腦機(jī)接口是指在有機(jī)生命的腦與具有計(jì)算能力的設(shè)備間創(chuàng)建用于信息交換的連接通路，實(shí)現(xiàn)信息交換及控制。依據(jù)信息流向的差異，可將腦機(jī)接口分為輸入式腦機(jī)接口和輸出式腦機(jī)接口。輸入式腦機(jī)接口主要用于調(diào)控中樞神經(jīng)活動(dòng)，該模式下，外部設(shè)備直接向大腦輸入刺激；輸出式主要用于為殘障人士等提供與外部世界通信的方式，該模式下，大腦向外部設(shè)備輸出指令、最終結(jié)果又通過神經(jīng)反饋給用戶。現(xiàn)階段，腦機(jī)接口研究及應(yīng)用以輸出式腦機(jī)接口為主。
1、發(fā)展環(huán)境
政策推進(jìn)：利好政策持續(xù)發(fā)布，支撐行業(yè)成長(zhǎng)
業(yè)內(nèi)認(rèn)為，腦機(jī)接口是下一個(gè)生命科學(xué)和信息技術(shù)交叉融合的主戰(zhàn)場(chǎng)，各國相繼啟動(dòng)腦科學(xué)研究計(jì)劃，中國也陸續(xù)出臺(tái)利好政策，明確腦機(jī)接口的戰(zhàn)略性地位。國家層面，《“十三五”規(guī)劃綱要》提出將“腦科學(xué)與類腦科學(xué)研究”列為“科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目”，《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出將腦科學(xué)列為與生命健康和人工智能同等重要的國家戰(zhàn)略性前沿科技與研究方向。
技術(shù)保障：底層技術(shù)的進(jìn)步為腦機(jī)接口應(yīng)用提供有力支撐
芯片方面，AI芯片算力步入超摩爾時(shí)代，算力的大幅提升為腦機(jī)記錄通道數(shù)創(chuàng)造極大提速機(jī)會(huì)。此外，為適應(yīng)植入式腦機(jī)芯片對(duì)微型化的需求，放大器與DAC結(jié)合的數(shù)字-模擬混合反饋技術(shù)得以應(yīng)用；在算法方面，為滿足控制過程中解碼連續(xù)性的需求，類腦解碼器得到進(jìn)一步應(yīng)用，隨著深度學(xué)習(xí)算法在遷移算法中的應(yīng)用，跨被試和跨時(shí)間的可變性問題得到了一定程度的解決，促進(jìn)腦機(jī)接口走向落地應(yīng)用。此外，腦深部電極刺激（DBS）、范式編碼技術(shù)等研究突破均推動(dòng)了腦機(jī)接口的技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用。目前，腦機(jī)接口已形成較為成熟的工作方式。
需求拉動(dòng)：人類渴望開發(fā)大腦潛力及治愈復(fù)雜疾病
近兩三百年來，社會(huì)信息量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，知識(shí)總量遠(yuǎn)超生物大腦進(jìn)化速度，人類個(gè)體大腦學(xué)習(xí)能力有限性與人類文明指數(shù)級(jí)發(fā)展之間的矛盾日益凸顯，通過腦機(jī)接口的方式，或可將計(jì)算機(jī)芯片的功能轉(zhuǎn)移到人腦，大大提升大腦的信息存儲(chǔ)和處理能力，提升個(gè)體的知識(shí)獲取效率，從而進(jìn)一步開發(fā)大腦潛力。此外，隨著社會(huì)老齡化日益嚴(yán)重，記憶力下降、腦卒中、腦腫瘤、腦萎縮等腦疾病已成為重大的社會(huì)問題，但現(xiàn)階段相關(guān)藥物研發(fā)難度大，根據(jù)BIO數(shù)據(jù)，神經(jīng)類疾病藥物從臨床一期研發(fā)到上市成功概率僅為5.9%，低于各類適應(yīng)癥藥物研發(fā)成功率平均水平，并且多數(shù)神經(jīng)疾病治療類藥物具有明顯負(fù)作用，因此腦疾病的藥物治療方法有限。相對(duì)于藥物研發(fā)的低速進(jìn)展，近年來研究人員對(duì)大腦控制運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性理解有極大提升，隨著大腦認(rèn)知及腦機(jī)接口技術(shù)的不斷進(jìn)步，腦機(jī)接口系統(tǒng)創(chuàng)新療法有望打破僵局，除腦部疾病外，腦機(jī)接口還可以治療抑郁癥、多動(dòng)癥、自閉癥、癲癇等疾病，也可用于截肢后康復(fù)治療。
2、發(fā)展現(xiàn)狀
產(chǎn)業(yè)鏈：由上游底層軟硬件、中游設(shè)備及平臺(tái)、下游應(yīng)用構(gòu)成
