰，如今像Neuralink、Synchron、BrainGate等侵入性、非侵入性BCI公司在进行临床应用。这次德国灵长类动物中心神经生物学实验室，通过猴子脑控神经假体的实验表明，BCI控制仿生义肢，可以帮助残障人士恢复以往自然行动的体验，可以重获生活的信心、体验幸福感。
 
2050年的一天早晨
在冲浪
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后记
赛博格是一个身份，也是人类迈向后人类、超人类的显现，但现在目标价值是，人们通过接入脑机接口或、仿生义肢，得以恢复正常的活动能力、增强自身，从“牢笼”解放出来，去体验广阔的生活，实现自我。




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