1、关注提升，场景落地，技术迭代关注提升，场景落地，技术迭代20222022年脑机接口行业研究报告年脑机接口行业研究报告20222022年年1010月月版权归蛋壳研究院所有，仅供客户参考，严禁商用及外传版权归蛋壳研究院所有，仅供客户参考，严禁商用及外传行业摘要行业摘要003030404各方关注，行业未来发展可期各方关注，行业未来发展可期世界各国相继提出脑计划研究，中国脑计划将脑机融合列为研究重点，脑机接口技术是当前各国竞争的下一个主战场，当前发展已进入应用试验阶段。行业市场规模大，以非侵入式脑机和医疗场景应用为主，国内市场企业多处于融资早期阶段，且以非侵入式企业居多。技术实现

2、患者疾病治疗和健康技术实现患者疾病治疗和健康改善改善脑机接口技术功效多，当前主要应用在医疗健康领域。目前基于神经调控的脑机接口已经实现商业化，同时可以帮助患者进行主动的康复训练以及控制外部设备，改善肢体障碍患者的生活质量。一些可穿戴的脑机接口产品，已经实现健康消费类场景的应用。关注脑机接口两大技术关注脑机接口两大技术路径路径侵入式脑机接口的植入体技术越发成熟，但侵入式技术仍面临长期稳定记录大规模信号的挑战，国内已有企业通过研发新材料、新植入方式及新制造技术解决；非侵入式技术信号采集电极需兼顾电特性/舒适性/便捷性三大特点，同时脑电信号的信息传输率决定了脑机接口系统的性能，此外通过关键技术可以提

3、升系统交互的自然性。浅谈脑机接口未来的发展浅谈脑机接口未来的发展趋势趋势应用端：脑机技术将从原来的以电为主，转为多模态联合应用，同时也可以成为大数据与算法驱动的智能数字疗法，随着技术的发展，未来意念控制等下一代人机交互的方式也将成为现实。技术端：微创式的脑机接口技术可为患者打开一扇新的窗口，同时柔性脑机接口，是未来脑机技术的重点发展方向，此外脑机技术发展将从经典脑机接口到脑机交互再到脑机智能的技术演变。目录目录CONTENTSCONTENTSPart 01Part 01各方关注，行业未来发展可期各方关注，行业未来发展可期 世界各国脑计划风气云涌，美国技术暂时领先 中国脑计划底层布局完善，脑机融

4、合列为研究重点 脑机接口：生物技术和信息技术融合的下一个主战场 脑机接口技术发展当前正处于应用试验阶段 行业市场规模大，以非侵入式技术及医疗场景应用为主 国内行业融资事件数迎来爆发，企业多处于融资早期阶段 侵入式技术壁垒较高，国内布局非侵入式技术企业占比大全球各国脑计划风起云涌，美国技术暂时领先全球各国脑计划风起云涌，美国技术暂时领先美国美国 理解大脑的结构与功能是21世纪最具挑战性的前沿科学问题，有着广阔的应用前景。近年来世界多国相继提出基于脑科学、神经科学和信息科学相结合的人类脑计划，抢占全球科技竞争战略高地。抢占全球科技竞争战略高地。美国作为全球科技创新的领导者美国作为全球科技创新的领导

5、者，对于脑科学研究较早且投入较大，在脑科学基础研究领域技术暂时领先。在脑科学基础研究领域技术暂时领先。欧盟欧盟日本日本加拿大加拿大韩国韩国中国中国2002132013BRAINBRAIN计划计划2013年1亿美元工具的开发和使用工具的开发和使用获取神经系统及相关疾病的基础知识BRAINBRAIN计划计划2.0&2.0&BRAIN 2025BRAIN 20252020年5亿美元 在技术工具开发的基础上，转向技术集成和大脑新发现技术集成和大脑新发现HBPHBP2013年起 1 10年10亿欧元把神经科学的计算模型用于计算机技术开发先进的ICT技术HBP

6、SGA2HBP SGA23年8800万欧元开发大脑模拟模拟大脑功能Brain/MINDSBrain/MINDS（2014年30亿日元）基于狨猴大脑狨猴大脑的基础、技术、临床研究Brain/MINDSBrain/MINDSBeyondBeyond研究范围扩展到人类和非人类灵长类动物Brain CanadaBrain CanadaFoundationFoundation（6年1亿加元）理解大脑的工作模式，辅助推动大脑疾病的预防、诊断和治疗Canadian BrainCanadian BrainResearch StrategyResearch Strategy理解大脑机制，处理健康挑战，构建人工智

7、能加快政策、社会、健康和经济政策、社会、健康和经济发展脑科学研究推进计划脑科学研究推进计划（-2017）（10年1.5万亿美元）重大神经疾病、脑技术与信息技术融合韩国脑科学计划韩国脑科学计划（5年3400亿韩元）4个技术主题+4个研究生态主题神经伦理学神经伦理学制度、教育与宣传“十四五”规划，明确一体两翼的战略布局科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目“脑科学与类脑研究脑科学与类脑研究”被列为“十三五”规划重大科技创新项目和工程之一资料来源：公开信息，蛋壳研究院中国脑计划底层布局完善，脑机融合列为研究重点中国脑计划底层布局完善，脑机融合列为研究重点一体两翼一体两

8、翼五项五项研究重点研究重点脑认知原理脑认知原理探索、治疗探索、治疗大脑疾病大脑疾病类脑科学类脑科学了解大脑对外界环境的感官认知了解大脑对外界环境的感官认知对人类及非人灵长类自我意识的认知对人类及非人灵长类自我意识的认知对语言的认知，用以研究人工智能技术对语言的认知，用以研究人工智能技术攻克孤独症、抑郁症、老年痴呆症等疾病是首要目标亟须在诊断和治疗上有所突破、形成各类新型医疗产业利用脑科学研究来推动类脑人工智能、类脑计算、脑机接口等与人工智能相关的新技术的发展，主要依赖仿脑计算和脑机接口关键领域脑认知脑认知原理解析原理解析脑介观脑介观神经联接神经联接图谱制图谱制脑重大脑重大疾病机理疾病机理与干预

