當?shù)貢r間2022年11月30日，腦機接口(Brain Computer Interface，BCI))公司Neuralink舉辦了一次名為Show & Tell的技術展示活動。在該活動上，公司創(chuàng)始人Elon Musk展示了一段植入腦機接口設備的猴子，使用“意念”打字、玩電子游戲的視頻。VZ2esmc

據介紹，實驗猴可按照屏幕上的提示鍵進行“操作”，腦機接口設備可讀取猴腦活動信息，來移動屏幕上的光標從而完成打字操作。而在2021年，Neuralink的猴子實驗還只能玩彈球游戲。Musk指出，實驗猴僅是移動光標點亮字符，而不是理解字符的意義。根據Neuralink的說法，該技術可助力四肢癱瘓的人，讓其通過控制鼠標指針來溝通。VZ2esmc

在醫(yī)學領域率先落地

不同于《阿凡達》、《蜘蛛俠2》、《攻殼機動隊》、《銀翼殺手》、《黑客帝國》等科幻電影，現(xiàn)實中的腦機接口應用并不如想象中的“賽博朋克(Cyberpunk)”。當前，腦機接口主要應用在醫(yī)學領域，為溝通/行動不便者提供額外的溝通/運動能力。VZ2esmc

在腦機接口技術中，最成熟的一類應用當屬人工耳蝸。早在上個世紀70年代，就已經出現(xiàn)了人工耳蝸技術，該技術包括體外和體內兩部分，體外部分負責收集聲音，把聲音轉換成電信號，體內部分主要是陣列電極，把電信號傳遞給聽神經，再通過聽神經傳入中樞產生聽覺。VZ2esmc

除了人工耳蝸技術之外，近十余年來，更多腦機接口技術有了新突破。腦機接口技術的突破，帶動該新興市場正在起飛。VZ2esmc

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圖1：近十余年腦機接口實際應用案例（不完全統(tǒng)計） 制表：國際電子商情 資料來源：各企業(yè)官網VZ2esmc

自帶熱搜體質的Musk，在Neuralink的宣傳工作上不費余力。“大腦植入芯片的猴子通過意念玩游戲”，乍看上去這個試驗顯得驚世駭俗，其實猴子是常見的醫(yī)學試驗對象。只有通過動物試驗之后，才會在人體上進行下一步的臨床試驗。醫(yī)學類器械最終免不了人體實驗，對此Musk透露說，Neuralink已向FDA向提交了文件，最快將在半年內展開人體試驗。VZ2esmc

Musk為Neuralink公司規(guī)劃的目標是：解決大腦和脊柱損傷，通過芯片植入部分恢復視力和聽力，以及治療老年癡呆癥等。除了博人眼球的腦部植入產品之外，Neuralink還有兩款產品：其中一款是脊椎植入物，幫助癱瘓患者恢復運動能力，另一款是眼部植入物，可幫助視覺障礙者改善或恢復視力。比如，眼部植入物的技術原理是，通過刺激大腦的特定部位，在其中形成相應的圖像像素點從而達到恢復視力的目的。VZ2esmc

不同的信號采集方式

也許會有人覺得，在大腦中植入芯片令人難以接受。實際上，在大腦中植入芯片是有先例的，在醫(yī)學領域，曾有癲癇、帕金森氏癥和強迫癥患者，在大腦植入物體而獲得了較好的治療效果。VZ2esmc

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圖2：三類腦機接口信號采集方式 制圖：國際電子商情 資料來源：各機構研報VZ2esmc

說到“植入”，這類腦機接口信號采集方式，往往是指侵入式和半侵入式，這些方式會經歷開顱手術，相對來說存在一定的手術風險。如果根據信號采集方式來劃分，腦機接口技術主要可分為侵入式、非侵入式和半侵入式三種類型：VZ2esmc

• 侵入式，指在大腦中植入芯片、電極，人腦中有上千億個神經元，植入電極可精準地監(jiān)測到單個神經元的放電活動。但使用電極數(shù)量和壽命有限，同時電極的植入會損傷大腦神經元，也會有感染風險；
• 非侵入式，無需通過侵入大腦，通過穿戴設備采集腦電信號，其缺點是不夠精確；
• 半侵入式，將采集電極等植入到顱腔內，植入頭皮與大腦皮層之間，主要基于皮層腦電圖進行信息分析，信號強度及分辨率弱于侵入式，可降低手術風險和免疫反應。

