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近日,工业和信息化部、国家发展改革委、教育部等七部门近日发布关于推动脑机接口产业创新发展的实施意见,到 2027 年,脑机接口关键技术取得突破,初步建立先进的技术体系、产业体系和标准体系。电极、芯片和整机产品性能达到国际先进水平,脑机接口产品在工业制造、医疗健康、生活消费等加快应用。
脑机接口行业市场广阔,正进入高速发展期。据前瞻产业研究院,2025 年至 2029 年全球脑机接口市场规模将以年复合增长率 25.22% 的速度增长至 76.3 亿美元规模。从具体应用领域看,医疗健康是当前脑机接口最成熟的赛道,覆盖神经疾病诊断、康复治疗及功能替代。民生证券研报指出,应重视脑机接口研发进程关键拐点,目前标杆企业技术落地预期明确,整体行业有望从早期阶段逐渐步入高速成长期,建议关注海外映射 / 有自主研发布局 / 有落地场景的相关企业。
财联社特邀行业专家全面解读国内脑机接口研发进展及未来相关产品,3 月 13 日,携手蜂网专家带来了 "脑机接口" 主题的电话会议。
问题一:介绍脑机接口技术的基本概念,并区分侵入式、非侵入式以及其他分类方式?
专家:脑机接口(BCI)技术是一种通过直接连接大脑与外部设备,实现神经信号读取和外部信息输入的技术。其核心原理是利用神经元之间传递的电信号,在一个神经元传输电流到另一个神经元的过程中,在周围产生变化的电场,根据电磁场理论,放入的两个电极间电压不同从而将信号放大。通过电极采集这些信号后,再通过定制芯片进行放大和解码,从而实现信息传输。
根据电极植入的位置,脑机接口可分为侵入式、半侵入式、非侵入式。侵入式脑机接口是指电极直接植入到大脑皮层内,能够获取更高质量的神经信号,但手术风险较高。半侵入式脑机接口指电极进入颅骨下但未触及皮层,在医学上仍被归类为侵入式。非侵入式脑机接口则是将电极放置在头皮上,安全性较高。此外,还有一种介入式脑机接口,其原理是通过血管植入电极,使其抵达大脑皮层周围;还有一种通过血管,将支架携带的柔性电极植入皮层中,也被称为介入式,这种方案属于国内最新研究。
问题二:脑机接口技术未来有哪些主要的应用场景?目前发展较快或已有初步应用的领域有哪些?产品的形态和功能如何?
专家:脑机接口的应用场景大致可以分为医疗、人机交互、教育娱乐、军事安全等几个方面。其中,医疗应用是目前研究和落地最为广泛的方向,无论是侵入式还是非侵入式脑机接口,都能在不同程度上帮助患者恢复某些功能。例如,侵入式脑机接口可用于瘫痪患者的运动功能恢复,以及视觉损伤患者的视觉修复,如通过刺激大脑视觉皮层让视障者 " 看到 " 外界信息。此外,针对帕金森病、抑郁症等神经系统疾病,脑机接口也能够实现闭环神经调控,为精准医疗提供更多可能性。非侵入式脑机接口在康复领域同样有所应用,如用于中风患者的运动训练,通过捕捉脑电信号控制外部设备,帮助患者恢复上肢功能。
在人机交互方面,脑机接口可用于控制计算机、智能设备及虚拟现实系统。Meta 公司等企业已经在尝试通过神经接口技术,通过刺激骨髓将信号传递到手臂上,获取神经肌肉信号矩阵刺激。此外,教育和娱乐领域的应用也在逐步发展,如 " 杭州六小龙 " 的强脑科技的脑电波监测设备可用于注意力检测、睡眠监测等,提高学习效率或改善睡眠质量。军事安全领域的应用主要涉及士兵的设备控制,如通过脑机接口控制无人机、机械臂等。除了以上四种应用场景,未来还会有更高端的应用出现,比如增强记忆的碳基与硅基型智能融合,但短期内不会实现。
产品的形态主要基于不同的应用场景,侵入式产品类似于传统的神经调控技术,通常需要植入一个设备到人体内,无论是在胸腔还是头部,将电极植入特定位置,用于信号采集、分析和刺激。这种方案适用于运动恢复、视觉恢复、癫痫、抑郁症等疾病的治疗。非侵入式康复方案则采用干电极技术,例如佩戴一个头戴式设备,通过采集脑部信号来控制外部的气动或机械外骨骼,帮助手部等进行康复训练。这类产品已经在医院和市场上得到应用。在人机交互领域,目前落地的应用相对较少,但已有一些进展。例如,清华大学与天津大学合作开发的技术,利用 SSVP 范式实现智能自适应算法的升级,用户在使用过程中,算法的准确度会逐渐提高。
未来,神经接口技术如 Meta 公司开发的 AR 眼镜,有望实现元宇宙的控制和人机交互。此外,杭州的强脑科技也开发了类似的闭环控制系统,用于打字和控制智能假肢等应用。在教育和娱乐领域,产品形态多为头环或耳机,用于监测注意力、睡眠状态等。例如,睡眠耳机可以在用户睡觉时无感监测大脑状态,并通过播放音乐等方式帮助用户集中注意力、入睡或进行联想。强脑科技已经推出了上万台注意力监测头环和睡眠产品。
问题三:目前国内有哪些企业在研发脑机接口产品?它们的研发进度如何?是否已有产品进入市场并获得较大订单?