9、与干预脑智发育脑智发育及类脑计算及类脑计算脑机融合脑机融合脑认知的神经基础脑认知的神经基础脑脑智智发发育育研研究究认知功能认知功能神经环路研究神经环路研究脑研究创新脑研究创新技术平台技术平台脑疾病诊治脑疾病诊治脑健康和脑健康和医疗产业医疗产业临床和社区队列数据临床和社区队列数据和样本库和样本库认知相关重大脑疾病认知相关重大脑疾病早期诊断与干预早期诊断与干预脑机智能技脑机智能技术术类脑人工智类脑人工智能产业能产业临床和社区队列数据临床和社区队列数据和样本库和样本库认知相关重大脑疾病认知相关重大脑疾病早期诊断与干预早期诊断与干预介观全脑神经连接图谱介观全脑神经连接图谱科技创新科技创新2030203

10、0“脑科学与类脑研究脑科学与类脑研究”重大项目重大项目“十四五十四五”规划的一体两翼战略布局和五项研究重点规划的一体两翼战略布局和五项研究重点部署部署 中国脑计划以脑认知的神经基础为主体，以脑疾病的诊治及脑机智能技术为两翼开展底层布局，从认识脑、保认识脑、保护脑、模拟脑三个方面开展脑科学与类脑研究，形成护脑、模拟脑三个方面开展脑科学与类脑研究，形成“一体两翼一体两翼”的完善战略的完善战略布局。布局。国家“十四五”规划部署五项研究重点领域，其中脑机融合纳入重点技术研究范畴；脑机融合纳入重点技术研究范畴；2021年，我国正式启动了百亿级的科技创新2030重大项目“脑科学与类脑研究”，当前中国脑，当

11、前中国脑计划研究已进入实际落地阶段。计划研究已进入实际落地阶段。资料来源：公开信息，蛋壳研究院脑机接口：生物技术和信息技术融合脑机接口：生物技术和信息技术融合的下一个主战场的下一个主战场 2018年11月19日，美国商务部工业和安全局”针对关键技术和相关产品的出口管制方案”中，罗列了14类“新兴和基础技术”进行出口管制，其中脑机接口技术位列第脑机接口技术位列第1111位。位。2021年10月26日，美国商务部工业和安全局发布预通知将脑机接口定为对美国国家安全至关重要的潜在新脑机接口定为对美国国家安全至关重要的潜在新兴和基础技术兴和基础技术，需对其适当的出口、再出口和转让（国内）管制。美国商务部

12、脑机接口技术管制美国商务部脑机接口技术管制文件文件脑机接口技术发展当前正处于应用脑机接口技术发展当前正处于应用试验阶段试验阶段学术探索阶段（1924-1969）科学论证阶段（1970-2003）应用试验阶段（2004-至今）学术探索阶段：学术探索阶段：此阶段主要集中于脑科学的研究，还尚未形成对脑机接口的统一认知。19241924年年，德国精神科医生汉斯贝格尔在一名颅骨缺陷的病人头皮上记录到了电流计镜面的微小振动，首次记录到脑电波。19681968年年，Wyrwicka和Sterman首次进行了控制动物大脑信号的尝试。19691969年年，研究员埃伯哈德费兹（Eberhard Fetz）将猴子大

13、脑中的一个神经元连接到了放在它面前的一个仪表盘。当神经元被触发的时候，仪表盘的指针会转动。科学论证阶段：科学论证阶段：此阶段已形成对脑机接口的初步认知，国家力量首次介入，并拥有了行业的国际性会议，聚集了大批有丰富经验与理论基础的研究者，通过大量试验论证科学结论。应用试验阶段：应用试验阶段：在大量科学论证试验后，各类脑机接口技术路线与方法不断成熟，理论成果逐步向商业化落地，美国、欧盟、中国等纷纷开展相关研究工作，并已取得一定的成效，19701970年年，美国国防高级研究计划局（DARPA）开始组建团队研究脑机接口技术。19731973年年，首篇以“脑计算机通讯”命名（brain-computer

14、 communication）的论文发表。19781978年年，William Dobelle在一位男性盲人Jerry的视觉皮层植入了68个电极的阵列，并成功制造了光幻视（Phosphene）。19981998年年，Philip Kennedy 和 Roy Bakay 以侵入式脑机接口协助脑干中风患者控制电脑光标，布朗大学同年实现电脑芯片和人脑连接的 BrainGate 技术。19991999年年，在美国举行了第一届国际脑机接口会议，来自 22 个研究团队约 50 名参会者参加此次会议。20042004年年，BrainGate 实现侵入式治疗瘫痪病人。20052005年年，Wyrwicka和S

15、terman首次进行了控制动物大脑信号的尝试。20082008年年，匹茨堡大学利用脑机接口技术让猴子操作机械臂进行自我投食，标志着生物大脑可直接与外部设备相连。20092009年年，美国南加州大学研制出能够模拟海马体功能的神经芯片。20142014年年，巴西世界杯截肢残疾者凭借脑机接口和机械外骨骼开出第一球.20162016年年，斯坦福大学神经往两只猴子大脑内植入了脑机接口，通过训练，其中一只猴子创造了新的大脑控制打字的记录。20172017年年，Facebook 通过试验，首次实现人意念打字的行为。20202020年年，实现国内首次植入式脑机接口技术新突破，协助七旬老人用意念喝可乐。2021