侵入式(植入式)腦機接口技術在醫(yī)療領域有應用，可能率先落地并帶來市場收益的是神經替代、神經調控相關技術和產品。2004年，Cyberkinetics公司“猶他陣列電極”獲得美國FDA批準上市，并開展了首次關于運動皮層腦機接口臨床試驗，嘗試通過運動意圖來完成對機械臂的控制。VZ2esmc

不過，最初的“猶他陣列電極”植入的是硬質電極，手術創(chuàng)傷大、感染風險高、排異反應大、體內工作時間短。研究人員發(fā)現(xiàn)，在長時間的植入后，猶他電極周圍會形成瘢痕組織，從而失去效果。VZ2esmc

在此基礎上，研究人員把硬質電極換成了柔性電極，進一步降低手術創(chuàng)口、感染風險和使用壽命。例如，中國的腦虎科技(NeuroXess)自研的微創(chuàng)侵入式高通量柔性腦機接口技術，打破了國外技術壟斷。目前，該公司的微創(chuàng)植入式高通量柔性腦機接口系統(tǒng)已完成在鼠、兔、猴等多種動物模型上的應用測試，柔性神經電極單器件集成上千通道，分辨率達到單神經元精度，植入創(chuàng)口<0.7mm，在體時間超過8個月。VZ2esmc

腦機接口市場規(guī)模預測

據中國電子技術標準化研究院《腦機接口標準化白皮書2022》顯示：現(xiàn)在，腦機接口核心軟硬件產品全球市場估算為十多億美元，神經調控軟硬件產品全球市場規(guī)模約為百億美元。可推動神經系統(tǒng)疾病的數(shù)字療法走向應用，將撬動達到數(shù)千乃至萬億規(guī)模的睡眠調控、消費娛樂、神經疾病治療市場。VZ2esmc

在目標群體方面，腦機接口有龐大的用戶基數(shù)。據中國殘聯(lián)統(tǒng)計數(shù)據，我國肢體殘疾2472萬人，視覺障礙群體將近1800萬，聽力殘疾人數(shù)達2780萬人。另據不完全統(tǒng)計，我國老年癡呆患病率為6%，抑郁癥和焦慮癥患病率接近7%，其他神經系統(tǒng)疾病患者過千萬人，并隨著老齡化程度提高而快速增長。因此，根據以上數(shù)據可預測出，神經重塑、神經替代、神經調控腦機接口技術，將擁有數(shù)十萬億規(guī)模的市場空間。VZ2esmc

麥肯錫在2020年發(fā)布的報告顯示：預計在未來10-20年內，腦機接口設備將產生700至2000億美元的年市場價值。同時，該機構也強調稱，腦機接口市場想要大規(guī)模商業(yè)化，除了進一步發(fā)展技術之外，還需要解決倫理問題。VZ2esmc

伴隨腦機接口技術逐漸成熟，該技術應用將普及到健康人群中，如何讓普羅大眾接受該類技術，是腦機接口企業(yè)未來需要解決的難題之一。大家在科幻作品中經?？吹降?，黑客侵入腦機接口系統(tǒng)導致的一系列安全危機，諸如這類安全事件需要如何防范和解決？這都是需要從業(yè)者和立法者思考和重視的問題。VZ2esmc

腦機接口產業(yè)鏈現(xiàn)狀

世界各國已經將腦科學研究列入重點規(guī)劃。美國早在1989年就發(fā)布了《全國性腦計劃》，日本在1996年啟動腦科學研究，韓國和加拿大分別于2016年、2017年啟動“腦計劃”。VZ2esmc

2016年3月，中國的“腦計劃”正式誕生，“腦科學與類腦研究”被列為“科技創(chuàng)新2030重大項目”。腦科學以探索大腦秘密并攻克大腦疾病為導向，類腦研究以建立并發(fā)展人工智能技術為導向。在“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標中，人工智能和腦科學也被列為國家戰(zhàn)略科技力量。VZ2esmc

