2022年全球脑机接口技术与应用发展研究报告.pdf

2022 全球脑机接口技术与应用发展研究报告亿欧智库 https:/ reserved to EO Intelligence,November 2022亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)目录C O N T E N T S1脑机接口背景综述1.1脑机接口定义和工作原理1.2全球重点国家脑机接口发展变化事件1.3脑机接口发展驱动因素1.4脑机接口在全球及中国的投融资背景2脑机接口技术应用现状分析2.1脑机接口技术分类及拆解2.2脑机接口行业概况2.3脑机接口产业图谱2.4脑机接口优秀企业案例分析2.5脑机接口全球及中国市场规模3脑机接口的挑战和发展趋势3.1脑机接口面临的挑战和破解思考3.2脑机接口的发展趋势预测亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)名词解释 Glossary3u Brain-computer interface,BCI：国际脑机接口会议官方定义为BCI是一种不依赖由外围神经和肌肉组成的正常输出通路的通讯系统u 狭义BCI：脑-机连接通路概念；u 广义BCI：实现脑-机交互的通讯系统（包含硬件、设备、软件、脑相关数据、技术、外设）;u 输出式BCI：由大脑向外部设备输出通信或控制指令的脑机接口系统;u 输入式BCI：由外部设备或机器向大脑输入电、磁、声和光刺激的脑机接口系统;u 交互式BCI：由反馈神经将输出环节和输入环节连接起来形成闭环的脑机接口系统；u ECoG：脑皮层电图，或颅内脑电图是一种电生理监测，使用直接放置在大脑裸露表面上的电极纪录来自大脑皮层的电活动；u EEG：脑电图，一种记录脑电波的电生理监测方法，主要采集大脑皮质中的电活动；u MEG：脑磁图，一种记录脑电波的电生理监测方法，利用超导量子干涉仪（SQUID）来测量大脑活动产生的磁场；u fMRI：功能性磁共振成像，通过检测在执行具体任务时特定脑区中由于神经元活动的增强而产生的血流量变化来间接测量大脑中的神经元活动；u fNIR：功能性近红外成像，基于有氧或无氧时血液中血红蛋白对近红外光吸收率来测量大脑中由于神经元活动增强引起的血氧水平变化；u PET：正电子发射断层成像，一种非侵入式技术，通过观察注入人体的放射性示踪剂的活动来检测代谢活动从而间接测量大脑活动；u 机器学习：一门多领域交叉学科，涉及概率论、统计学、逼近论、凸分析、算法复杂度理论等多门学科。专门研究计算机如何模拟或实现人类的学习行为，以获取新知识或技能，重组已有知识结构来不断改善自身性能；u 深度学习：是机器学习领域中的新研究方向，主要学习样本数据的内在规律和表示层次，目的是让机器能像人一样具有分析学习能力；u 一体两翼：脑机接口中的“一体两翼”即以研究脑认知的神经原理为“主体”，其中又以绘制脑功能联结图谱为重点，而研发脑重大疾病诊治新手段和脑机智能新技术为“两翼”；亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)名词解释 Glossary4u“十三五”规划：全称为中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要“十三五”时期是全面建成小康社会、实现我们党确定的“两个一百年”奋斗目标的第一个百年奋斗目标的决胜阶段，充分考虑了“十三五”时期我国经济社会发展的趋势和要求；u“十四五”规划：全称中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要，“十四五”时期是我国全面建成小康社会、实现第一个百年奋斗目标之后，乘势而上开启全面建设社会主义现代化国家新征程、向第二个百年奋斗目标进军的第一个五年；u 肢体运动障碍：肢体器官或者是功能缺损造成的活动困难；u 慢性意识障碍：包括植物状态、微意识状态等，是一类疾病的总称；u FDA：全称美国食品药品监督管理局为美国卫生与公众服务部直辖的联邦政府机构，其主要职能为负责对美国国内生产及进口的食品、膳食补充剂、药品、疫苗、生物医药制剂、血液制剂、医疗设备、放射性设备、兽药和化妆品进行监督管理；u 多电极阵列：在一块基片集成多个微电极形成阵列,植入脑皮层的多电极阵列,可以读取脑中神经元群体活动的细节信息。