16、2021年年，Neuralink公司演示了他们如何使主研发的传感器硬件和脑植来记 录只9岁的猕猴（名为Pager）在屏幕上玩游戏Pong。20222022年年，马斯克表示已经将自己的大脑上传到云端，并与自己的虚拟版本交谈过。资料来源：公开信息，蛋壳研究院 脑机接口技术的发展可以划分学术探索阶段、科学论证阶段和应用实验阶段。全球脑机全球脑机接口行业发展历程接口行业发展历程分析分析05540201920202021E2022E2023E2024E2025E2026E2027E全球脑机接口市场规模行业市场规模大，以非侵入式技术和医疗场景行业市场规模大，以非侵入式技术和医疗场景应

17、用为主应用为主 2020年全球脑机接口的市场规模达到14.6亿美元，预计到2027年市场规模达36亿美元，年复合增长率约为14%，行业市场规模大，增速快行业市场规模大，增速快，脑机接口行业未来具有很大发展空间。2020年，非侵入式脑机接口占脑机接口市场规模的86%。目前，受到脑机接口技术和伦理、安全等因素的制约，无论是各国科研院所还是企业，研究重点都侧重非侵入式脑机接口；当前脑机接口技术主要应用于医疗及研究重点都侧重非侵入式脑机接口；当前脑机接口技术主要应用于医疗及健康保健场景健康保健场景，数据显示2020年脑机接口在医疗领域的市场规模占比达62%。全球脑机接口市场规模全球脑机接口市场规模年复

18、合增长率年复合增长率2019-2027年14.7%单位：亿美元86%14%非侵入式脑机接口侵入式+部分侵入式脑机接口38%62%其他领域医疗领域全球脑机接口市场规模细分，全球脑机接口市场规模细分，20202020年年全球脑机接口市场规模及预测，全球脑机接口市场规模及预测，-2027年年资料来源：公开资料，头豹，蛋壳研究院国内行业融资事件数迎来爆发，企业多处于融资早期阶段国内行业融资事件数迎来爆发，企业多处于融资早期阶段 脑机接口行业融资事件爆发，资本加速布局脑机接口行业融资事件爆发，资本加速布局。马斯克的Neuralink公司致力于脑机接口技术的研究，近年来发布多项研

19、究成果引发社会广泛关注，使得脑机接口从实验室被推向了公众视野，成为当下投资热点。2021年是国内融资事件近年来最高达18起，2022年上半年仍有9起融资事件，表明表明投资机构正加速对投资机构正加速对脑机行业脑机行业的投资布局的投资布局。融资早期轮次的企业占比融资早期轮次的企业占比81%81%，产业孕育发展中产业孕育发展中。从国内脑机接口企业融资事件轮次分布看，A轮及以前占比高达81%，企业多处于融资早期阶段，说明整个BCI行业尚处起步期，行业成熟度及商业化程度较低，未来发展潜力大。7968020002120

20、22H1企业融资事件数国内国内BCIBCI企业融资事件数，企业融资事件数，2015-2022H12015-2022H127%27%54%54%14%14%5%5%天使轮A轮B轮C轮及以后国内国内BCIBCI企业融资轮次企业融资轮次分布，截止分布，截止20222022年年6 6月月3030日日资料来源：动脉橙数据库，蛋壳研究院侵入式技术壁垒较高，国内布局侵入式技术壁垒较高，国内布局非侵入式技术非侵入式技术企业占比企业占比大大 侵入式技术壁垒较高：侵入式技术壁垒较高：侵入式技术通常需要进行开颅手术，将电极植入到大脑皮层采集脑电信号，但也极易引发人体的排异反应；非侵入式设备只需要用电极连接头皮来获取

21、信号，对人体伤害较小，技术难度较低。国国内布局内布局非侵入式非侵入式技术企业占比大：技术企业占比大：2015-2022H1年国内脑机接口行业获得融资的企业共37家，其中仅4家企业布局侵入式技术且获得融资，89%89%企业均采用非侵入技术切入脑机接口赛道。企业均采用非侵入技术切入脑机接口赛道。11%11%89%89%侵入式企业非侵入式企业国内国内BCIBCI融资企业数，融资企业数，2015-2022H12015-2022H1脑机接口脑机接口工作方式工作方式侵入式脑机接口通常直接植入到大脑的灰质，因此可获得质量较高的神经信号。其缺点是容易引发免疫反应和愈伤组织，进而导致神经信号质量的衰退。非侵入式

22、接口不进入大脑，如使用脑电帽。但由于颅骨对神经信号的衰减作用和对神经元发出的电磁波的分散和模糊效应，使得信号分辨率不高。设备设备指令指令信号处理信号处理信号获取脑电采集特征提取分类判断信号输出/执行信号获取信号获取信号获取触发反馈信号 脑机接口的工作流程包括脑电信号的采集和获取、信号处理（特征提取和分类判断）、信号的输出和执行，最终再将信号反馈给大脑。信号采集：信号采集：使用传感器，如脑电帽采集大脑信号。信号处理：信号处理：主要包括信号处理、特征工程、分类回归三个步骤。信号的输出和执行：信号的输出和执行：根据脑信号的含义向外界设备发送指令，以完成使用者意图。侵入式侵入式非侵入式非侵入式资料来源

23、：公开资料，动脉橙数据库，蛋壳研究院脑机接口分类，按接入方式脑机接口分类，按接入方式目录目录CONTENTSCONTENTSPart 02Part 02技术实现患者疾病治疗和健康技术实现患者疾病治疗和健康改善改善 脑机接口技术功效多，当前主要应用于医疗健康领域 基于神经调控的脑机接口聚焦疾病治疗，已实现商业化 改变传统康复手段，可帮助神经受损患者实现主动康复 非侵入式可穿戴产品，已实现健康消费类场景的应用 实现对外部设备的控制，改善肢体运动障碍患者生活质量脑机接口技术功效多，当前主要应用于医疗健康领域脑机接口技术功效多，当前主要应用于医疗健康领域监测监测替代替代改善、改善、恢复恢复增强增强补充