专家:脑机接口作为新兴技术,目前在国内的研发企业主要集中在医疗和智能交互等方向。侵入式脑机接口方面,较具代表性的企业包括阶梯医疗、脑虎科技、博睿康、微灵医疗等,它们的产品大多处于临床实验阶段,仍需一定时间推进临床试验并获得医疗器械注册证。通常来说,侵入式脑机接口的研发周期较长,可能需要 5 到 10 年的时间完成完整的医疗器械开发流程。介入式脑机接口研发进展慢,尚未达到临床阶段,复旦大学孵化的美生医疗致力于研发介入式脑脊接口,已经开展了几例临床试验,初步验证了产品的可行性。
非侵入式脑机接口方面,一些公司已推出相关产品并进入市场,例如强脑科技的脑电监测设备头环已在市场上销售数万台。此外,傲意科技和强脑科技等公司正在开发智能仿生手及康复设备,而柔灵科技则在睡眠监测领域有所布局,这些产品多已进入商品化阶段。此外,还包括西安的正泰智能、联通智能。二级市场方面,部分上市公司如翔宇医疗、诚益通等,可能涉及非侵入式脑机接口相关产品,并有望进入更大规模的市场应用。
问题四:在脑机接口企业的技术实力对比方面,不同企业的研发能力是否存在明显差距?
专家:评估脑机接口企业的技术实力,需要从多个维度进行分析。首先是融资能力,由于脑机接口技术研发成本极高,可能需要投入上亿元资金。其次是跨学科资源整合能力,脑机接口涉及电子工程、材料科学、电极设计、神经科学、医学工程等多个领域,需要跨学科的研发团队来推进产品落地。
此外,创始团队的技术背景和产业经验也是关键因素。脑机接口技术仍处于探索阶段,落地过程中难免遇到各种挑战,因此创始团队是否具备扎实的学术积累、对技术的深入理解,以及推动技术落地的执行力,将直接影响企业的发展速度。最后,还需要关注企业的临床试验和产品落地进度,是否已进入大规模临床试验阶段,是否获得监管部门的审批,都是衡量企业技术实力的重要指标。
问题五:未来是否会有更多企业进入脑机接口领域?竞争格局是否会发生较大改变?目前行业内的头部企业有哪些?
专家:目前,国内一级市场的头部企业主要包括阶梯医疗、脑虎科技、博睿康、微灵医疗等,这些企业在融资和技术研发方面均处于行业前列,并已启动临床试验。此外,美生医疗作为国内少数推进介入式脑脊接口的企业,其进展较快,并已进行多例临床实验。一级市场的部分企业已有较强的资金支持和技术积累,但有些企业可能受限于自身业务方向,可能不会选择做医疗器械产品,他们更可能做算法、芯片开发,与软件公司合作。整体来看,脑机接口头部企业的分布不会发生太大变化。
二级市场方面,原有产品与脑机接口相关的企业可能会做出改变,特别是那些已经在康复医疗设备方面有深厚积累的企业,可能更容易切入非侵入式脑机接口市场。侵入式领域,大部分企业没有技术积累,即便是巨头,在保证资金充裕的情况下,也很难占据较大优势,需要长期推进研发流程。现阶段,侵入式脑机接口企业仍需较长时间积累,而非侵入式领域技术壁垒相对较低,可能会有更多市场化应用的机会。
问题六:研发脑机接口技术需要哪些相关设备或资源支持?企业通常从哪些厂商获取或定制这些设备?