腦機接口需要實現(xiàn)腦電信號的預處理、信號通信、部分信號處理環(huán)節(jié)，其產業(yè)鏈目前可分為上游、中游、下游三個環(huán)節(jié)。上游包括腦電采集設備(電極帽/微探針/微電極)、BCI芯片、處理計算機/數(shù)據集&處理算法、操作系統(tǒng)級分析軟件、外部嵌套等，中游包括腦電采集平臺、腦機接口設備，下游包括各種應用領域。VZ2esmc

從產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)來看(詳見表1)，腦機接口產業(yè)上游參與者包括芯片和腦電采集設備商、操作系統(tǒng)和軟件商、數(shù)據分析商等，中游主要是腦機接口產品提供商，下游有醫(yī)療健康、教育培訓、游戲娛樂、智能家居、軍事國防等應用領域。VZ2esmc

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表1：腦機接口產業(yè)鏈（不完全統(tǒng)計）VZ2esmc

全球腦機接口產業(yè)鏈發(fā)展仍在初期階段，其上游設備尚未實現(xiàn)標準化量產，自研BCI芯片和算法是核心技術壁壘。我國腦機接口產業(yè)鏈發(fā)展還不夠完善，芯片等環(huán)節(jié)發(fā)展也較為薄弱，當前主要以德州電氣(TI)、意法半導體(ST)等國際大廠為主。VZ2esmc

由于BCI芯片涵蓋了模擬、數(shù)字、通信等多種功能，其技術門檻在于模擬電路設計挑戰(zhàn)大、低功耗要求高，且具備無線能量傳輸能力。如今，BCI芯片主要有兩種方案——通用方案和專用ASIC方案——比如，Neuralink、布朗大學，復旦大學等，設計了腦機接口專用ASIC芯片。VZ2esmc

2019年，Neuralink發(fā)布的N1芯片，集成了具有超高信噪比、超低功耗的放大器前端、ADC及片上信號處理系統(tǒng)，并采用了藍牙無線傳輸方式；2021年初，復旦大學自研BCI芯片第五次流片，這款64通道BCI芯片使用13.56MHz頻段，具備無線能量充電與指令傳輸，速率大54Mbit/s，芯片模組續(xù)航超過24小時。VZ2esmc

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表2：腦機接口獨角獸企業(yè)（不完全統(tǒng)計）VZ2esmc

全球腦機接口領域獨角獸公司代表有：Neuralink、NeuroPace、MindMaze、Kernel、Dreem、神念科技、博?？档?。通過表4可知，在這些獨角獸企業(yè)中，主要以非侵入式BCI為主，相信隨著硬件的更新迭代和人工智能技術的不斷升級，可穿戴非入侵式BCI設備所采集到的腦電精度可達到醫(yī)療級別，這也是非侵入式BCI賽道的發(fā)展動力。VZ2esmc

近年來，侵入式BCI也有較大的技術突破。2021年7月，Synchron獲得了FDA的審批，對永久性植入腦機接口啟動了臨床試驗，預計其產品最快于2024年正式上市；Blackrock Neurotech計劃在2023年把其腦機接口系統(tǒng)推向市場，該公司有望成為全球首家商業(yè)化BCI技術的公司。VZ2esmc

已受資本青睞

雖然現(xiàn)在談論腦機接口產業(yè)鏈還尚早，但是腦機接口行業(yè)已經受到了資本的青睞。VZ2esmc

以美國腦機接口公司Synchron為例，該公司于2016年在加州成立，致力于研發(fā)侵入式BCI設備。自2017年獲1000萬美元A輪融資以來，截至2022年12月末，該公司已經獲得了C輪融資，本輪融資總額為7500萬美元，由ARCH Venture Partners領投，Gates Frontier、Bezos Expeditions、Greenoaks、盛大集團等參與融資。VZ2esmc

中國腦機接口行業(yè)的投融資熱度，主要集中在可穿戴BCI設備、腦疾病的影像診斷、腦認知康復等非侵入式BCI上。關注腦機接口技術的投資機構有紅杉中國、荷塘創(chuàng)投、中國電子等。VZ2esmc

相信隨著腦機接口技術的進一步突破和該行業(yè)的進一步商業(yè)落地，未來我們也能看到更多的資本涌入該行業(yè)，同時相關市場會出現(xiàn)更多的產品形態(tài)。VZ2esmc