在神经科学基础研究方面,多电极阵列开始成为一种重要的神经信息探测手段u 柔性电极：柔性电极可以贴合人体皮肤，实时传输检测信号，具有多层卷绕、性能倍增的特性，可大幅度提高电池和超级电容器的整体性能，提高体积比容量。还可用于柔性医疗传感器、可穿戴式传感器；u 鲁棒性：指系统在不确定性的扰动下，具有保持脑电采集性能不变的能力；u 生物相容性：指生命组织对非活性材料产生反应的一种性能，一般指材料与宿主之间的相容性；u ADHD：指发生于儿童时期，与同龄儿童相比，以明显注意集中困难、注意持续时间短暂、活动过度或冲动为主要特征的一组综合征；u 稳态视觉诱发电位(SSVEP)：是指当用户受到一个固定频率的视觉刺激时，可以在大脑的初级视觉皮层上检测到一个与刺激频率有关(刺激频率的基频或倍频处)的响应；u P300：指当大脑受到小概率事件刺激时，在刺激呈现后的300ms左右出现一个正向峰值，反映了大脑认知加工过程，已经广泛用于认知神经科学；u 运动起始视觉诱发电位(motion-onset Visual EvokedPotential,mVEP)：mVEP是由运动刺激诱发产生的，相较于其他的视觉诱发电位，它具有较大的幅值和较小的被试间以及被试内差异，且不容易引起视觉疲劳的优点亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)目录C O N T E N T S1脑机接口背景综述1.1脑机接口定义和工作原理1.2全球重点国家脑机接口发展变化事件1.3脑机接口发展驱动因素1.4脑机接口在全球及中国的投融资背景2脑机接口技术应用现状分析2.1脑机接口技术分类及拆解2.2脑机接口产业图谱2.3脑机接口行业概况2.4脑机接口优秀企业案例分析2.5脑机接口全球及中国市场规模3脑机接口的挑战和发展趋势3.1脑机接口面临的挑战和破解思考3.2脑机接口的发展趋势预测亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)1.1 脑机接口的概念界定与工作原理中，技术发展是关键6u 第一届国际脑机接口会议的官方定义：脑-机接口（Brain-computer interface,BCI）是一种不依赖由外围神经和肌肉组成的正常输出通路的通讯系统。亿欧智库认为：狭义的脑机接口是脑-机连接通路概念，广义的脑机接口则是实现脑-机交互的通讯系统。u BCI主要包括四个部分：信号采集、信号处理、控制外设和神经反馈。神经反馈是关键环节，它将输出式BCI与输入式BCI连接在一起形成交互式的闭环系统，即交互式BCI，从而真正实现脑-机交互。用户脑活动产生脑电信号脑信号采集控制外设神经反馈触发脑刺激预处理特征提取特征识别分类脑信号处理输入式脑机接口输出式脑机接口DBStDCSTMSTUStACS皮层脑刺激深部脑刺激侵入式非侵入式形成闭环功能应用替代恢复增强补充监测改善非侵入式侵入式亿欧智库：脑机接口基本原理与应用医疗健康娱乐教育出行智能家居军事应用行业脑机接口系统数据来源：公开资料，中国电子技术标准化研究院，2021年脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书，BNCI-Horizon2020，亿欧智库电、磁、声、光刺激实现脑-机交互亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)7亿欧智库：全球重点国家脑机发展现状u 历经50多年的研究，当前脑机接口正处于第三个发展阶段技术爆发期。美国、欧盟、日、韩、澳大利亚等多国政府、科研机构和企业都已加速布局脑机接口，抢占全球脑科学竞争战略高地。