24、补充1 1医疗健康医疗健康2娱乐娱乐3智能智能家居家居4军事军事脑机接口系统可以协助操控各类无人装备，代替人类战士深入危险地区或高危场合执行任务可类似于遥控器，帮助人们用意念控制开关灯及开关门等，进一步可以控制家庭服务机器人可以用意念来控制虚拟现实界面的菜单导航和选项控制，极大丰富了游戏内涵并提升了游戏体验医疗健康领域是脑机接口最初、最直接和最主要的应用领域，也是目前最接近商业化的应用领域5其他其他主要针对健康人群的“增强”和“补充”，实现机能的扩展。如监测疲劳状态及学生注意力等 监测监测：使用脑机接口系统监测部分人体意识状态 替代替代：系统的输出可以取代由于损伤或疾病而丧失的自然输出 改善改

25、善/恢复恢复：针对康复领域，改善某种疾病的症状或恢复某种功能 增强增强：主要是针对健康人而言，实现机能的提升和扩展 补充补充：主要针对控制领域，增加脑控方式，作为传统单一控制方法的补充，实现多模态控制脑机接口技术功效脑机接口技术功效分类分类脑机接口应用脑机接口应用场景场景 脑机接口技术的功效可以归结为（监测/替代/改善恢复/增强/补充），对应的应用方向主要有医疗健康、娱乐、智能家居、军事和其他，其中医疗健康是医疗健康是当前最主要且最接近商业化的领域。当前最主要且最接近商业化的领域。资料来源：公开信息，蛋壳研究院基于神经调控的脑机接口聚焦疾病治疗，已实现商业化基于神经调控的脑机接口聚焦疾病治疗，

26、已实现商业化 神经调控是脑机接口信号闭环中向大脑写入信号的过程，通过不同类别信号的刺激，可以改善和治疗一些神经系统的疾病状态。当前，基于基于电、声、光、磁刺激电、声、光、磁刺激神经调控的脑机接口已经实现商业化神经调控的脑机接口已经实现商业化，从人工耳蜗，到脑深部电刺激再到经颅磁刺激和近红外功能成像，未来可以期待扩展到其他疾病的改善或治疗。单击此处添加标题单击此处添加标题单击此处添加标题单击此处添加标题单击此处添加标题单击此处添加标题脑深部电刺激（DBS）治疗可以实现治疗帕金森等神经退行性疾病，患者疾病状态显著改善，当前脑起搏器已进入市场广泛的应用阶段，未来可期待在成瘾和强迫症等精神疾病的领域应

27、用。人工耳蜗是一种电子装置，由体外言语处理器将声音转换为一定编码形式的电信号，通过植入体内的电极系统直接兴奋听神经来恢复或重建聋人的听觉功能。未来可期待完全植入的人工耳蜗。近红外功能成像（fNIR)装置能够对全脑同步检测，内置智能分析引擎，多病种临床检查准确、方便、快捷，可在精神疾病、脑功能疾病、脑调控监控和评估以及脑功能康复等方面开展应用。经颅磁刺激（TMS）具有副作用小、安全性高、无痛苦、不易成瘾、不会影响认知功能等优势，可以用于治疗抑郁症，以及对脑卒中所致的言语功能障碍、吞咽障碍、认知功能障碍等。脑深部电刺激（脑深部电刺激（DBSDBS）人工人工耳蜗耳蜗近红外功能成像（近红外功能成像（f

28、NIRfNIR）经颅磁刺激（经颅磁刺激（TMSTMS）资料来源：公开信息，蛋壳研究院神经调控的类别神经调控的类别 脑机接口技术能够实时检测患者脑电状态，通过训练调控大脑信号，影响皮质活动，从而使患者锻炼大脑神经，提高其功能性和连接性，实现了患者“意念控制”下的主被动协同康复训练。打破了传统康复方式被动且单一的问题，实现患者意念控制下的主动康复，显著提升康复治疗效果。实现患者意念控制下的主动康复，显著提升康复治疗效果。技术改变传统康复手段，可帮助神经技术改变传统康复手段，可帮助神经受损患者实现主动康复受损患者实现主动康复人工被动训练，费时，低效费时，低效传统康复传统康复时代时代 针灸治疗 手法训

29、练 镜像训练 强制关节活动机器人被动训练，节约成本节约成本机器人康复机器人康复时代时代 牵引式康复机器人 穿戴式康复机器人 气动式康复机器人 VR康复机器人脑机主动训练，提升康复效果提升康复效果脑机接口康复脑机接口康复时代时代 手部康复脑机接口 上肢康复脑机接口 下肢康复脑机接口 四肢联动脑机接口外骨骼康复训练系统智能康复机器人外骨骼康复机器人脑控手部康复机器人系统脑机康复产品脑机康复产品资料来源：公开信息，蛋壳研究院 当前，针对非侵入式脑机接口技术已经开发出各种可穿戴设备，可以实时的监测用户的脑电状态。基于不同的用户需求，已经可以帮助进行日常解压、小孩专注力提升及睡眠障碍人群进行改善，在一些

30、场景已经实现在一些场景已经实现消费端的应用，未来可期待扩展到更多的健康消费场景。消费端的应用，未来可期待扩展到更多的健康消费场景。不同功能的可穿戴产品，已实现部分消费类场景的应用不同功能的可穿戴产品，已实现部分消费类场景的应用正念舒压脑电设备正念舒压脑电设备FocusFocus专注力提升系统专注力提升系统睡眠产品睡眠产品SleepUpSleepUp 能够通过识别人体生物脑电波，根据用户能够通过识别人体生物脑电波，根据用户大脑神经信号状态，智能化匹配不同频段大脑神经信号状态，智能化匹配不同频段和强度的声波响应。通过匹配特定特征的和强度的声波响应。通过匹配特定特征的声波，可以诱导大脑神经信号状态由

