1、脑机技术：人机交互的新通路2022年12月04日数字科技前沿产业研究系列（一）行业专题姓名：朱峰（分析师）邮箱：电话：证书编号：S0880522030002姓名：鲍雁辛（分析师）邮箱：电话：证书编号：S0880513070005 诚信 责任 亲和 专业 创新2请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）摘要01脑机是通过采集生物电信号识别解读并驱动外部设备的技术，主要有侵入式、半侵入式和非侵入式三种形式脑机是依托高性能的生物电信号采集装备和计算机算法，实时记录脑电波，再通过一定的技术手段对采集到的脑电波进行解读，最

2、后利用计算机语言将其转换成控制语言或命令以驱动外部设备，是人和外部设备间的全新通讯通路。基于接入的脑部位置脑机技术分为侵入式、半侵入式和非侵入式三种。侵入式采集信号最稳定但创伤最大，非侵入式危险性最低、技术成熟、成本较低但信号稳定性最弱，半侵入式则介于前两者之间。02当前脑机技术应用主要集中在医疗领域，逐步渗透至娱乐、军事等新领域脑机技术主要提供监测、替代、改善/恢复、增强和补充五大功能。当前脑机的应用主要以医疗领域为主，如帮助完成对陷入深度昏迷等微小意识状态的患者、存在视/听觉障碍的患者人体神经系统状态的实时监控与测量；帮助因损伤或疾病而丧失某种功能的患者如脊髓侧索硬化症患者、重症肌无力患者

3、、丧失说话能力的人沟通等。随着脑机技术的发展，如元宇宙等娱乐、智能家居、军事等领域有望逐步实现脑机技术的应用，脑机成为人机交互的重要形式之一。03脑机已进入技术深度和应用广度快速发展的快速发展期，但仍存技术难点脑机技术概念在1970年代被首次提出，进入21世纪后新型的脑机接口实验范式相继涌现，如听觉、言语、情感、以及混合脑机接口，技术向多元化发展、应用范围逐步拓宽，脑机技术迎来快速发展期。美国作为脑机技术先驱者，在侵入式脑机和非侵入式脑机领域都处于技术领先，已诞生如Neuralink等龙头公司。但当前脑机技术仍存在如何理解神经元的输出、如何实现向人脑的输入、缺乏脑机性能的科学评价体系等难点需要

4、攻克。04政策支持与客观国情背景下，脑机技术在国内存在发展前景自2016年提出脑计划以来，我国政府不断明确脑机智能具有的战略意义，并指出脑机接口作为脑机智能关键技术的核心地位。上海、北京、杭州等城市不断推出脑机技术发展规划和支持政策，并着重关注脑机技术的高校合作、产研结合。从社会层面看，我国将在未来逐步进入老龄化社会，将形成数量庞大的老年人群，而神经系统疾病患者多集中于老年群体，医疗领域的脑机应用或将在我国迎来可观发展空间。05风险提示（1）脑机市场增长不及预期风险；（2）伦理道德与法规风险；（3）上游脑科学研究不及预期风险。4XhVaXoWnUiYnPoMsQ9PaOaQpNoOmOmOlO

5、nMoMlOnNpR8OmMwPNZnMtQMYtRrM3诚信 责任 亲和 专业 创新请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）目录/CONTENTS脑机技术路径梳理及下游应用01脑机技术发展历史及全球发展情况02脑机技术发展难点和未来展望03风险提示04 4诚信 责任 亲和 专业 创新请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）脑机技术路径梳理及下游应用01脑机技术分类及其优劣势比较1.2/脑机是人和外部设备间的全新通讯通路1.1/脑机提供多种功能，下游应用领域覆盖较广1.3/诚信 责任 亲和 专业 创新5请参阅附注免责声明脑机技

6、术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）1、信号采集预处理特征提取特征翻译外设4、神经反馈2、脑信号处理与解码“脑机接口”=“脑”+“机”+“接口”，即在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备间创建的用于信息交换的、不依赖于常规大脑信息输出通路的连接通路。脑机系统借助人脑电信号采集设备实时记录脑电波，并利用计算机算法或其他技术手段对采集到的脑电波进行解读，再通过计算机语言将解读的脑电波信息转换成控制语言或命令，以此驱动外部设备。脑机接口系统主要包括四个组成部分：信号采集部分、信号处理部分、控制设备部分和神经反馈部分。脑信号处理与解码分为预处理、特征提取和特征翻译三个子过程。控制接

7、口脑机是人和外部设备间的全新通讯通路脑机定义和技术路径梳理1.1图：典型脑机系统的组成数据来源：脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书（2021），国泰君安证券研究3、控制设备 诚信 责任 亲和 专业 创新6请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）脑机技术主要分为：侵入式、半侵入式、非侵入式三种形式脑机定义和技术路径梳理1.2数据来源：脑机接口在卒中患者上肢功能和手功能康复中的应用，国泰君安证券研究侵入式脑机半侵入式脑机非侵入式脑机机理通过手术等方式将信号采集装置(电极)直接植入患者大脑皮层优势劣势经济成本和安全风险均较高，极有可能引发免疫反应和脑胶质细胞结痂等