中国对脑机接口技术的重视程度不亚于发达国家，近两年已经将此技术上升为国家战略。中国美国2022：Synchron在美国境内成功将电子元件植入渐冻人患者脑部澳大利亚欧盟日本韩国19701980199020002005201020152020美国USA澳大利亚AUS中国CHN欧盟EU韩国kr日本JPN1970：美国DARPA机构开启脑机接口研究1973：加利福尼亚教授Jacques Vidal首次提出“脑机接口”概念1989：在全球范围内）率先提出脑科学计划2005：脑电波检测技术取得重大突破，正式进入临床试验阶段2006：DARPA启动“革命性假肢”计划，相继推出“LUKE手臂”和“MPL智能假肢”20252013：白宫提出“白宫脑计划”在未来12年中投入45亿美元2014：NIH发布BRAIN2025计划：科学愿景报告全身瘫痪青年借助“脑机接口”成功为巴西世界杯开球2016：DARPA启动“下一代非侵入式神经技术计划”埃隆马斯克成立Neuralink2019：DARPA公布“N3”项目未来的6条技术路径2021：Neuralink演示了如何使用自主研发的传感器硬件和大脑植入来记录一只9岁的猕猴的6条技术路径1991：欧盟出台“欧洲十年脑计划”2013：欧盟委员提出10年的“人类脑计划”,26个国家，135个合作机构参与1996：日本出台为期20年，投入2万亿日元的“脑科学时代计划”2014：启动日本脑计划，将在 10 年内受到共 400 亿日元的资助1998：韩国颁布大脑研究促进法2016：正式宣布了韩国脑计划2021：韩国KAIST 首次将水凝胶作为多功能神经2017：韩国科学家们开发了一种可以远程控制动物行动的技术2021：澳洲成立Synchron，几年后获得食品和药物管理局的批准2016：启动中国“脑计划”2015：上海市发布全球有影响力科技创新中心建设二十二条，将脑科学与人工智能列为重大专项启动实施2017：“十三五”国家基础研究专项计划提出“一体两翼”布局方式2021：“十四五规划”瞄准脑科学等前沿领域1977：Jacques J.Vidal首次在科学文献中提出“脑机接口”专业术语1999：美国举行第一节“国际脑机接口会议”，22个研究团队参会理论提出阶段理论验证阶段技术爆发阶段数据来源：公开资料，亿欧智库整理1.2 中国脑机接起步晚，对标美国和政策扶持是核心手段亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)一体8u 2016年，中国脑计划（脑科学与类脑科学）研究正式启动。近两年“脑科学”已列为国家战略级发展学科，逐渐受到国家层面的关注和支持，中国在“体两翼”政策下形成“认识脑疾病”与“智能”技术两条腿路针。u 在“十三五”和“十四五”规划中，国家将脑机接口列为重点研发项目之一，北京、上海、杭州等地方城市率先响应政策，出台相应地方政策鼓励脑机企业在当地落地生根。PEu 2021年3月。在“十四五”规划中明确：人工智能和脑科学为国家战略科技力量，脑机接口技术被列为关键技术之一u 2017年四部委联合印发“十三五”国家基础研究专项规划明确提出：脑与认知、脑机智能、脑的健康三个核心问题，形成“一体两翼”发展共识2017中国研究部署“一体两翼”脑计划亿欧智库：中国脑计划“一体两翼”结构分析2021年中国颁布中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个5年规划和2035年愿景目标纲要地方年份脑机接口政策上海2018年上海市启动市级科技重大专项“全脑神经联接图谱与克隆猴模型计划”北京2019年发布北京市机器人产业创新发展行动方案（2019-2022年）通知，方案重点工作为：面向养老，健康服务领域，布局机器学习、触觉反馈、增强现实、脑机接口等关键技术。杭州2021年杭州西湖区率先布局脑机智能产业，旨在探索产学研深度融合的新路径。