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未來(lái)已來(lái)——腦機(jī)接口開啟科技新紀(jì)元
時(shí)間：2025-03-04
一、前言
2025年初，腦機(jī)接口（Brain Computer Interface，BCI）領(lǐng)域重磅訊息頻傳，先是Elon Musk旗下的Neurolink宣布，已經(jīng)成功為3名癱瘓患者植入侵入式電極。這些患者通過(guò)“心靈感應(yīng)（Telepathy）”技術(shù)，重新獲得了與外界溝通的能力，可以在日常生活中自如地操控電子設(shè)備，享受科技帶來(lái)的便利。緊接著，Meta也公布了基于其AI模型Brain2Qwerty的腦機(jī)接口完成了對(duì)腦電圖（EEG）和腦磁圖（MEG）的電信號(hào)高度解析，受試者無(wú)需手術(shù)即可“用大腦打字”，平均字符錯(cuò)誤率（CER）為32%，達(dá)到了早期手寫識(shí)別ORC技術(shù)的準(zhǔn)確率。依托于AI大模型，無(wú)創(chuàng)與有創(chuàng)腦機(jī)接口的信號(hào)差距正在逐步縮小。這一系列信息都表明，雖然腦機(jī)接口聽起來(lái)似乎離我們很遙遠(yuǎn)，但事實(shí)上，未來(lái)已經(jīng)悄然降臨。
二、行業(yè)發(fā)展背景
1924年，德國(guó)科學(xué)家漢斯?貝格爾首次記錄到人類大腦的電信號(hào)，這一發(fā)現(xiàn)揭示了人腦活動(dòng)存在電信號(hào)基礎(chǔ)，與電腦機(jī)械電子信號(hào)傳輸在信號(hào)形式上有一定的相似性，為后續(xù)腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展提供了啟示。1973年，美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)家雅克?維達(dá)爾首次提出將腦電信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)信號(hào)的“腦機(jī)接口”定義，為腦機(jī)接口技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
近年來(lái)，隨著人類對(duì)生命科學(xué)、信息技術(shù)科學(xué)的不斷探索發(fā)展與積累，如微電子技術(shù)的突破使電子信號(hào)接收處理設(shè)備同時(shí)具備高性能與微型化，人工智能技術(shù)使快速解讀海量復(fù)雜的腦信號(hào)成為可能，新材料科學(xué)讓腦機(jī)接口電極等關(guān)鍵部件能夠更安全、舒適地與大腦接觸，同時(shí)還能提高信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，減少信號(hào)干擾，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。諸如此類技術(shù)的一一突破，腦機(jī)接口行業(yè)發(fā)展方向越來(lái)越清晰，當(dāng)前腦機(jī)接口行業(yè)正處于技術(shù)突破的井噴階段。
高位截癱患者通過(guò)“心電感應(yīng)”收發(fā)郵件、打電子游戲；失明患者重見光明；抑郁患者回歸正常生活……這些曾經(jīng)只存在于科幻小說(shuō)中的場(chǎng)景，如今通過(guò)腦機(jī)接口技術(shù)正一步步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。腦機(jī)接口技術(shù)不僅在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，還在消費(fèi)娛樂(lè)、工業(yè)控制、教育等多個(gè)領(lǐng)域顯現(xiàn)出獨(dú)特的價(jià)值，有望為人類生活和社會(huì)發(fā)展帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。
三、什么是腦機(jī)接口
腦機(jī)接口（Brain Computer Interface，BCI），狹義上的定義為中樞神經(jīng)與外界的直接交互，具體是在大腦與外部環(huán)境之間建立一種全新的不依賴于外周神經(jīng)和肌肉組成的交流與控制通道，通過(guò)測(cè)量和采集中樞神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)，并將其直接轉(zhuǎn)譯為可被外界人工設(shè)備識(shí)別的信號(hào)或指令，從而實(shí)現(xiàn)大腦與外部設(shè)備的直接交流與控制（輸出式 BCI）。
廣義的BCI還包括輸入式BCI和交互式 BCI。輸入式BCI是由外部設(shè)備或機(jī)器向大腦輸入電、磁、聲和光刺激的腦機(jī)接口系統(tǒng)，交互式 BCI 是由反饋神經(jīng)將輸出環(huán)節(jié)和輸入環(huán)節(jié)連接起來(lái)形成閉環(huán)的腦機(jī)接口系統(tǒng)。
