成立尚不足五年,这家由两位90后青年创办的上海脑机接口企业“阶梯医疗”已跻身全球第二家步入注册临床阶段的侵入式脑机接口企业行列——近期,他们成功实施了植入手术,使得四肢截肢的患者能够借助意念流畅地上网和玩游戏,其产品的多项性能指标甚至超越了马斯克所拥有的脑机接口公司Neuralink。
受试者术后一个月脑控玩赛车游戏(图/阶梯医疗)
为何青年人能迅速引领初创企业实现超越?阶梯医疗的创始人赵郑拓与李雪在接受本报记者的独家访谈中透露,他们选择来到上海,并深耕于中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心,这成为了他们走向成功的关键举措。立足于脑科学领域的深入研究,依托上海丰富的产业资源及政策扶持,阶梯医疗公司计划于2028年推出首代脑机接口产品。与此同时,公司正积极推进第二、第三代产品的研发工作。预计在未来5至10年间,公司有望构建起包括脑机接口信号采集、神经刺激以及植入技术在内的多个技术平台,并实现针对不同适应症的脑机接口产品的研发。
走对最关键一步:来上海,加盟脑智中心
赵郑拓在2020年的脑智中心应聘报告中提出了一个愿望,即希望神经电极能够实现“一年上猴,三年上人”的目标。然而,这一想法当时遭到了台下的笑声,多数人认为它难以实现。
赵郑拓其实并未完全确信。当时,他清楚自己在美国德克萨斯大学奥斯汀分校攻读博士学位期间研发的脑机接口技术得到了同行的广泛认可,众多实验室甚至特地派人前来向他学习。然而,若要将这项技术转化为性能稳定、质量上乘的医疗级产品,显然还有很长的路要走。
这个原本只是个梦想的愿景,竟然在短短3年后得以实现,更令人惊喜的是,在接下来的5年时间里,整个脑机接口系统不仅被成功研发,还顺利进入了临床试验阶段。赵郑拓深知,实现梦想的关键一步,就是选择“来上海”,加入脑智中心。
赵郑拓研究员(刘琦/摄)
在2018年的一次国际学术盛会中,赵郑拓的演讲报告成功吸引了中国科学院院士、当时担任脑智中心主任的蒲慕明的关注,随即蒲慕明向他伸出了邀请之手,诚挚地邀请他“来上海,加入脑智中心”。
赵郑拓对脑智中心一直怀有向往之情。在2014年申请攻读博士学位时,他选择了脑机接口这一研究方向,然而对于该领域的未来发展,他内心深处仍感困惑。他回忆道,当时阅读了蒲慕明所撰写的一篇关于“中国脑计划”的综述文章,其中对神经科学未来前景的探讨,至今仍历历在目。这不但使他对自己的决定更加坚定,而且在内心深处种下了向往——若能在这样的战略科学家引领的科研机构中成长,对年轻的科研工作者来说,无疑是一份幸运。
2020年,赵郑拓与李雪相继踏入脑智中心的大门。李雪,这位刚刚博士毕业的才女,凭借“青年研究员计划”的机遇,迅速走上了多模式神经界面研究组组长的位置。与此同时,赵郑拓则肩负起了更为艰巨的使命,他不仅成为了科技部科技创新2030重大任务(青年科学家项目)的首席科学家,还担纲中国科学院神经所“十四五”攻关团队“脑机接口技术及其临床应用”的首席科学家。
用少得多的研发投入“四两拨千斤”
赵郑拓表示,全球恐怕难以寻觅第二个地域,其条件如此优越,对脑机接口技术的进步大有裨益。若非选择上海,并在此地设立脑智中心,他们断然无法以远低于Neuralink的科研经费,在侵入式脑机接口这一领域与马斯克展开激烈竞争。
在上海市科委以及脑智中心的资助下,脑机接口实验室成功构建了专用的微纳加工设施,这使得团队能够快速地建立起脑机接口部件的全方位体系,包括设计、研发、生产、测试以及质量控制等环节,从而为技术和产品的快速更新迭代打下了坚实的工具基础。