亿欧智库：中国脑机接口地方政策亿欧智库：中国脑计划发展政策数据来源：公开资料，亿欧智库整理“一体”以认识的神经原理为基础理解大脑认知功能研发重大脑脑疾病的诊断和干预方法一翼一翼利用脑科学研究来推动新一代人工智能技术的发展2016年中国正式启动“脑计划”u 2016年中国“十三五”规划纲要将“脑科学与类脑研究”确定为我国重大科技创新项目亿欧智库：中国“脑计划”发展方向探索大脑秘密攻克大脑疾病发展人工智能技术为导向的类脑研究1.3 政策驱动：一体两翼脑计划达成共识，脑疾病治疗曙光出现亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)9u 我国神经系统疾病如“脑卒中”和“阿兹海默症”为全球发病率最高的两种疾病，同时，我国正加速走向老龄化社会，老年脑疾病患者可占老年人总数的10%，面对如此庞大的疾病人群，脑机接口正在脑疾病康复医疗领域发挥着不可替代的作用，尤其是在肢体运动障碍、慢性意识障碍、精神疾等病种的诊断和康复。人口老龄化严重u 截止2021年60+以上人口超2.67亿占全国人口的18.9%u（总人口：14.13亿）肢体运动障碍慢性意识障碍精神疾病诊疗残疾人口基数大脑部疾病发病率世界第一u 2021年脑卒中发病人数为404万2015-2021发病增长率为4.9%u 2021年残疾人总数达到8502万u 常见病种：脑卒中、脑出血、脑外伤、渐冻症、脊髓损伤、u 患病率：肢体残疾患病率为29%（残疾病种占比最多的类型）u 常见病种：植物人、阿兹海默症u 患病数量：每年有近10万患者因颅脑外伤、缺血缺氧等进入长期意识障碍状态u 常见病种：抑郁症、焦虑障碍、强迫症、精神分裂u 患病数量：中国抑郁症患者高达5400万人占中国总人口数的4.2%010020030040050020152016201720182019202020212022E亿欧智库：2015-2030年中国急性缺血性脑卒中年发病总人数（万人）30331633034736438340442330323436382016201720182019202020212022E2023E2024E2025E亿欧智库：2016-2025全球阿尔兹海默症患者数量（百万人）32.132.633.133.53434.534.935.435.836.32021中国抑郁症患者年龄分布1834岁35-49岁50-65岁65岁37%16%17%30%亿欧智库：脑机接口在康复领域中的疾病分析u 脑机技术应用：机械臂、假肢、智能轮椅u 脑机技术应用：脑深部刺激、脊髓刺激u 脑机技术应用：神经影像识别情绪、识别脑电信号识别情绪数据来源：中金企信国际咨询、中国残疾人联合会、世界卫生组织，亿欧智库整理1.3 社会现象：老龄化趋势中的肢体和慢意识障碍疾病率先发挥脑机技术的核心作用，医疗是脑机技术的核心应用载体亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)10u 国内外对脑机接口的研究越来越火热，发文量与专利申请量年年攀升。中国虽入局较晚，但如今已然成为世界脑机接口研究的中坚力量。经过亿欧智库研究，生物医学工程、电信技术、自动化技术、生物学及计算机软件是脑机科研进步的重要发力学科。u 当前，脑机接口研究依然以技术理论为主，不过已经开始有技术应用方面的探索。亿欧智库认为：脑机理论将不断向应用转化，并在应用中不断完善自身、实现突破，两者相辅相成推动脑机接口发展。102104112140127140109810391042113413061562201520162017201820192020亿欧智库：脑机接口相关文献发文量（20152020年）中国发文量（篇）全球发文量（篇）524545501555495474229304337436464626201520162017201820192020亿欧智库：脑机接口专利申请量(20152020年)海外专利申请量(个)中国专利申请量(个)82.16%亿欧智库：脑机接口研究层次分布（%）技术研究应用基础研究技术开发其他90.70%中国专利类型发明实用新型95.20%海外专利类型亿欧智库：脑机接口技术理论与应用循环技术理论技术应用将理论转化为应用通过技术创新突破、完善理论沟通交流触觉和运动恢复运动控制技术应用研究成果硬件算法软件技术创新突破领域21.2%21.0%13.0%11.6%10.9%22.4%亿欧智库：脑机接口论文学科占比生物医学工程电信技术自动化技术生物学计算机软件及计算机应用其他数据来源：公开资料，CNKI，企知道专利，亿欧智库1.3 