1.1 全球各國腦計劃風起云涌，美國技術暫時領先

理解大腦的(de)(de)結構與(yu)功(gong)能是(shi)21世紀最具挑戰性的(de)(de)前(qian)(qian)沿科(ke)學(xue)問題，有(you)著廣闊的(de)(de)應用前(qian)(qian)景(jing)。近(jin)年來世界多國(guo)相繼(ji)提(ti)出基(ji)于腦科(ke)學(xue)、神經科(ke)學(xue)和(he)信息(xi)科(ke)學(xue)相結合的(de)(de)人(ren)類腦計(ji)劃，搶占全球(qiu)科(ke)技競爭戰略高地。

美國作(zuo)為全球科技(ji)創新的領(ling)導者，對于腦(nao)科學研究較早且投入(ru)較大，在腦(nao)科學基礎研究領(ling)域技(ji)術暫時(shi)領(ling)先。

圖片來源：蛋(dan)殼研究院

1.2 中國腦計劃底層布局完善，腦機融合列為研究重點

中國(guo)腦(nao)計(ji)劃以(yi)腦(nao)認(ren)知的神經基礎為主(zhu)體，以(yi)腦疾病的診治及腦機智能技(ji)術為兩翼開(kai)展(zhan)底層布(bu)局，從認識腦、保(bao)護腦、模擬腦三個(ge)方面(mian)開(kai)展(zhan)腦科學與類腦研(yan)究，形成“一體兩翼”的完善戰略布(bu)局。

國家“十(shi)四(si)五”規(gui)劃部署五項研究(jiu)重點(dian)領域，其中腦機融合納入重點(dian)技術(shu)研究(jiu)范疇；2021年，我國正式(shi)啟動了百億級的科技創(chuang)新(xin)2030重大項目“腦科學與類腦研究”，當前中(zhong)國腦計劃研究已(yi)進入實(shi)際(ji)落(luo)地(di)階(jie)段(duan)。

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1.3 行業市場規模大，以非侵入式技術和醫療場景應用為主

2020年(nian)全球腦(nao)機接(jie)口的市場規(gui)模達到14.6億(yi)美元(yuan)，預計到2027年(nian)市(shi)場(chang)規(gui)模(mo)達36億美元，年(nian)復(fu)合(he)增(zeng)長率(lv)約(yue)為14%，行業市(shi)場(chang)規(gui)模(mo)大(da)，增(zeng)速快，腦機(ji)接口行業未來具有很大(da)發(fa)展空間。

2020年，非(fei)侵(qin)入式腦機(ji)接口(kou)占腦機(ji)接口(kou)市(shi)場規模的86%。目前(qian)，受到腦機(ji)接口(kou)技(ji)術(shu)和倫(lun)理、安(an)全(quan)等因素的制(zhi)約，無論是各國(guo)科研(yan)院所還是企業，研(yan)究重點都側(ce)重非(fei)侵(qin)入式腦機(ji)接口(kou)；當前腦(nao)機接口(kou)技術主要(yao)應用于醫療(liao)及健康保健場(chang)景，數據顯示2020年腦機接口在醫(yi)療領域的市場規(gui)模占比達62%。

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2.1 腦機接口技術功效多，當前主要應用于醫療健康領域

腦(nao)機接口技術的(de)功(gong)效可以歸結為（監測/替代/改善恢復(fu)/增強/補充），對應(ying)的(de)應(ying)用方(fang)向(xiang)主要有醫療(liao)健康(kang)、娛樂(le)、智(zhi)能家(jia)居、軍事和(he)其他，其(qi)中醫療健康是當前最主要(yao)且最接近(jin)商業化的(de)領域。

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2.2 基于神經調控的腦機接口聚焦疾病治療，已實現商業化

神經調控(kong)是腦(nao)機(ji)(ji)接口信號(hao)閉環(huan)中(zhong)向大(da)腦(nao)寫(xie)入信號(hao)的(de)(de)(de)過(guo)程，通(tong)過(guo)不同(tong)類別信號(hao)的(de)(de)(de)刺(ci)激，可以(yi)改善和治療一些神經系(xi)統的(de)(de)(de)疾(ji)病狀態。當前(qian)，基于電、聲、光(guang)、磁刺(ci)激神經調控(kong)的(de)(de)(de)腦(nao)機(ji)(ji)接口已經實現商業化，從人工耳蝸，到(dao)腦深部電刺(ci)激再到(dao)經顱磁刺(ci)激和近(jin)紅外(wai)功能成(cheng)像(xiang)，未來可以期待擴展到(dao)其他疾病的改(gai)善或(huo)治(zhi)療。

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2.3 技術改變傳統康復手段，可幫助神經受損患者實現主動康復