資料來(lái)源：興業(yè)國(guó)信資管
四、腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)的原理
1、腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)的生理基礎(chǔ)：
（1）神經(jīng)元內(nèi)部的信號(hào)傳輸依賴于電信號(hào)，腦神經(jīng)在遇到刺激或思考時(shí)，細(xì)胞膜外大量鈉離子會(huì)涌入細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)而打破原有電位差形成電荷移動(dòng)，從而出現(xiàn)局部電流，電流傳遞過(guò)程中通過(guò)化學(xué)信號(hào)繼續(xù)刺激其他神經(jīng)元，最終形成意識(shí)。通過(guò)監(jiān)測(cè)電信號(hào)，即可捕捉大腦的意識(shí)活動(dòng)。
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（2）大腦存在不同的功能分區(qū)，不同的分區(qū)負(fù)責(zé)知覺(jué)、運(yùn)動(dòng)、注意、記憶、語(yǔ)言等多種功能，腦機(jī)接口通過(guò)采集不同腦功能區(qū)的電信號(hào)，通過(guò)預(yù)處理、特征提取和模式識(shí)別，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大腦活動(dòng)狀態(tài)或意圖的解碼。
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2、腦機(jī)接口的工作流程：
腦機(jī)接口的目的是把大腦活動(dòng)轉(zhuǎn)變成對(duì)設(shè)備的控制指令，或者通過(guò)刺激大腦提供感覺(jué)反饋或修復(fù)神經(jīng)功能。腦機(jī)接口的實(shí)現(xiàn)通常涉及下述多個(gè)處理步驟：
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3、腦機(jī)接口范式：
在特定的腦成像技術(shù)下，由研發(fā)者精心選擇或設(shè)計(jì)的一組心理活動(dòng)或外部刺激范式。在用戶操控腦機(jī)接口時(shí)，由計(jì)算機(jī)識(shí)別與范式相同的腦電信號(hào)，從而判斷用戶執(zhí)行哪一個(gè)心理活動(dòng)或接受哪一個(gè)外部刺激。常用的范式有：運(yùn)動(dòng)想象范式、穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位、視覺(jué)P300、聽覺(jué)P300、選擇性聽覺(jué)注意等。
常用的腦機(jī)接口范式舉例：
（1）運(yùn)動(dòng)想象范式：相關(guān)研究已經(jīng)證實(shí)，想象激活了大腦中負(fù)責(zé)產(chǎn)生實(shí)際運(yùn)動(dòng)的區(qū)域。用戶可以通過(guò)想象肢體運(yùn)動(dòng)進(jìn)而控制感覺(jué)運(yùn)動(dòng)節(jié)律的幅度，使腦電能量的空域分布出現(xiàn)明顯的差異。BCI系統(tǒng)可依據(jù)上述響應(yīng)差異判斷用戶的控制意圖。
（2）視覺(jué)P300：大腦對(duì)新奇刺激的特異性響應(yīng)，通常出現(xiàn)在新奇刺激呈現(xiàn)后的300ms時(shí)間點(diǎn)附近，因此可通過(guò)不同的刺激時(shí)序排列對(duì)不同的任務(wù)目標(biāo)進(jìn)行編碼，后續(xù)可通過(guò)算法檢測(cè)P300成分出現(xiàn)的時(shí)間，即可判斷使用者注視的目標(biāo)位置（如下圖）。
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五、腦機(jī)接口的分類
腦機(jī)接口尚無(wú)完全統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)腦信號(hào)采集裝置是否侵入顱骨，是否侵入大腦皮層，分為侵入式、半侵入式和非侵入式。
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六、腦機(jī)接口技術(shù)壁壘與行業(yè)上下游
腦機(jī)接口行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括各類軟硬件設(shè)備，如核心的腦電采集設(shè)備、芯片、系統(tǒng)軟件算法以及外控外聯(lián)設(shè)備等；中游是腦機(jī)接口產(chǎn)品，包括腦電采集平臺(tái)和腦電接口設(shè)備，是將上游的軟硬件進(jìn)行的整合與應(yīng)用；下游則涵蓋了多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，如嚴(yán)肅醫(yī)療、科研、消費(fèi)醫(yī)療、智能家居、文教娛和軍事等，通過(guò)將腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用于不同場(chǎng)景，滿足多樣化的市場(chǎng)需求。