31、兴奋声波，可以诱导大脑神经信号状态由兴奋状态逐步过渡到抑制和平静状态。状态逐步过渡到抑制和平静状态。采用国际广泛应用的神经反馈训练方法，采用国际广泛应用的神经反馈训练方法，结合高精度可穿戴脑电设备和人工智能深结合高精度可穿戴脑电设备和人工智能深度学习算法，帮助孩子进行科学的大脑调度学习算法，帮助孩子进行科学的大脑调控。通过测、训、课闭环式的训练方案，控。通过测、训、课闭环式的训练方案，科学提升专注力，塑造底层学习科学提升专注力，塑造底层学习力。力。设备实时记录脑电数值配以场景化音视频设备实时记录脑电数值配以场景化音视频反馈，当下状态可听可见；同时基于脑电反馈，当下状态可听可见；同时基于脑电数据

32、分析训练全程的正念状态，记录追踪数据分析训练全程的正念状态，记录追踪成长过程，也可以根据个性化需求，推荐成长过程，也可以根据个性化需求，推荐专属训练课程，帮助养成科学舒压专属训练课程，帮助养成科学舒压习惯。习惯。资料来源：公开信息，蛋壳研究院消费类场景的消费类场景的应用应用实现对外部设备的控制，改善肢体运动障碍患者生活质量实现对外部设备的控制，改善肢体运动障碍患者生活质量智能仿生手智能仿生手 独家刚柔结合电极，与皮肤全程无缝接触，确保信号采集稳定，穿戴舒适。基于深度的神经网络分析，能够精确的判断运动意图。用于上肢残障人士。智能仿生腿智能仿生腿 通过人工智能算法处理神经-肌肉信号并结合内置传感器

33、识别用户意图从而适应不同环境下穿戴者的步态，并动态调整膝关节阻尼状态。用于下肢残障人士。3 3集成式颅顶半植入集成式颅顶半植入BCIBCI产品产品高频脑电信号处理仪高频脑电信号处理仪 集成式颅顶半植入BCI产品。有效确保植入后减少病患的不适感,并减少对日常生活的干扰,易于护理。高频脑电信号处理仪，高通道、高频采集能力是该产品的核心卖点。非侵入式脑机接口的智能义肢：非侵入式脑机接口的智能义肢：通过人工智能算法处理神经-肌肉信号并结合内置传感器识别用户意图，实现“心随手动”及走路跑步随意切换的状态，可为残障人士创造高品质生活。集成式颅顶半植入集成式颅顶半植入BCIBCI产品产品+高频脑电信号处理仪

34、高频脑电信号处理仪：产品面向明确的适应症如渐冻症，高位截瘫等，脑虎科技将按照医疗产品的合规和流程逐步推进临床计划，未来可期待改善这些未来可期待改善这些绝症绝症患者生活质量患者生活质量。资料来源：公开信息，蛋壳研究院目录目录CONTENTSCONTENTSPart 03Part 03关注脑机接口两大技术关注脑机接口两大技术路径路径 侵入式：新一代脑机接口植入体技术正逐步走向成熟 长期稳定的记录大规模信号是侵入式技术的核心挑战 新材料、新植入方式和新制造技术可解决当前技术困境 非侵入式：无创脑机电极需兼顾电特性/舒适性/便捷性 脑电信号的信息传输率决定了脑机接口系统的性能 设计训练方式识别微弱信号

35、识别，提升脑机交互自然性侵入式：新一代脑机接口植入体技术正逐步走向成熟侵入式：新一代脑机接口植入体技术正逐步走向成熟 过去的10-20年间，由于相关技术的跃迁带来的价值正在快速推动新代脑机接技术的落地。从人工耳蜗到从人工耳蜗到DBSDBS再到再到RNSRNS，国内植入体技术正在逐步成熟。，国内植入体技术正在逐步成熟。一种电子装置包括体外的声音处理器及体内植入的电极系统。由体外言语处理器将声音转换为一定编码形式的电信号，通过植入体内的电极系统直接兴奋听神经来恢复或重建聋人的听觉功能。包括放置在病人颅骨的电刺激仪，大脑皮层的皮质带电极和大脑深部的电极。深部的电极植入到颅内可能的癫痫病灶区，皮质带电

36、极通过发送 EEG信号到固定于颅骨的电子设备，当发现EEG呈一定的癫痫发作标准，颅骨的电刺激仪将通过深部电极发送电刺激到癫痫灶，从而抑制癫痫发作。包括一个脉冲发生器、一根电极和一根延伸导线。通过在脑内特定的神经核团植入电极，释放高频电刺激,抑制了这些因多巴胺能神经元减少而过度兴奋的神经元的电冲动，减低了其过度兴奋的状态，从而减轻帕金森等神经疾病症状。人工人工耳蜗耳蜗脑深部刺激脑深部刺激(DBS)(DBS)反应性神经刺激反应性神经刺激(RNS)(RNS)资料来源：公开信息，蛋壳研究院 如何在最低限度损伤大脑和最大限度利用大脑之间达到平衡，是脑机接口技术的核心挑战。如何在最低限度损伤大脑和最大限度

37、利用大脑之间达到平衡，是脑机接口技术的核心挑战。如何解决植入电极后信号衰减、如何最大限度避免芯片植入对大脑的损伤、如何采集更多的神经元信号是侵入式脑机接口技侵入式脑机接口技术目前面临的三大核心技术瓶颈。术目前面临的三大核心技术瓶颈。长期稳定的记录大规模信号是侵入式技术的核心挑战长期稳定的记录大规模信号是侵入式技术的核心挑战 电极尺寸及力学性能与脑组织不匹配，导致生物相容性差。传统的刚性微电极（Utah电极)信号不稳定且引起脑组织的炎症反应。人体在运动时和大脑皮层产生相对位移，会不断的切割神经细胞，容易引起大脑的免疫反应，产生胶质和瘢痕包裹电极，给信号采集带来挑战。刚性电极信号不稳定刚性电极信号