科研贡献：中外脑机研究如火如荼，开始从理论走向应用亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)11u 美国、欧盟、日、韩、澳大利亚等多国脑机接口企业的融资情况，目前种子轮融资企业占更大比例，C轮融资占据最小份额。2021年脑机接口领域融资规模创下新高，融资金额总计4.68亿美元。其中代表性企业Neuralink，已发起5轮融资，融资总额超过了3.73亿美元；Neuros Medical在11轮融资中总共筹集了8050万美元。8,45%4,22%4,22%2,11%亿欧智库：国外脑机接口融资企业轮次比例图（%）种子轮A轮B轮C轮亿欧智库：美国、欧盟、日、韩、澳大利亚等多国脑机接口融资分类（万美元）种子轮融资A轮融资B轮融资C轮融资 Kernel融资轮次：2 融资金融：5400 Dreem融资轮次：3 融资金融：2200 Halo Neuroscience融资轮次：8 融资金融：2470 BrainCo融资轮次：4 融资金融：600 Cognixion融资轮次：3 融资金融：1480 Paradromics融资轮次：6 融资金融：4940 NextMind融资轮次：1 融资金融：460 BIOS融资轮次：7 融资金融：570 Neurable融资轮次：7 融资金融：960 Flow Neuroscience融资轮次：4 融资金融：1260 Q30 Innovations融资轮次：2 融资金融：1230 Dreem融资轮次：3 融资金融：350 Neuralink融资轮次：5融资金融：373000 Kernel融资轮次：2 融资金融：5300 Thync融资轮次：1融资金融：1300 Synchron融资轮次：13融资金融：5000 MELTIN MMI融资轮次：3融资金融：2060 Neuros Medical融资轮次：11融资金融：8050数据来源：公开资料，亿欧智库整理1.4 全球投融资：种子轮融资企业占国外脑机融资企业近5成亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)12u 当前我国脑机接口领域内，Pre-A轮和A轮融资占据最高比例。其中代表性企业脑虎科技（NeuroXess）已完成9700万元天使轮及Pre-A轮融资。此轮融资为目前国内脑机接口领域最大规模的早期融资。从应用领域来看，脑机接口融资企业更多处于医疗行业。02468种子轮天使轮Pre-A轮A轮B轮战略/股权融资亿欧智库：国内脑机接口融资企业行业分布医疗行业电子元件其他行业股权融资B轮融资A轮融资PRE-A轮融资天使轮融资种子轮融资u 杭州航弈生物科技有限责任公司 总轮数：1 金额：未披露u 蓝色传感（北京）科技有限公司 总轮数：1 金额：未披露u 越摩先进半导体总轮数：1 金额：未披露u 未来脑律总轮数：1 金额：数千万人民币u 集萃脑机总轮数：1 金额：未披露u 柔灵科技总轮数：2 金额：未披露u 棋弈科技总轮数：2 金额：未披露u 上海脑虎科技有限公司总轮数：2 金额：9700万人民币u 北京视友科技有限责任公司总轮数：1 金额：未披露u NeuraMatrix总轮数：3 金额：过亿元人民币u 臻泰智能总轮数：3 金额：未披露u 强脑科技总轮数：3 金额：4亿美金u 南京布润科技有限责任公司总轮数：1 金额：未披露u 宁波瑞泽西医疗科技有限公司总轮数：1 金额：未披露u 深圳睿瀚医疗科技有限公司总轮数：3 金额：未披露u 钧晟（天津）科技发展有限公司总轮数：1 