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1、技術(shù)壁壘：
腦機(jī)接口是一個(gè)跨學(xué)科行業(yè)，建立在神經(jīng)科學(xué)、材料學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)和工程學(xué)等領(lǐng)域的交叉點(diǎn)，具有較高的技術(shù)壁壘。腦機(jī)接口核心技術(shù)難點(diǎn)為：（1）如何高效、長(zhǎng)期、穩(wěn)定的獲得精確的腦電信號(hào)。（2）如何更好的識(shí)別和運(yùn)算腦電信號(hào)。
因此，目前限制腦機(jī)接口發(fā)展的主要技術(shù)難點(diǎn)為電極界面設(shè)計(jì)、腦電信號(hào)處理芯片以及腦信號(hào)識(shí)別的算法與AI大模型，這也是行業(yè)最具價(jià)值企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力所在。
2、上下游產(chǎn)業(yè)鏈：
（1）腦機(jī)接口上游核心元件為電極和芯片，目前全球腦機(jī)接口尚處于初期階段，且各中游公司技術(shù)路徑差別較大，電極制備尚處于少量定制研發(fā)階段，BCI主芯片目前國(guó)內(nèi)發(fā)展較為薄弱，當(dāng)前供應(yīng)商主要以德州電氣(TexasInstruments，TI)、意法半導(dǎo)體等國(guó)際大廠為主。
（2）腦機(jī)接口下游主要應(yīng)用于醫(yī)療健康、消費(fèi)娛樂(lè)、智能家居、軍事等領(lǐng)域，主要具備監(jiān)測(cè)、改善/恢復(fù)、替代和增強(qiáng)四大功能。目前因中游產(chǎn)品端尚在研發(fā)階段，下游應(yīng)用市場(chǎng)尚未完全放量。
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七、腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)模與融資現(xiàn)狀
1、 腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)迅速：
2024年規(guī)模約21億美元，2033年達(dá)87億美元。中國(guó)市場(chǎng)也快速崛起，2021年腦機(jī)接口設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約10億元，預(yù)計(jì)到2040年綜合市場(chǎng)規(guī)模將超1,200億元。
資料來(lái)源：金鼎資本、興業(yè)國(guó)信資管
2、投融資市場(chǎng)經(jīng)歷爆發(fā)期后逐步趨于冷靜：
2014年~2023年8月，中國(guó)腦機(jī)接口行業(yè)發(fā)生融資事件170起，涉及公司數(shù)60家，已披露融資金額事件78起，已披露融資總額58.45億人民幣。2014年~2020年中國(guó)腦機(jī)一級(jí)融資數(shù)量與金額呈平穩(wěn)上升趨勢(shì)，2021與2022年迎來(lái)短暫爆發(fā)期，兩年的投融資事件數(shù)占總事件數(shù)的41.1%；兩年披露的融資總額42.17億人民幣，占?xì)v年總金額數(shù)的72.1%；2023年，受整體大環(huán)境影響，腦機(jī)接口一級(jí)市場(chǎng)逐步進(jìn)入冷靜期，2023H1事件數(shù)僅為4件。
上述發(fā)生170起融資事件的輪次主要集中在A輪，占比52%（89起）；其次是天使輪，占比25%（42起）。整個(gè)行業(yè)尚處于發(fā)展初期。B輪和Pre-IPO的輪次主要集中于2021-2022年，事件數(shù)17，占B輪至Pre-IPO融資事件數(shù)的43.5%，在2018年左右獲得早期融資的企業(yè)已經(jīng)進(jìn)入高速成長(zhǎng)期。
資料來(lái)源：醫(yī)藥魔方、興業(yè)國(guó)信資管
興業(yè)國(guó)信資管觀察：目前腦機(jī)接口在全球都處于前沿領(lǐng)域，在醫(yī)療健康、消費(fèi)娛樂(lè)、軍事領(lǐng)域等具有明顯的潛在優(yōu)勢(shì)和較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是值得關(guān)注的領(lǐng)域。