腦(nao)(nao)(nao)機接口技(ji)術(shu)能夠實時檢測患者腦(nao)(nao)(nao)電狀(zhuang)態，通過訓(xun)練調(diao)控大(da)腦(nao)(nao)(nao)信號，影響皮質活動(dong)，從而(er)使患者鍛煉大(da)腦(nao)(nao)(nao)神經，提(ti)高其(qi)功(gong)能性和連接性，實現了患者“意念(nian)控制”下的主被動(dong)協同康復訓(xun)練。打破了(le)傳統康(kang)復(fu)方式被動且單一的(de)問題，實現(xian)患(huan)者意念控制(zhi)下的(de)主(zhu)動康(kang)復(fu)，顯著提升(sheng)康(kang)復(fu)治療效果。

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2.4 不同功能的可穿戴產品，已實現部分消費類場景的應用

當(dang)前(qian)，針對非侵(qin)入式腦機接口技術已經開發出各種(zhong)可穿戴設備，可以實時(shi)的監(jian)測用(yong)戶的腦電狀態。基于(yu)不同的用戶需求，已經可(ke)以幫助進行(xing)日常解壓、小(xiao)孩專(zhuan)注力提升(sheng)及睡眠(mian)障礙人群進行(xing)改(gai)善，在一些(xie)場(chang)景已經(jing)實(shi)現消費端的應(ying)用，未來可(ke)期(qi)待擴(kuo)展到更多(duo)的健康(kang)消費場(chang)景。

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2.5 實現對外部設備的控制，改善肢體運動障礙患者生活質量

非侵入式腦機接(jie)口的智能(neng)義肢：通過(guo)人工智能(neng)算(suan)法處理神經-肌(ji)肉(rou)信(xin)號并(bing)結合內置傳感器識別用戶意圖，實現“心隨手動”及走路跑步(bu)隨意切換的狀(zhuang)態，可(ke)為殘障人士(shi)創造高品質生活。

集成式顱(lu)頂半植入(ru)BCI產品+高頻(pin)腦電信號處理儀：產品面向明(ming)確的適應(ying)癥如漸凍癥，高位截癱等，腦虎科(ke)技(ji)將按照醫(yi)療產品的合規(gui)和流程(cheng)逐步推進臨床計劃(hua)，未來可期待(dai)改善這些絕癥患者生活質量。

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3.1 侵入式：新一代腦機接口植入體技術正逐步走向成熟

過去的(de)10-20年間，由(you)于(yu)相關技術的(de)躍遷帶來的(de)價值正在(zai)快(kuai)速推動新?代腦機接?技術的(de)落地。從人(ren)工耳蝸(gua)到DBS再到RNS，國內(nei)植入體技術正在(zai)逐步成熟。

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3.2 長期穩定的(de)記錄大規模信(xin)號是侵入式技術的(de)核心挑戰

如(ru)何在(zai)最低限(xian)度損傷大(da)腦(nao)(nao)和最大(da)限(xian)度利(li)用大(da)腦(nao)(nao)之間達到平(ping)衡，是(shi)(shi)腦(nao)(nao)機接口(kou)技(ji)術(shu)的核心挑戰。如(ru)何解決植入電極后(hou)信號衰減、如(ru)何最大(da)限(xian)度避免芯片植入對大(da)腦(nao)(nao)的損傷、如(ru)何采集(ji)更多(duo)的神(shen)經(jing)元信號是(shi)(shi)侵入式腦(nao)(nao)機接口(kou)技(ji)術(shu)目(mu)前(qian)面(mian)臨的三大(da)核心技(ji)術(shu)瓶頸。

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3.3 新材料、新植入方式和新制造技術可解決當前技術困境

當前侵入式(shi)腦(nao)機接口(kou)技(ji)術面臨(lin)電極在(zai)體工(gong)作壽命短(duan)、植(zhi)入創傷大(da)、信息采集帶(dai)寬不足三大(da)技(ji)術困境，針對侵入式(shi)腦(nao)機接口(kou)當前存在(zai)的技(ji)術挑(tiao)戰，研發三大(da)關鍵技(ji)術可以(yi)有效解(jie)決。

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3.4 非侵入(ru)式：無(wu)創腦機電(dian)極需兼顧電(dian)特性(xing)(xing)/舒(shu)適性(xing)(xing)/便捷(jie)性(xing)(xing)

無創(chuang)(chuang)腦電(dian)(dian)采(cai)集電(dian)(dian)極挑戰：傳統的無創(chuang)(chuang)腦電(dian)(dian)采(cai)集系統是采(cai)用(yong)濕(shi)電(dian)(dian)極，其(qi)電(dian)(dian)特性(xing)(xing)良好，但是使用(yong)不方(fang)便；梳狀干(gan)電(dian)(dian)極使用(yong)方(fang)便，但界面阻抗較(jiao)高，使用(yong)時(shi)有輕微的痛感，舒適性(xing)(xing)較(jiao)差；半干(gan)電(dian)(dian)極可保持濕(shi)性(xing)(xing)接觸(chu)，舒適性(xing)(xing)和電(dian)(dian)特性(xing)(xing)適中，當(dang)下(xia)自潤濕(shi)、新型凝膠等半干(gan)電(dian)(dian)極是研究熱點。