金额：未披露u 博睿康总轮数：4 金额：过亿元人民币u 神念电子科技（无锡）有限公司总轮数：2 金额：未披露u 北京脑陆科技有限公司总轮数：5 金额：未披露u 华南脑控总轮数：1 金额：未披露u 海天智能总轮数：2 金额：未披露u 浙江浙大西投脑机智能科技有限公司总轮数：3 金额：未披露u 北京烽火万家科技有限公司总轮数：3 金额：未披露u 成都视海芯图微电子有限公司总轮数：3 金额：1850万人民币亿欧智库：国内脑机接口融资分类数据来源：公开资料，亿欧智库整理1.4 中国投融资：国内脑机接口企业多处于A轮，医疗作为融资主要对象亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)目录C O N T E N T S1脑机接口背景综述1.1脑机接口定义和工作原理1.2全球重点国家脑机接口发展变化事件1.3脑机接口发展驱动因素1.4脑机接口在全球及中国的投融资背景2脑机接口技术应用现状分析2.1脑机接口技术分类及拆解2.2脑机接口产业图谱2.3脑机接口行业概况2.4脑机接口优秀企业案例分析2.5脑机接口全球及中国市场规模3脑机接口的挑战和发展趋势3.1脑机接口面临的挑战和破解思考3.2脑机接口的发展趋势预测亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)14u 脑机接口可分为三类：侵入式（有创植入电极至大脑皮层之下）、半侵入式（有创植入电极至硬脑膜或蛛网膜上）和非侵入式（无创）。由非侵入式到半侵入式再到侵入式，电极植入位置越来越深，所获脑电信号质量越来越好，所获信号频率越来越高。u 脑机接口技术主要涉及硬件、软件和算法，其中硬件主要包括用于脑电信号采集或神经反馈的电极和用于信号处理的芯片，算法主要是用于信号处理的机器学习，软件则是关于脑相关数据的处理和管理。数据来源：公开资料，亿欧智库制作亿欧智库：脑机接口技术示意用户大脑产生脑信号信号采集信号处理控制外设神经反馈硬件软件算法电极电极芯片芯片数据分析与可视化脑相关数据存储脑相关数据库脑相关数据采集机器学习BCI系统环节脑机接口非侵入式半侵入式ECoG侵入式大脑皮层软脑膜蛛网膜硬脑膜头盖骨骨膜头皮信号质量逐渐提升高频信号低频信号亿欧智库：脑机接口分类2.1 脑机接口技术概览亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)2.1 侵入式多用于科研，非侵入式更易商业化，EEG是商业化指向标15u 为衡量各类BCI性能而划分五个指标：（1）信号质量：时空分辨率和信噪比等指标来衡量采集的信号质量；（2）临床安全性：电极植入、使用方式及电极植入后对人体活动的影响；（3）电极生物相容性：电极对大脑生理的影响及大脑对电极性能的影响；（4）商业化程度：目前不同类型BCI的商业化情况，如是否已有产品，销量如何等；（5）应用场景数量：不同类型BCI的应用场景概数。u 经过分析，亿欧智库认为：侵入式因其信号质量最高而适用于科研，非侵入式因其安全性高而更易商业化。非侵入式脑机接口种类繁多，脑电图（EEG）作为其中最常用的技术，是脑机接口商业化的指向标。信号质量临床安全性电极生物相容性商业化程度应用场景数量亿欧智库：各类BCI五大性能指标对比侵入式BCI半侵入式BCI非侵入式BCI时间分辨率空间分辨率易受伪迹影响程度设备轻便性设备价格最终得分EEG5125518MEG4241112fMRI3441214fNIR2334315PET1432111亿欧智库：各类非侵入式BCI性能评分表54321颜色越深得分越高图示（单项满分5分，总分25分）*注：得分越高表示时空分辨率越高、更不易受伪迹影响、设备越轻便便宜。数据来源：公开资料，亿欧智库制作亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)16u 科研对长期稳定采集高质量脑电信号的需求越来越强，提升材料生物相容性解决电极与人脑之间的矛盾是侵入式技术进步的关键点。