產(chǎn)業(yè)鏈上游以腦機(jī)接口硬件、軟件為主，硬件包括芯片、腦電采集設(shè)備廠商等，軟件包括腦機(jī)信號(hào)的算法和軟件等；產(chǎn)業(yè)鏈中游包括腦電采集平臺(tái)和腦機(jī)接口設(shè)備；產(chǎn)業(yè)鏈下游以腦機(jī)接口應(yīng)用為主，包括但不限于醫(yī)療，也覆蓋科技、教育、傳媒等領(lǐng)域。
技術(shù)路徑：侵入式、半侵入式、非侵入式技術(shù)
腦機(jī)接口技術(shù)路徑按接入方式可劃分為侵入型、半侵入型、非侵入型三種。
侵入式腦機(jī)接口：通過有創(chuàng)方式對(duì)深入到顱骨以下的組織進(jìn)行信號(hào)采集和記錄，該方式獲得的神經(jīng)信號(hào)質(zhì)量較高，但易引發(fā)免疫反應(yīng)和愈傷組織，導(dǎo)致神經(jīng)信號(hào)質(zhì)量衰退。21世紀(jì)以來，隨著神經(jīng)科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的進(jìn)步，侵入式腦機(jī)接口研究升溫明顯，正朝小型化、便攜化、可穿戴化方向發(fā)展。
半侵入式腦機(jī)接口：將腦機(jī)接口植入大腦皮層之外、顱腔之內(nèi)，主要基于皮層腦電圖進(jìn)行信息分析。相比侵入式技術(shù)，半侵入式技術(shù)更成熟、手術(shù)危險(xiǎn)度較低、損傷性較��；相比非侵入式技術(shù)，半侵入式腦機(jī)接口信號(hào)更精準(zhǔn)，但傷害性也更強(qiáng)。
非侵入式腦機(jī)接口：通過附著在頭皮上的穿戴設(shè)備測(cè)量大腦活動(dòng)，無需進(jìn)入大腦，安全性更強(qiáng)，是目前主流的腦機(jī)形式。但由于顱骨對(duì)神經(jīng)信號(hào)存在衰減作用，所獲信號(hào)精準(zhǔn)性欠佳。非侵入式腦機(jī)接口可分為濕電極、干電極、半干電極三種。濕電極電性能好，但使用不便；干電極使用方便，但信號(hào)質(zhì)量和穩(wěn)定性較差；半干電極結(jié)合了前兩項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了便利性和信號(hào)質(zhì)量的平衡，為當(dāng)前行業(yè)研究重點(diǎn)。
應(yīng)用：主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，非醫(yī)領(lǐng)域發(fā)展迅速
腦機(jī)接口已展現(xiàn)出巨大的價(jià)值潛力，目前主要應(yīng)用于醫(yī)療場(chǎng)景。非侵入腦機(jī)接口主要應(yīng)用于腦疾病的早期篩查和輔助診療，侵入式腦機(jī)接口主要應(yīng)用于難治性腦部疾�；谀X機(jī)接口醫(yī)療應(yīng)用場(chǎng)景的不同，可劃分為嚴(yán)肅醫(yī)療場(chǎng)景、消費(fèi)場(chǎng)景及嚴(yán)肅醫(yī)療與消費(fèi)場(chǎng)景跨界三類。在嚴(yán)肅醫(yī)療場(chǎng)景，腦機(jī)接口被用于治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，包括器質(zhì)性疾病及功能性疾��；在消費(fèi)醫(yī)療場(chǎng)景，腦機(jī)接口被用于針對(duì)健康人群的可穿戴設(shè)備中，具備技術(shù)壁壘較低、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，受眾廣泛的特點(diǎn)；在嚴(yán)肅醫(yī)療與消費(fèi)跨界場(chǎng)景，臨床獲批的產(chǎn)品或治療手段被用于C端患者治療，具備技術(shù)壁壘高、競(jìng)爭(zhēng)廠商少的特點(diǎn)。在非醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，腦機(jī)接口應(yīng)用同樣快速發(fā)展，尤其是在教育、娛樂游戲等行業(yè)。
市場(chǎng)規(guī)模 ：規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，行業(yè)快速發(fā)展
