腦部植入行業在過去十年蓬勃發展,Neuralink、Precision Neuroscience和Synchron等公司都投入了數千萬到數億美元的研發經費,開發能直接從人腦向電腦發送信息的微型設備。它們取得了顯著的研發成果,而更多公司和研究者仍在依賴學術和臨床環境中欠成熟的技術。
Neuralink聯合創辦人霍達克(Max Hodak)希望能填補這一鴻溝。他的新公司Science 位於加州阿拉米達(Alameda),已推出多款產品,旨在降低實驗室和初創企業進行腦研究的成本和時間。霍達克希望這些工具能夠加快大腦研究的進程,幫助開發出一些最嚴重疾病的療法。「我們的目標是讓腦機接口行業的市場規模擴大100倍,」他說。
這一商業策略以Science的探頭技術打頭陣,這是以Axon品牌銷售的一組芯片和設備,連接到腦組織後,可同時記錄和刺激數千個神經元。隨後,探頭系統與名為SciFi的手持計算設備配合使用,以收集和分析數據,再加上Science的軟件Nexus,研究人員可以在多個探頭設備上同時進行大腦實驗。
這產品最初的目標用戶是開展基礎研究和動物實驗的科學家。未來,Science計劃推出受眾更廣泛的產品,讓從事人體研究的初創公司亦能夠使用。「科學家仍在使用1980年代的工具,」霍達克說,「我們的首批產品將幫助他們邁入2024年,而隨著技術的進步,這些產品最終應用於人體。」
霍達克最早的腦部實驗是在杜克大學的宿舍裡完成的,當時他自製了一套裝置,可以刺激老鼠的神經元。2016年,他與馬斯克(Elon Musk)共同創立了專注於腦植入技術的公司Neuralink,並擔任總裁,2021年離職創立Science。Science的早期工作主要集中於眼部植入物,這些植入物位於視網膜下方,旨在幫助患有黃斑變性(macular degeneration)和視網膜色素變性(retinitis pigmentosa)等眼疾的人恢復視力。該公司正在進行該技術的臨床試驗,仍視之為核心業務。但同時,霍達克察覺到了一個機會:將Science為自身工作開發的工具銷售於業內的其他人。
科學家將電子設備植入動物和人體大腦已有數十年歷史,但直到今天,他們往往仍需從零開始生產大量硬件和軟件。市面上的常規設備技術落後,它們未能像其他電子和計算領域那樣,遵循一條常見的成本和性能發展曲線。近年來,一些腦植入初創公司通過創新和巨額投資突破了部分技術局限。例如,Neuralink開發了一種植入物,可以嵌入患者頭骨內,與一個硬幣大小的孔齊平,以實現無線通信。相較於需要在動物和人類頭上安裝笨重設備,並用電線連接到微波爐大小的數據處理系統,已經有了長足進步。藉此,癱瘓患者可以通過用意念移動電腦屏幕上的光標,來開展業務和玩線上遊戲。植入物還可以將神經訊號轉化為文字,這意味著患有漸凍人症(ALS)等疾病的人只需想一想要說的話,這些話就會直接顯示在電腦設備上。
Axon探頭的電子元件。攝影:Justin Maxon for Bloomberg Businessweek
霍達克的Science公司試圖將腦科學的標準化工具提升到消費電子產品的水平。Axon探頭配備了訂製芯片,使計算系統能夠將大腦產生的模擬訊號轉換為數字訊號以進行解讀。它們的數據處理量也遠非常規設備可比。SciFi計算系統類似一部掌上智能手機,能夠收集多個探頭的數據,並在處理數據後通過Wi-Fi傳輸給計算系統。
探頭起價為每部500美元,SciFi設備售價1000美元。總體而言,神經技術公司Forest Neurotech行政總裁諾曼(Sumner Norman)認為這些成本僅為常規設備的十分之一左右,該公司使用超聲波評估大腦健康狀況。「目前,以合理的成本打造一套最先進的探頭和計算系統幾乎是不可能的,尤其是在大多數實驗室和小型初創公司的預算範圍內,」諾曼指出。而霍達克的公司「嘗試改變這一現狀」。
除了硬件,Science還希望客戶使用Nexus軟件及相應的數據協議Synapse來搭建應用程序,而不用自己編寫代碼。「在整個職業生涯中,我已經為不同的實驗室和公司編寫了七次這類軟件,」霍達克說,「我們的目標不是開發由碩士和博士後編寫的作坊式軟件,而是提供現代化、工業級的軟件,以滿足此類設備涉及的數百TB的數據需求。」
瑞士聯邦理工學院(Swiss Federal Institute of Technology)腦實驗室負責人馬西斯(Mackenzie Mathis)投入了大量時間研究老鼠,她對前景深感興奮,因為設備讓受監測的動物能夠在籠子裡自由活動,而不受計算系統約束。
「能夠在動物自由移動時記錄神經動態將是一個顛覆性的進展,」馬西斯說。她還表示,雖然目前已經有一些無線系統,但「一次只能記錄非常少的神經元」,而Science能夠記錄數百個神經元。
諾曼和馬西斯都警告說,Science還有很多工作要做,包括說服研究人員圍繞這些產品展開合作,以及應對監管問題。諾曼預計,這些產品首先會吸引那些希望盡快收集大量數據的研究人員,而不是想要創立自己的專有軟硬件的初創公司。他表示,Science的產品不太可能在短期內孕育出Neuralink的競爭對手。「如果一間初創公司想在此基礎上開發出臨床使用的產品,仍然有大量工作要做,」他說。
霍達克承認,他曾對開發這些產品的商業邏輯有過懷疑。起初他不確定是否存在足夠大的市場來支撐大規模生產硬件的負擔和成本。但隨著時間的推移,他逐漸相信腦科學研究和技術正處於一個新時代的起點,Science可以助力設備的開發,這些設備不僅能幫助治療癱瘓和ALS等疾病,還能幫助應對抑鬱症和精神分裂等精神健康問題。他說:「需要明確的是,我並不是說我們現在就有治療方案,但我認為這個市場的潛力將超出許多人的預期。」──Ashlee Vance;譯 程璽