腦機(jī)接口融資在經(jīng)歷20-22年的爆發(fā)期后進(jìn)入冷靜期，腦機(jī)接口產(chǎn)品落地時(shí)間較長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)技術(shù)發(fā)展不平衡，同時(shí)臨床、政策與審批帶有較多的不確定性，導(dǎo)致腦機(jī)接口領(lǐng)域在當(dāng)下時(shí)間段，投資趨穩(wěn)，一級(jí)市場(chǎng)更關(guān)注能實(shí)現(xiàn)具體產(chǎn)品的項(xiàng)目。
八、行業(yè)細(xì)分賽道代表公司
腦機(jī)接口行業(yè)地圖
資料來(lái)源：興業(yè)國(guó)信資管公開資料收集整理
注：以上分類基于公司公開代表產(chǎn)品分類，不代表僅從事單核心業(yè)務(wù)
行業(yè)地圖現(xiàn)狀：腦機(jī)接口按照實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度排序?yàn)椋簾o(wú)創(chuàng)消費(fèi)及監(jiān)測(cè)類設(shè)備、醫(yī)用神經(jīng)刺激調(diào)節(jié)設(shè)備、半侵入式腦機(jī)接口、侵入式腦機(jī)接口。其中神經(jīng)刺激調(diào)節(jié)設(shè)備相對(duì)成熟，產(chǎn)品已經(jīng)在中國(guó)成功商業(yè)化，頭部企業(yè)如美敦力、品馳等市占率有明顯的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。
非侵入式腦機(jī)接口目前主攻市場(chǎng)有醫(yī)療監(jiān)測(cè)、科研儀器與消費(fèi)醫(yī)療，目前已經(jīng)有產(chǎn)品成功商業(yè)化，但是醫(yī)療監(jiān)測(cè)、科研儀器領(lǐng)域現(xiàn)階段市場(chǎng)規(guī)模相對(duì)受限，競(jìng)爭(zhēng)較為激烈，細(xì)分賽道主要玩家也在積極探索向大數(shù)據(jù)、神經(jīng)刺激產(chǎn)品、侵入類產(chǎn)品和消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品等細(xì)分賽道拓展。
侵入式與半侵入產(chǎn)品因?yàn)殡姌O長(zhǎng)期植入安全性與有效性的問(wèn)題，尚處于概念驗(yàn)證階段，長(zhǎng)期安全有效的電極材料，更為微創(chuàng)的植入方式可能為未來(lái)短期內(nèi)需要突破的技術(shù)難點(diǎn)。目前進(jìn)展最快的為Neurolink的N1，目前已經(jīng)成功完成3例患者植入。第1例患者在植入電極3個(gè)月后公開采訪時(shí)表示，使用效果較剛植入時(shí)有一定的減弱，部分功能無(wú)法完成，Neurolink工程師認(rèn)為可能是大腦在顱腔中的晃動(dòng)導(dǎo)致電極與接觸神經(jīng)元的匹配出現(xiàn)漂移。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)企業(yè)如腦虎科技、博?？档绕髽I(yè)也已經(jīng)完成了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，目前處于向FIM實(shí)驗(yàn)積極探索階段。
九、結(jié)語(yǔ)
雖然腦機(jī)接口核心產(chǎn)品尚處于早期研發(fā)階段，但可以預(yù)見的是，Deepseek等AI大模型的迅速發(fā)展將會(huì)明顯提升腦電信號(hào)的辨別能力，進(jìn)一步縮小現(xiàn)階段因材料、芯片等物理壁壘造成的技術(shù)堵點(diǎn)，為腦機(jī)接口領(lǐng)域提供一輪新的加速發(fā)展動(dòng)力。但同時(shí)，腦機(jī)接口收費(fèi)模式尚未打通，中國(guó)初創(chuàng)企業(yè)在產(chǎn)品商業(yè)化后，短期內(nèi)業(yè)績(jī)達(dá)到上市體量具有一定難度，投資仍然具有較高風(fēng)險(xiǎn)。
興業(yè)國(guó)信資管觀點(diǎn)：
（1）供應(yīng)鏈端，因上游供應(yīng)鏈尚未成熟，下游市場(chǎng)尚未打開，現(xiàn)階段市場(chǎng)投資熱點(diǎn)主要集中于中游產(chǎn)品生產(chǎn)制造企業(yè)。
（2）選品端，投資機(jī)構(gòu)會(huì)給有終端產(chǎn)品的平臺(tái)型公司更高的估值，這類終端產(chǎn)品具有市場(chǎng)想象力大（如侵入性腦機(jī)接口），可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)（如DBS等）等特點(diǎn)。
（3）團(tuán)隊(duì)端，全球腦機(jī)接口尚處于早期階段，是一場(chǎng)馬拉松式競(jìng)賽，研發(fā)時(shí)間久，商業(yè)化回報(bào)周期久。創(chuàng)始人及團(tuán)隊(duì)除了需要具備材料學(xué)、芯片、編程、臨床等多方面技術(shù)整合能力之外，較強(qiáng)的融資能力也是投資機(jī)構(gòu)關(guān)注要點(diǎn)。