38、不稳定NO.1NO.1 传统植入方式将给大脑带来不可逆的创伤，唯一获FDA批准的植入式电极（Utah电极)的植入方式是采用小气锤拍打进大脑皮层，对大脑产生不可逆的损伤。可开发新的植入策略来减少组织损伤，如机械强度可调的材料、牺牲层植入法，神经介入等方式。植入方式创伤大植入方式创伤大NO.2NO.2 传统的Utah电极通道数2*100个，远远达不到信号采集量级的要求。脑机接口的摩尔定律根据统计数据显示，以目前BCI技术以平均7.4年才能使可同时记录的神经元数量翻倍的速度计算，要达到同时记录100万个神经元需要等到2100年。电极通道数量低电极通道数量低NO.3NO.3资料来源：公开信息，蛋壳研究

39、院三大信号三大信号采集挑战采集挑战 当前侵入式脑机接口技术面临电极在体工作寿命短、植入创伤大、信息采集带宽不足三大技术困境，针对侵入式脑机接口当前存在的技术挑战，研发三大关键技术可以有效解决。新材料、新植入方式和新制造技术可解决当前技术困境新材料、新植入方式和新制造技术可解决当前技术困境生物器件集成电路制造技术生物器件集成电路制造技术关键关键技术三技术三 充分发挥生物-信息技术交叉融合优势，借鉴集成电借鉴集成电路制造工艺路制造工艺，在有限的面积内实现更高的电极排布密度，大幅度提高神经带宽。蚕丝蛋白牺牲层蚕丝蛋白牺牲层/可注射网格状神经电极可注射网格状神经电极关键关键技术二技术二 基于蚕丝蛋白可

40、控讲解特性，将电极浸涂蛋白实现暂时硬化，植入后蛋白溶解电极恢复柔性，无需外加引导装无需外加引导装置置，实现电极微创植入。网格状神经电极通过针管注射，也可以将柔性神经电极植入大脑皮层。关键关键技术一技术一高分子材料超薄柔性电极制备技术高分子材料超薄柔性电极制备技术 基于生物相容性佳的材料开发超细，超薄、超柔神经电极超细，超薄、超柔神经电极，使电极弯曲力度接近神经细胞正常生理伸缩，实现电极长期稳定在体工作。目前研究的自组装神经流苏，可实现与大脑的长期稳定界面，具有高密度、低损伤的特点。在体工作在体工作寿命短寿命短植入植入创伤大创伤大信号采集信号采集带宽带宽不足不足资料来源：公开信息，蛋壳研究院解决

41、解决解决解决解决解决三大三大关键技术关键技术 无创脑电采集电极挑战：无创脑电采集电极挑战：传统的无创脑电采集系统是采用湿电极，其电特性良好，但是使用不方便；梳状干电极使用方便，但界面阻抗较高，使用时有轻微的痛感，舒适性较差；半干电极可保持湿性接触，舒适性和半干电极可保持湿性接触，舒适性和电特性适中，电特性适中，当下自润湿、新型凝胶等半干当下自润湿、新型凝胶等半干电极是研究热点电极是研究热点。非侵入式：无创脑机非侵入式：无创脑机电极需兼顾电特性电极需兼顾电特性/舒适性舒适性/便捷性便捷性传统脑电极传统脑电极-湿电极湿电极需要导电膏配合的湿电极，使用前需要他人辅助，使用后需要清理头发佩戴所需时间较

42、长 界面阻抗低，电特性良好 舒适度较好 使用后需清洗，带来了极大不方便脑机接口电极脑机接口电极-半干电极半干电极半干电极介于干电极与湿电极之间，相对更受欢迎预置凝胶半干电极可替代导电膏、可以快速、无残留的进行脑电采集，佩戴舒适 界面阻抗低，10-50k 舒适度与湿电极相当 凝胶电极便捷性良好，可实现无残留的脑电采集脑机接口电极脑机接口电极-干电极干电极干电极要与头皮接触，必须设法穿过头发，与头皮直接接触爪式干电极是优化的电极结构，可兼顾接触面积、舒适度和弹性 阻抗大，信噪比低，电特性不佳 压力大，阻抗减小，舒适度不佳 使用无残留，便携性良好资料来源：公开信息，蛋壳研究院无创脑机接口电极无创脑机

43、接口电极类型类型脑电信号的信息传输率决定了脑机脑电信号的信息传输率决定了脑机接口系统的接口系统的性能性能 脑机接口采用的范式主要有P300（事件相关点位）、SSVEP（稳态视觉诱发电位）和MI（运动想象），实验范式是获得脑机接口特征的一些技术手段，最具挑战性的环节是信息的解码。最具挑战性的环节是信息的解码。脑电信号的编解码是系统稳定的核心，其中信息传输率是衡量脑机接口系统的一个黄金标准，通过增加脑机接口目标的数量、提高分类的正确通过增加脑机接口目标的数量、提高分类的正确率以及缩短目标识别时间，可以提高系统的信息传输率，同时也提高了脑机率以及缩短目标识别时间，可以提高系统的信息传输率，同时也提高

44、了脑机接口系统接口系统的性能。的性能。资料来源：公开信息，蛋壳研究院ITR=logITR=log2 2M+PM+Ploglog2 2P+P+（1-P1-P）loglog2 2(1-P)/(M-1)(1-P)/(M-1)*(60/T)(60/T)目标数量目标数量目标识别时间目标识别时间分类正确率分类正确率 增加目标数量 提高分类正确率 缩短目标识别时间ITRITR脑电信息传输率：脑电信息传输率：ITRITR脑机系统的工作脑机系统的工作原理原理脑信号采集脑信号采集脑信号脑信号预处理预处理脑信号脑信号特征提取特征提取脑活动模式识脑活动模式识别与机器学习别与机器学习控制接口控制接口外部设备外部设备神经