对于倾向于ToC商业化的非侵入式技术来说，设备轻便易于佩戴至关重要，这将是非侵脑机企业长期关注的发展点。u 芯片的主要用途是完成运算和处理任务，随着脑相关数据采集量上升和处理需求增强，脑机对芯片的运算能力有了更高要求，类脑芯片成为备受期待的解决方案。有些侵入式脑机需要将芯片与电极一同植入，体积小功耗低的集成化芯片更获青睐。数据来源：公开资料，亿欧智库整理科研需要长期稳定采集高质量脑信号使用集成化技术使用柔性材料微创植入技术侵入式电极变化趋势常用的硅基电极易损伤大脑；神经胶质细胞形成保很组织易增加电极阻抗电极生物相容性提高，不易损伤大脑电极带宽不够，无法采集更多信号集成化电极带宽提高，采集更多信号开颅手术，风险高，安全性低微创植入，手术临床风险下降脑虎科技高通量柔性脑机接口柔性电极基底：创伤小，不易引发免疫反应高通量：单器件集成数千个电极记录位点微创植入：蚕丝蛋白辅助植入，只需1毫米微孔使用无凝胶的电极材料或改善干电极设备设计趋向轻便非侵入式电极变化趋势商业化需要更加轻便易于佩戴的设备电极材质导致佩戴不舒适；湿电极需做涂导电膏等耗时准备设备越来越轻便、适于佩戴信号易受噪声和伪迹的影响信号质量提升使用电导率更高、鲁棒性更好的材料清华大学银纳米线电极表面金属化：具有高电导率，重量很轻海绵架构和自锁式银纳米线结合：机械稳定性卓越，能够绕过头发采集更高质量信号无需凝胶：佩戴方便，使用更灵活信号处理需要运算能力强功耗低的芯片脑机接口芯片变化趋势需在增加通道提高带宽的同时缩小体积降低功耗集成化芯片体积缩小，功耗降低，电极通道增加需提升运算能力；降低信号转换延时使用集成化技术类脑芯片提升计算效率模拟神经网络规模和复杂关联模型宁矩科技采集刺激一体化高集成度芯片Q16系统多通道、小尺寸、集成采集刺激清华大学天机芯原理：基于忆阻器的神经信号分析，工作机理与人脑相似特点：能够直接处理模拟信号，降低信号转换延时，兼容脑电信号和计算机信号丹麦奥胡斯大学基于干电极的外耳道脑电采集系统体积小，重量轻，便于携带亿欧智库：电极和芯片技术变化2.1 电极生物相容性材料、芯片运算能力与功耗是关键痛点，亟需解决亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)17u 脑机接口作为新兴行业，目前还没有明确清晰的产业链结构和分工，许多企业制作的软件多出于自身硬件/设备需要，基本都属于自研自用，最后与硬件/设备一起输出为解决方案。u 自研自用易导致各家软件性能参差不齐，难以与其硬件/设备配合发挥最佳效果。市面需要一个以软件算法为核心的高兼容性底层平台来便利企业设备研发、解决方案组成。数据来源：公开资料，专家访谈，亿欧智库制作底层平台康复机器人脑控假肢拼写器脑机设备A脑机设备B脑机设备C连接不同型号、功能、性能的脑机设备连接不同的外部设备亿欧智库：高兼容性底层平台示意算法、软件、硬件数据存储、数据管理数据分析与可视化软件自研自用的衍生问题u 自研自用易导致行业标准化程度低，软件性能参差不齐，难以确保数据采集的质量、数据分析的准确性，因而难以保证软件与硬件/设备组合能够发挥出最佳效果，从而导致企业对产品的评价出现偏差高兼容性底层平台带来的变化u 底层平台提供高性能软件和算法，统一提升数据存储、管理、分析与可视化能力，降低企业自研软件的不确定性和成本；u 底层平台能够连接各种不同脑机设备和外设，能够帮助下游企业寻找解决方案的最佳组合提供开源软件硬件的开放平台：OpenBCIu 在脑机平台赛道里一家独大，专注为生物传感和神经科学创建开源工具；u 本质是开源软件和硬件的提供商，兼具为用户分析脑电数据的功能；初具雏形人机交互平台：Neurableu 致力于提供一个能够成为任何硬件或软件设备的标准人机交互平台相关设想通用技术服务平台：脑陆科技u 提供多种自研脑机设备满足不同场景下的人机交互需求；u 提供脑机设备选择、数据采集、数据分析与可视化一站式解决方案类似设想脑相关数据库脑数据采集软件脑数据存储软件脑数据分析与可视化软件脑机相关软件脑健康监测系统脑疾病诊断系统脑数据管理系统功能系统+硬件或设备人机信息交互平台/系统脑机软件外设控制管理平台/系统通用应用行业应用基于脑机接口的肢体康复方案亿欧智库：软件自研自用流程2.1 企业软件多自研自用，市面缺乏高兼容性的底层平台系统亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)18u 在信号处理环节中，特征提取和识别分类的主流方法是机器学习，目前业界正在尝试深度学习以期提高计算速度和分类正确率。