专家:脑机接口技术的研发涉及多个关键环节,每个环节都需要特定的设备和材料支持。首先是电极制造,特别是对于侵入式脑机接口,需要精密的微纳加工设备,如 PCVD(等离子化学气相沉积)、RIE(反应离子刻蚀)等技术来制造微电极。这些电极材料通常包括聚合物涂层(如氮化钛、polymer)或金属材料(如铂铱合金、钛铱合金)。
在信号采集和处理方面,脑机接口设备需要定制化的 ASIC 芯片,以支持多通道的信号放大和数据处理。目前,国内部分芯片制造企业也在逐步进入这一领域。对于芯片制造,现阶段的技术需求并不依赖最先进的工艺节点,一般 180 纳米或 130 纳米的制程已足够满足需求,因此国内的芯片代工厂如中芯国际可能成为合适的制造合作伙伴。
此外,脑机接口的研发还需要大量的测试和验证设备,包括电化学工作站、信号放大器、衰老测试设备等,用于测试电极性能、信号稳定性及长期使用寿命。但这部分设备的需求量不大,对整个供应链的影响较小。在计算和算法优化方面,脑机接口技术对大规模数据分析的需求较高,因此企业通常会使用高性能 GPU 服务器进行神经信号的训练和解码,如英伟达的计算平台或国产 AI 芯片方案。在算法方面,可能会与一些公司合作,也可能自主进行研究。后续的工作主要涉及算法的编解码,通过采集患者的脑电信号,解码出相应的意图,从而实现对外部设备的控制,如外骨骼、机械臂、机械手,或视觉恢复等应用。
如果涉及视觉刺激,可能会与眼镜厂商合作,例如开发带有摄像头的 AR 眼镜,并结合视觉神经接口技术,形成完整的视觉产品解决方案。由于视觉神经接口公司通常不会直接生产眼镜、摄像头等硬件设备,因此合作是必然的。目前,从供应商的角度来看,存在一些合作机会,但整个行业尚未形成成熟的供应商体系。部分产品可能会采用国际方案,例如电池方面,目前主要依赖美国公司。国内已有一些公司在布局植入式医疗器械的电池领域,例如亿纬锂能等。未来,随着国产电池方案在临床上得到验证,可能会有更多厂家选择国产替代方案。例如,瑞神安公司曾采用国产电池方案,值得关注其具体供应商。一旦国产电池方案在临床应用中取得成功,将进一步推动国产化进程。
问题七:近两年 AI 行业的快速发展是否对脑机接口领域产生了积极影响?AI 技术在哪些方面能够提升脑机接口的应用?
专家:AI 与脑机接口技术有着非常紧密的联系,这种关联性源于脑机接口行业的发展历程。在过去,脑机接口技术曾经历了一段沉寂期,研究人员发表了一些论文后,发现后续研究逐渐减少。主要原因在于,当时对脑电信号的编解码能力无法满足实际应用的需求,导致技术难以落地。然而,随着技术的进步,研究人员成功解码了脑电信号,并实现了猴子通过脑机接口控制机械臂或虚拟机械臂的实验。这一突破让商业界意识到,这项技术具有实际应用价值,能够推动商业化落地。随后,许多公司如 BrainGate 和 Neuralink 等相继成立,致力于脑机接口技术的研发和应用。由此可见,AI 算法对脑机接口的落地起到了关键的推动作用。
现有的脑机接口产品对 AI 算法的需求主要体现在:通过用户采集脑电信号,并不断训练模型。AI 算法的提升可以显著提高脑电信号编解码的精度和效率,从而增强脑机交互的带宽和操作体验。目前,脑机接口技术尚未达到自然语言交互的速度。然而,随着 AI 算法的不断进步,未来解码的精度和效率将大幅提升,交互带宽也会显著增加。当前,脑电信号的编解码仍需要大量的个性化学习和适配,这对患者和算法工程师都提出了较高要求。患者通常需要每天花费数小时进行训练,而算法工程师则需要不断调整算法以适应个体差异。
未来,随着 AI 算法的进一步发展和数据量的积累,有望构建通用的算法框架。这种框架可以基于大规模数据进行预训练,形成类似大模型的结构,并结合自适应算法,使患者只需少量微调即可实现个性化适配。这将大大减少患者训练的时间和成本,同时降低对算法工程师的依赖,从而推动脑机接口产品的落地更加简单和高效。此外,AI 算法在大规模脑电数据分析中可能发现一些潜在的交互模式和范式。目前,业内对运动脑区的编解码已有一定了解,但对其他脑区信号之间的交互模式和机制仍知之甚少。AI 算法的智能化提升有望揭示这些未知的范式,帮助我们更好地利用脑机接口技术进行沟通,甚至发现脑科学领域尚未解决的问题。这些都是未来重要的应用方向。
问题八:脑机接口技术的商业化还存在哪些难点?未来需要经过哪些阶段才能实现广泛应用?