45、反馈神经反馈脑信号处理与解码脑信号处理与解码 关键技术关键技术-精辨识：精辨识：基于事件相关电位，针对难以识别的微弱信号，通过发现背景脑电空间对称性演进模式，可以对背景脑电噪声增大抑制效果提升，可以实现亚，可以实现亚uVuV级极微弱脑电信号（约级极微弱脑电信号（约0.5uV)0.5uV)的解码和应用，提升的解码和应用，提升脑机操控交互脑机操控交互的自然性。的自然性。设计训练方式识别微弱信号，设计训练方式识别微弱信号，提升脑机操控交互的自然提升脑机操控交互的自然性性瓶颈瓶颈事件相关电位淹没于背景脑电中，难以高效识别提取方案方案通过设计训练方式，探索发现背景脑电空间对称性演进模式效果效果背景脑电噪

46、声抑制效果提升10dB实现微弱信号识别传统强视觉刺激，强脑电传统强视觉刺激，强脑电特征特征弱视觉刺激，弱视觉刺激，微弱脑电微弱脑电特征特征无感视觉刺激，无感视觉刺激，极微弱脑电极微弱脑电特征特征交互体验，逐渐增强交互体验，逐渐增强资料来源：公开信息，蛋壳研究院目录目录CONTENTSCONTENTSPart 04Part 04浅谈脑机接口未来的发展浅谈脑机接口未来的发展趋势趋势 信息交互手段从原来的以电为主，转为多模态联合应用 脑机接口技术可成为大数据与算法驱动的智能数字疗法 意念控制等下一代人机交互场景，可期待变成现实 微创式脑机接口技术，为患者生活改善打开一扇新窗口 柔性脑机接口，是未来脑

47、机技术的重点发展方向 将从经典脑机接口到脑机交互再到脑机智能的技术演变 在脑机接口应用领域，由于脑电信号本身的空间分辨率较差，时间分辨率较好的特点，脑机信息交互手段预脑机信息交互手段预计将从原来的以电为主，走向电、光、磁、声等各种手段的综合计将从原来的以电为主，走向电、光、磁、声等各种手段的综合，通过不同交互手段的联用，提升了脑机接口技术应用的效果。信息交互手段从原来的以电为主，转为多模态联合信息交互手段从原来的以电为主，转为多模态联合应用应用 近红外脑功能成像技术测量大脑皮层的血氧情况，厘米级的空间分辨率优于脑电，可以准确定位产生脑部活动的脑区。脑电的时间分辨率与近红外脑功能成像的空间分辨率

48、两者结合互补，这样就可以更全面的提供脑功能活动的信息。fNIRSfNIRSEEGEEG联用，对脑科学研究提供了很好的技术手段和很大的帮助。联用，对脑科学研究提供了很好的技术手段和很大的帮助。运动想象、脑机接口（MI-BCI）和功能性电刺激FES相结合的MI-BCI-FES康复训练已成为中风治疗的热门方法，有关研究表明，MI-BCI-FESMI-BCI-FES相比传统单一相比传统单一FESFES对中风康复治疗更为有效。对中风康复治疗更为有效。此外，有关试验表明使用脑电（EEG)及近红外（fNIS)同步监测脑功能变化的方法，更加全面的用于评价脑部功能的变化。更加全面的用于评价脑部功能的变化。资料来

49、源：公开信息，蛋壳研究院应用端应用端 在脑机接口应用领域，脑机接口技术可实现个性化、精准化、情感化脑功能健康状态监测与干预的大规模人群普惠应用，成为大数据与算法驱动的智能数字疗法。成为大数据与算法驱动的智能数字疗法。脑机接口技术脑机接口技术可成为大数据与算法驱动的智能数字可成为大数据与算法驱动的智能数字疗法疗法应用端应用端感知觉功能感知觉功能干预干预睡眠睡眠障碍障碍抑郁抑郁焦虑焦虑老年老年痴呆痴呆耳鸣耳鸣听障听障感知觉整感知觉整合神经机合神经机制的定量、制的定量、智能、交智能、交互认知行互认知行为干预为干预理理论论认知行为动态化建模认知行为动态化建模情感行为人机情感行为人机交互交互无创脑机无创

50、脑机交互交互微型化可穿戴微型化可穿戴监测监测光光/声声/VR/AR/VR/AR 等感知觉刺激脑等感知觉刺激脑调控系统调控系统脑机交互神经反脑机交互神经反馈馈系统系统数字化认知行为数字化认知行为训练干预训练干预系统系统重大重大需求需求创新创新理论理论关键关键技术技术集成集成系统系统资料来源：公开信息，蛋壳研究院 当前脑机接口技术的发展已经可以通过解析大脑里的想法来帮助患者“打字”交流。在PC时代，我们通过键盘和鼠标进行人机交互，每次人机交互的变革都是从以机器为中心，逐渐迈向以人为中心的自然交互，未来未来可以期待实现脑控键盘和鼠标可以期待实现脑控键盘和鼠标等下一代人机交互场景。等下一代人机交互场景

51、。意念意念控制等下一代人机交互控制等下一代人机交互场景，可期待变成场景，可期待变成现实现实 2021年12月20日，BrainCo 强脑科技举办了年度发布会，当受试者戴上臂环时，大屏幕上呈现了一双虚拟的手。臂环能感知到手指的微小的移动，对应相应的虚拟键盘，就实现了隔空打字的功能。臂环进行意念打字臂环进行意念打字 2021年5份，由斯坦福学研究次从脑电信号中解码写字的动作，使瘫痪意念中的写字动作可以实时转换成 屏幕上的字，该项研究结果显示意念写字速度破纪录，写字速度能达到每分钟90个字符，原始准确率为94.1%。患者意念打字患者意念打字 2021年4份，斯克的Neuralink公司演示了他们如何