截至2021年末，全球腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)15億美元，這一數(shù)值有望在2027 年提升至33 億美元。目前，我國腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)模約10億元，腦機(jī)接口作為新興產(chǎn)業(yè)，各國在核心技術(shù)及市場(chǎng)拓展等方面尚未拉開差距，中國在核心器件設(shè)計(jì)方面不存在明顯落后，在政策傾斜與資源加持下，有望實(shí)現(xiàn)彎道超車。
3、發(fā)展趨勢(shì)
技術(shù)趨勢(shì)：腦機(jī)接口將獲得長(zhǎng)足發(fā)展，神經(jīng)技術(shù)與類腦計(jì)算技術(shù)加速融合
由于侵入式腦機(jī)接口容易對(duì)大腦造成損傷，非侵入式腦機(jī)接口獲取的腦電信號(hào)質(zhì)量不佳等原因，微創(chuàng)式腦機(jī)接口技術(shù)有望成為后續(xù)發(fā)展重點(diǎn)。此外，隨著人機(jī)交互技術(shù)的不斷發(fā)展，元宇宙等新場(chǎng)景需求的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)剛性接口硬件已難以滿足需求。相比之下，柔性腦機(jī)接口能與人體組織更加緊密融合，能實(shí)現(xiàn)高效信息交換，因而也是未來的重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)方向。交互手段方面，信息交互手段將從以電為主，走向電、光、磁、聲等多種手段聯(lián)合應(yīng)用。腦機(jī)接口技術(shù)也將加速神經(jīng)技術(shù)與類腦計(jì)算技術(shù)的融合，助力腦科學(xué)研究更好認(rèn)知大腦工作機(jī)理，實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)、解碼、調(diào)控大腦的目的。
應(yīng)用趨勢(shì)：“腦聯(lián)網(wǎng)”助力精準(zhǔn)健康管理，腦機(jī)接口助力連接元宇宙實(shí)現(xiàn)數(shù)字永生
通過持續(xù)、精準(zhǔn)、長(zhǎng)期的生物特征和行為數(shù)據(jù)收集與分析，腦機(jī)接口技術(shù)有望推動(dòng)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、精準(zhǔn)化腦功能健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)與干預(yù)，助力實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)健康管理。此外，腦機(jī)接口技術(shù)的成熟或?qū)⒓铀?ldquo;腦聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代將到來，單個(gè)人腦可通過無線腦電傳輸實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)的“云上傳”，這使人腦“情緒復(fù)刻”成為現(xiàn)實(shí)，而“情緒復(fù)刻”將為治療各類精神疾病帶來希望。在非醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，機(jī)器的存儲(chǔ)和運(yùn)算能力與人腦的思維與創(chuàng)新能力有望實(shí)現(xiàn)深度結(jié)合，推動(dòng)人工智能達(dá)到更高層次腦機(jī)智能融合。腦機(jī)接口還有望成為繼VR/AR后的下一代元宇宙入口，在腦機(jī)接口輔助下，人的主觀想象有望通過傳感器、3D打英智能制造等手段轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，并能一定程度改造真實(shí)世界。腦機(jī)接口與人工智能等技術(shù)相結(jié)合，人類的思想、情感、記憶的數(shù)字化存儲(chǔ)成為可能，人類有望實(shí)現(xiàn)精神或人格的永續(xù)，達(dá)到數(shù)字永生。
36氪研究院
36氪研究院根據(jù)行業(yè)發(fā)展、資本熱度、政策導(dǎo)向等定期輸出高質(zhì)量研究報(bào)告，幫助政府、企業(yè)、投資機(jī)構(gòu)等快速了解行業(yè)動(dòng)態(tài)，把握發(fā)展機(jī)遇和明確發(fā)展方向。同時(shí)，研究院致力于為全國各級(jí)政府、企業(yè)、VC/PE機(jī)構(gòu)、孵化器/產(chǎn)業(yè)園區(qū)等提供專業(yè)定制化咨詢服務(wù)。