专家:非侵入式脑机接口的难点在于:首先,非侵入式脑机接口已经有产品落地,但其市场应用的总量仍需进一步检验。以中风患者的康复训练为例,北京协和医院的孟主任进行的实验显示,近 300 名患者参与了试验,其中脑机接口组的患者上肢运动功能评分从 9.83 提升到 13.07,提高了 3.24 分。虽然这一提升表明脑机接口技术对康复有一定的初步效果,但患者的运动障碍仍处于重度范围,并未恢复到中度或轻度水平。因此,未来需要通过产品迭代进一步提升改善效果。
其次,非侵入式产品主要面向医院或康复中心,患者需要在医疗机构中使用。目前,国家已将部分脑机接口产品纳入医保,这对产品的推广具有积极意义。医保覆盖可以降低患者的经济负担,使他们更愿意接受长期训练,而长期坚持训练是取得显著效果的关键。因此,国家政策的支持对行业发展起到了重要推动作用。
此外,产品的市场生态也需要重点关注。在设计产品时,必须考虑医院中具体由哪个科室、哪位医生来操作设备。如果产品过于复杂,医生可能不愿意使用或开具相关处方,从而影响产品的落地。相反,如果产品设计简洁易用,医院和医生会更愿意推广和使用,进而推动产品的市场普及。
从侵入式脑机接口的角度来看,目前技术已经达到了商业化的转折点,今年可以称为落地元年,因为经过多年的技术开发和平台搭建,相关企业已经开始进入临床实验阶段。例如,脑虎科技在语言编解码、阶梯医疗在运动编解码,以及博睿康在运动功能康复训练等领域,均已启动临床试验,这标志着技术从研发阶段正式迈向临床落地阶段。然而,未来在大规模临床应用中,可能会面临伦理和审批流程等问题。目前,国内尚未建立完善的脑机接口设备审批流程,但国家正在推动相关伦理和法律法规的制定,预计这些问题将逐步得到解决。审批流程的完善是当前侵入式产品落地过程中的主要难点之一。
此外,用户接受度也是一个重要挑战。侵入式产品涉及手术风险,例如开颅手术,许多患者可能难以接受。因此,市场教育和用户心理建设是必不可少的。同时,侵入式设备的制造成本较高,大规模推广存在一定难度。纳入医保是一个积极的开始,未来随着更多企业参与竞争,成本有望进一步降低。
问题九:AI 眼镜厂商是否已经与脑机接口公司展开合作?目前行业内是否已有相关案例?
专家:目前 AI 眼镜厂商与脑机接口企业的合作仍处于早期阶段,尚未形成大规模的产业联动。相比于运动信号解码,视觉信号的解码难度更大,因此相应的研究进展较为缓慢。从去年开始,部分企业才逐步涉足视觉领域,主要受马斯克 Neuralink 设备获得 FDA 认证的影响,国内也开始关注视觉相关的脑机接口应用。虽然 AI 眼镜厂商和脑机接口企业尚未形成深度合作,但已有部分企业开始探索相关方向。例如,雷鸟科技与美国 Wearable Devices 合作,通过神经接口技术优化其眼镜控制方式,这表明未来 AI 眼镜与脑机接口的结合将是一个潜在的发展趋势。此外,Meta 公司第一代产品已经卖出 200 万台,在其 AR 设备中加入神经接口技术,预计这一模式未来可能成为爆款。
问题十:目前市场上不同类别的脑机接口产品价格如何?
专家:对于非侵入式脑机接口,医院采购的大型训练平台价格通常在 100-200 万元,而患者使用的服务通常按次收费,每小时的使用费用在 100-200 元左右。此外,康复类产品如傲意科技的智能仿生手,其售价通常在 8 万到 10 万元之间,而一些基础型的康复辅助设备可能仅需 500-1000 元。侵入式脑机接口产品的价格则较高,主要受制于研发成本和医疗植入物的复杂性。例如,类似脊髓刺激器或脑起搏器的设备,其价格通常在 5-30 万元。
问题十一:目前上市公司中的三博脑科和创新医疗,在脑机接口领域有何进展?
专家:三博脑科在脑机接口领域有一定的合作布局,例如其与武汉衷华脑机达成合作,武汉衷华脑机在高通道电极技术方面积累了较多研究成果,并推出了 6 万多通道的电极产品。如果该技术能够成功落地,将对脑机接口行业产生较大影响。创新医疗方面,其主要是通过投资国际脑机接口项目参与该领域的研究。目前该公司仍处于研发阶段,并未有具体产品落地或大规模商业化的案例。
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