脑智中心的非人灵长类实验动物平台,为年轻团队达成“一年上猴”的宏伟目标,提供了至关重要的支持。赵郑拓指出,Neuralink的研发团队中神经科学家稀缺,这使得他们难以凭借精确的神经反馈来设计出冗余极低的产物。与此同时,阶梯医疗的第一代产品,仅通过6N通道,便达到了几乎等同于Neuralink的102N通道的产品性能。
赵郑拓、李雪等研发的第一代脑机接口产品植入体(袁婧/摄)
在短短数年间,赵郑拓与李雪的团队已同脑智中心超过三分之一的课题组展开了合作。一方面,这些课题组为他们的脑机接口项目提供了坚实的神经科学基础研究支持;另一方面,他们不断更新的脑机接口技术也成为了其他课题组观察神经活动的有力工具,从而促进了基础研究的进一步深化。
在他们眼中,脑机接口这一新兴生产力领域,基础研究同产业发展已经紧密相连,受到“造福人类”这一价值理念的引导,正逐步构建起日益紧密的螺旋上升模式,持续向更高层次发展。
今年二月,阶梯医疗成功实现了3.5亿元的B轮融资,这一融资额在国内侵入式脑机接口领域创造了历史新高。赵郑拓表示,他选择投身创业,其目的在于加速实验室技术的转化,使之尽快成为符合上市要求的医疗器械产品。
唯有亲身体验,方能深刻领悟“从1至100”的挑战远胜于“从0至1”。他已无法确切回忆起,为了完善设计方案,团队究竟进行了多少次试验。直至2023年年末,他们终于收到了电极测试合格的通知,全团队的喜悦之情甚至比临床试验的成功还要强烈。
赵郑拓感慨万分,认为自己的旅程充满幸运,几乎每遇困境都有所依靠与援助:在技术难题攻克方面,不论是电池的供应、蓝牙方案的定制,亦或是特定算法与专用芯片的研发,他们在中国科学院旗下的多个研究所都得到了宝贵的支持;而在产业化进程之中,无论是医疗产品的型检推进、临床试验的启动,还是融资工作的顺利完成,上海市科委、市药监局等相关部门均提供了积极有效的服务。
基础研究与产业联动,打开更多想象空间
赵郑拓指出,当优质资源集中,原本难以想象、甚至看似无望的途径也能变为现实。他曾提及,脑机接口研究团队在探索通过血管植入神经电极至大脑的过程中,对于能否“穿透血管壁”这一步骤感到困惑,而复旦大学附属华山医院的神经外科专家团队则向他们保证:“这在医学领域并不构成难题。”
上海交通大学附属第九人民医院携手团队共同研发人工听觉脑机接口,然而在向神经系统输入精确听觉信息的过程中遭遇了挑战。经过蒲慕明院士与团队深入研讨,他独具匠心,提出了“借助神经可塑性以构建更优的人工听觉”的构想。“医生和我们都未曾料想到会有这样的思路。”赵郑拓感慨道。
当前,更为宽广的发展前景正迅速展现。此技术不仅限于大脑,还可能涉及脊柱神经及外周神经的信号捕捉。展望未来,它有望助力脊柱神经损伤患者重塑神经通路,并使面瘫患者重获自然笑容。
实验室展示的不同种类电极(刘琦/摄)
然而,对于各类不同的应用场合,均需开展专门的科技研发。赵郑拓认为,每一个阶段的进步都依赖于基础科学研究和产业进步的紧密配合。随着《上海市脑机接口未来产业培育行动方案(2025—2030年)》的正式推出,脑机接口产业已经占据了天时、地利、人和的有利条件,进入了快速发展的轨道。他认为,随着应用需求的不断增多,对脑机接口所需的传感器、芯片等配套设备的需求也将显著上升。若能借助政策支持、产业链布局优化等策略,将上海集成电路产业的强大优势与脑机接口领域相结合,无疑将激发出更广阔的发展空间。