52、使主研发的传感器硬件和脑植来记 录只9岁的猕猴（名为Pager）在屏幕上玩游戏Pong。给脑机接技术未来的应带来巨的想象。猴子意念玩游戏猴子意念玩游戏资料来源：公开信息，蛋壳研究院应用端应用端 在脑机接口技术领域，由于侵入式脑机接口容易对大脑造成不可逆的损伤，非侵入式获取的脑电信号不佳等现实情况，微创式的脑机接口技术有望为后续的技术发展带来更多可能。微创式的脑机接口技术有望为后续的技术发展带来更多可能。微创式脑机接口技术，为患者生活微创式脑机接口技术，为患者生活改善打开一扇新窗口改善打开一扇新窗口技术端技术端无线微创植入脑机接口NEO系统 清华医学院团队提出了微创植入的脑机接口方案微创植入的脑

53、机接口方案，体内机嵌入在颅骨中采集和处理脑电信号，电极可以伸展到颅内任何脑区；体内机无需电池，隔着皮肤与体外机耦合供电并无线通讯，实现脑电信号读取和刺激信号写入的双向脑机接口通讯。该方案全无线传输，避免感染，不破坏脑内环境，在信号质量和侵入性之间达到很好的平衡。该团队与博睿康科技合作研发的无线微创脑机接口设备已经定型送检，设备已经定型送检，预计预计20222022年底开展小规模临床试验。年底开展小规模临床试验。Synchron开发的Strentrode BCI设置小巧灵活，可以安全地穿过弯曲的血管，因此Synchron直接利用神经血管平台，即通过颈静脉植入BCI，使用导管手术将技术输送到大脑和

54、脊柱中，不需要开颅手术就将设备植入了患者大脑内。不需要开颅手术就将设备植入了患者大脑内。2021 年 8 月，Synchron 公司开发的微创脑机接口获得美国食品药品监督管微创脑机接口获得美国食品药品监督管理局理局(FDA)(FDA)的人体临床试验批的人体临床试验批，2022年7月，该公司首次在美国一名ALS(肌萎缩性侧索硬化症)患者的脑部血管进行临床试验。Synchron 公司开发的微创脑机接口资料来源：公开信息，蛋壳研究院 随着人机交互技术的不断前行，特别是混合现实、元宇宙等新技术场景需求的不断涌现，传统用于信息获取感知单元的刚性接口硬件已经难以满足需求。与之相比，柔性脑机接口使用材料与人

55、体组织之间更加紧密地柔性脑机接口使用材料与人体组织之间更加紧密地融合，能够快速交换神经信息、运动信息和环境信息等，是未来重点发展的技术融合，能够快速交换神经信息、运动信息和环境信息等，是未来重点发展的技术方向。方向。柔性脑机接口，是未来脑机技术柔性脑机接口，是未来脑机技术的重点发展的重点发展方向方向资料来源：公开信息，蛋壳研究院 西南交通大学材料科学与工程学院鲁雄团队制备了一种具有免疫规避能力的脑级柔软、导电和生物粘附性水凝胶集成BMI，能够与柔软、活跃的脑组织建立无缝接口，获得高保真度的稳定生物信号。与传统电极相比，超软水凝胶电极记录的脑电信号几乎没有伪影出现，超软水凝胶电极记录的脑电信号几

56、乎没有伪影出现，显示出较好的显示出较好的稳定性和准确性。稳定性和准确性。以蚕丝蛋白为主体的柔性电极，在生物相容性、机械强度上要比化工或化学合成材料制成的电极有优势，不会对大脑产生切割伤害，可以稳定记录脑电信号。在2021年的世界人工智能大会上，脑虎科技凭借由蚕丝蛋白制成的凭借由蚕丝蛋白制成的“免开颅微免开颅微创植入式高通量柔性脑机接口系统创植入式高通量柔性脑机接口系统”获得了最高奖“卓越人工智能引领奖”，同时也上榜了2022年MIT“50 家聪明的公司”（TR50）榜单。基于蚕丝蛋白柔性电极基于水凝胶柔性电极技术端技术端 在脑机接口技术领域，未来脑机接口的发展按照信息传输方向分类，将从经典的脑

57、机接口逐渐演变为脑机交将从经典的脑机接口逐渐演变为脑机交互最后到脑机智能的模式。互最后到脑机智能的模式。未来将从经典脑机接口到脑机交互再到脑机智能的未来将从经典脑机接口到脑机交互再到脑机智能的技术演变技术演变技术端技术端经典脑机接口经典脑机接口核心核心技术：技术：脑信息产生脑信息产生脑信息获取脑信息获取脑信息脑信息解析解析脑机脑机交互交互核心核心技术：技术：神经神经调制调制闭环闭环控制控制脑机脑机协同协同脑机脑机智能智能核心核心技术：技术：脑认知信息脑认知信息原理原理脑机脑机协同协同人机人机共进共进接口接口交互交互智能智能资料来源：公开信息，蛋壳研究院大脑计算机外部设备感知反馈轮椅操控计算机拼写器疲劳监测用户身份认证通讯与控制脑信号单向前馈路径大脑计算机外部设备感知反馈神经假体VR&AR相互作用相互作用脑信号闭环协调编码器认知增强技能学习神经复健刺激信号解码器脑功能增强脑功能增强协同智能协同智能学习能力理解能力概念形成推理能力感知环境从大数据中获取解读大数据达成具体目标人类智能HI人工智能AI决策目标搜寻问题解决人工智慧高级认知功能高级认知功能