两种方法各有所长且适用场合不同，无法相互替代，所以当前以机器学习为主的形势很可能延续。u 无论是机器学习还是深度学习，算法模型的建立和训练都需要大量脑相关数据支持，增加底层数据收集是算法进步的关键点。数据来源：公开资料，专家访谈，亿欧智库制作机器学习深度学习人工智能机器学习深度学习大量脑相关数据u 可解释性强u 适用于结构化数据u 数据达到一定量后效果平平u 特征提取有一定人工参与u 可解释性弱u 适用于非结构化数据u 效果随数据量增长不停提升u 特征提取更不依赖人工寻找模式，训练模型提升精度保持“以机器学习为主流，尝试深度学习”无法相互替代脑相关数据采集量少模型训练不够，精度不高脑机产品表现不佳用户使用意愿低，脑机产品出货量少当前算法模型的一大难点是底层数据采集不够，没有足够庞大的数据训练集来提升模型精度。妞诺科技构建病理数据库训练模型进行诊断u 通过与基层医疗机构合作收集基层患者脑相关数据，从而构建脑疾病病理数据库，利用增量数据实现算法的动态更新，不断提升脑疾病算法模型精度，增强疾病诊断能力基层医疗机构采集脑电数据建立脑数据库基于数据库寻找模式、训练模型增量数据促进算法更新模型识别脑疾病准确率提升，诊断能力提升增加脑疾病理解，基层医疗机构患者采集脑电意愿增强，采集脑电数据量增多具体路径亿欧智库：机器学习与深度学习对比亿欧智库：AI、机器学习和深度学习关系示意2.1 业内开始尝试深度学习，机器学习仍为主流，数据采集是技术突破点亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)19u 当前社会对脑的认知程度不够深入，脑机接口技术不够成熟，且受众较小，难以独立成为解决方案进行行业应用。u 亿欧智库认为，脑机技术不成熟导致其难以将自身作为解决方案的核心进行商业化，当前的脑机需要与其他技术融合，成为新解决方案的一部分，作为部分借助整体的力量来实现商业化。u 在技术发展到能够完全实现“脑-机交互”之前，脑机接口需要与其他技术融合，形成效果更好的综合解决方案来进行商业化对人脑的认识和理解太有限，没有足够的知识来发展技术脑科学发展落后作为实现“脑-机交互”的通讯系统，整个脑机的研究还处在萌芽阶段，其技术水平无法实现交互方式的变革技术成熟度不够大众还没有普遍接受“脑机接口”，尝试意愿低受众小脑机接口技术应用通用应用行业应用医疗健康严肃医疗技术融合形成解决方案以“脑机接口”整体形态参与解决方案与其他设备联合，如脑控机器人康复系统如使用脑电辅助脑疾病诊断以“脑机接口”部分形态参与解决方案作为解决方案的部分消费医疗如睡眠仪，利用脑电监测优化性能娱乐如连接VR/AR设备提升游戏体验教育如注意力头环，训练注意力出行如通过脑电进行疲劳监测运动如通过脑电监测运动员状态作为解决方案的核心如脑起搏器治疗帕金森病独立成为解决方案亿欧智库：脑机接口技术应用划分数据来源：公开资料，亿欧智库制作2.1 技术成熟度不够，技术融合是当前脑机商业化应用最优解亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)亿欧智库-张雷(201069)20应用科研硬件电极芯片软件脑相关数据库脑数据存储脑数据采集脑数据分析与可视化算法娱乐出行运动消费医疗严肃医疗教育通用应用技术赋能云计算边缘计算人工智能物联网5G大数据监管机构国家药品监督管理局国家卫生健康委员会国家市场监督管理总局FDAWHO数据来源：亿欧智库制作2.2 脑机接口产业图