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3.5 腦電信號的傳輸率決定了腦機接口系統的性能

腦(nao)機(ji)接(jie)(jie)(jie)口采用(yong)的(de)(de)(de)范式(shi)主要有P300（事件(jian)相(xiang)關點(dian)位）、SSVEP（穩態視覺誘(you)發電位）和(he)MI（運動想象），實驗范式(shi)是(shi)(shi)獲得腦(nao)機(ji)接(jie)(jie)(jie)口特征的(de)(de)(de)一些技術(shu)手段，最具挑戰性(xing)的(de)(de)(de)環(huan)節是(shi)(shi)信息的(de)(de)(de)解碼。腦(nao)電信號的(de)(de)(de)編解碼是(shi)(shi)系統穩定的(de)(de)(de)核心，其中(zhong)信息傳(chuan)輸率是(shi)(shi)衡量腦(nao)機(ji)接(jie)(jie)(jie)口系統的(de)(de)(de)一個黃(huang)金標(biao)準，通過增加(jia)腦(nao)機(ji)接(jie)(jie)(jie)口目標(biao)的(de)(de)(de)數(shu)量、提高(gao)(gao)分類的(de)(de)(de)正確(que)率以及縮(suo)短(duan)目標(biao)識別時間，可以提高(gao)(gao)系統的(de)(de)(de)信息傳(chuan)輸率，同時也提高(gao)(gao)了腦(nao)機(ji)接(jie)(jie)(jie)口系統的(de)(de)(de)性(xing)能。

3.6 設計訓練方式識別微弱信號，提升腦機操控交互的自然性

關鍵技術-精辨識：基于(yu)事(shi)件(jian)相關電(dian)位(wei)，針對難以識別的(de)微(wei)(wei)弱信(xin)號，通過發現背景腦電(dian)空(kong)間對稱性(xing)演進模式，可以對背景腦電(dian)噪聲增(zeng)大抑制(zhi)效果提升(sheng)，可以實現亞(ya)uV級極微(wei)(wei)弱腦電(dian)信(xin)號（約0.5uV)的(de)解碼和應用，提升(sheng)腦機操控交互的(de)自然性(xing)。

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4.1 信息交互手段從原來的以電為主，轉為多模態聯合應用

在腦機接口(kou)應(ying)用領(ling)域(yu)，由于(yu)腦電(dian)信號本身的(de)(de)(de)空間分(fen)辨率較差(cha)，時間分(fen)辨率較好(hao)的(de)(de)(de)特點，腦機信息(xi)交互(hu)手段預計將從原來的(de)(de)(de)以(yi)電(dian)為主，走向電(dian)、光、磁、聲等各種手段的(de)(de)(de)綜合，通(tong)過不同交互(hu)手段的(de)(de)(de)聯(lian)用，提升(sheng)了腦機接口(kou)技(ji)術應(ying)用的(de)(de)(de)效果。

4.5 柔性腦機接口，是未來腦機技術的重點發展方向

隨著人(ren)機(ji)(ji)交互技(ji)術(shu)的不斷前行(xing)，特別是(shi)混合現實、元(yuan)宇宙(zhou)等(deng)新技(ji)術(shu)場景需求的不斷涌現，傳統用于信(xin)(xin)息(xi)(xi)獲取感知單元(yuan)的剛(gang)性(xing)接口(kou)硬件(jian)已經(jing)難以(yi)滿足需求。與(yu)(yu)之(zhi)相(xiang)比(bi)，柔(rou)性(xing)腦機(ji)(ji)接口(kou)使用材(cai)料與(yu)(yu)人(ren)體組織(zhi)之(zhi)間(jian)更加緊密地融合，能夠快速交換神(shen)經(jing)信(xin)(xin)息(xi)(xi)、運動信(xin)(xin)息(xi)(xi)和環境信(xin)(xin)息(xi)(xi)等(deng)，是(shi)未來重點(dian)發展的技(ji)術(shu)方向。

4.6 未來將從經典腦機接口到腦機交互再到腦機智能的技術演變

在腦(nao)(nao)(nao)機(ji)(ji)(ji)接口技術領域，未來(lai)腦(nao)(nao)(nao)機(ji)(ji)(ji)接口的(de)發展按照信息(xi)傳輸(shu)方向分類(lei)，將從(cong)經(jing)典的(de)腦(nao)(nao)(nao)機(ji)(ji)(ji)接口逐(zhu)漸演變為腦(nao)(nao)(nao)機(ji)(ji)(ji)交(jiao)互最后到(dao)腦(nao)(nao)(nao)機(ji)(ji)(ji)智能的(de)模式。

資(zi)料(liao)來源 ：蛋殼研究院(yuan)