8、炎症反应，从而导致信号质量下降通过手术方式植入电极，但电极处于颅腔内，未达到大脑皮层可以获得高强度、高质量的信号相较于侵入式脑机接口，采集到的信号较弱相较于侵入式脑机接口，免疫反应和炎症反应发生率均更低、安全系数更高无需手术，只需将电极附着在头皮上记录的信号弱避免昂贵的手术费用和不良反应的发生 诚信 责任 亲和 专业 创新7请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）侵入式脑机：获取信号质量高，但创伤较大，技术仍待成熟脑机定义和技术路径梳理1.2 侵入式脑机接口，又称完全植入式脑机接口，是一种创伤性较大的皮层内记录脑机接口。侵入式脑机需要采用神经外科手术方法将采集

9、电极植入大脑皮层、硬脑膜外或硬脑膜下，其采集电极主要分为刚性电极和柔性电极。刚性电极技术较为成熟，但存在容易减弱信号的劣势，因而柔性电极或成为未来发展方向。实现信息准确度和创伤程度之间的平衡，是侵入式脑机面临的核心挑战。技术角度而言，侵入式脑机需要解决：植入方式创伤大、电极通道数量低的问题。针对两个核心技术挑战，未来需着力研发蚕丝蛋白牺牲层/可注射网格状神经电极技术和生物器件集成电路制造技术。图：柔性电极性能更好，是未来发展方向图：侵入式脑机面临的技术挑战和未来解决方案刚性电极 优点：技术较成熟，稳定性好、密度高、耐体液腐蚀 劣势：由于刚性电极硬度远高于脑组织，难以随大脑运动，容易形成愈伤组织

10、从而减弱信号 代表性电极：密歇根电极和犹他电极柔性电极 优点：可以适应大脑的弯曲拓扑结构，因此具备良好的性能，包括生物相容性、柔韧性和微加工工艺兼容性 劣势：技术不成熟 常用材料：聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI1植入方式创伤大：Utah电极作为现阶段唯一获FDA批准的植入式电极，植入方式是采用小气锤将电极拍打进大脑皮层，会对大脑产生不可逆转的损伤未来解决方案：蚕丝蛋白牺牲层/可注射网格状神经电极可实现电极微创植入，减少损伤的可能性电极通道数量低：Utah电极通道数2*100个，与采集精准信号所需的通道数量相差甚远。以目前BCI技术，要记录人脑中的所有神经元需要等到2225年未来解决

11、方案：生物器件集成电路制造技术结合了生物学科和信息技术，提高电极通道数量2数据来源：蛋壳研究院，知乎：芯智讯，国泰君安证券研究数据来源：脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书（2021），国泰君安证券研究 诚信 责任 亲和 专业 创新8请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）半侵入式脑机：创伤较侵入式低，信号质量较非侵入式高脑机定义和技术路径梳理1.2数据来源：知乎：芯智讯图：半侵入式比侵入式更实用化，但信号质量较低图：三种脑机接入位置对比侵入式 优点：长期稳定放置，直接记录神经元电活动，信号衰减小，信噪比和空间分辨率高 缺点：属于有创伤植入，技术难度大，存在继

12、发感染可能性。一旦发生颅脑感染、电极故障，取出电极会造成二次损伤半侵入式 优点：微创脑机接口可能比皮层内记录脑机接口更易实用化，且技术更为成熟 缺点：相比半侵入式脑机接口，信号衰减程度高 半侵入式脑机接口，也称微创脑机接口，即基于皮层表面记录的脑机接口。区别于侵入式脑机接口，半侵入式脑机将脑机接口植入到颅腔内，但是在大脑皮层之外，主要基于皮层脑电图（ECoG）进行信息分析。相比侵入式脑机，半侵入式脑机的损伤性较小、技术更为成熟。由于半侵入式脑机接入皮层表面，不易引起强烈的排斥反应，手术的危险性较低，同时技术成熟度更高。相比非侵入式脑机，半侵入式脑机信号准确度更高，但伤害性稍强。数据来源：知乎：

13、芯智讯，国泰君安证券研究 诚信 责任 亲和 专业 创新9请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）非侵入式脑机：因技术成熟、损伤性低成为主流脑机定义和技术路径梳理1.2数据来源：蛋壳研究院，国泰君安证券研究 非侵入式脑机接口通过附着在头皮上的穿戴设备测量大脑的电活动或代谢活动，无需手术、安全性高。非侵入式脑机不引起身体排异反应，安全系数高，伦理风险小，是目前主流的脑机形式。非侵入式脑机接口主要分为湿电极、干电极和半干电极三种。传统脑电极一般采用湿电极，但存在佩戴、清理过程复杂的缺陷。干电极在克服此缺陷的同时，降低了信号的质量和稳定性。半干电极则结合了两者的特点，

14、达到简便程度和信号质量的均衡。图：脑机接口电极类型及优劣势传统脑电极：湿电极佩戴程序复杂，需要专业人员辅助佩戴，所需时间长佩戴后头发需要清洁舒适度较高信号质量、稳定性较高脑机接口电极：干电极不需要皮肤准备，适用于家庭测试，几乎不需要清理信号不稳定性较强，容易受到电源干扰和运动伪影的影响难以将电极固定在头皮上脑机接口电极：半干电极介于湿电极和干电极之间舒适度较高可以高效率且无残留物地进行信号的采集需外部刺激以连续释放电解液 诚信 责任 亲和 专业 创新10请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）脑机能实现丰富功能，下游应用领域覆盖较广脑机主要应用方向梳理1.3

15、脑机技术能提供多种功能，主要分为五类：监测、替代、改善/恢复、增强和补充。围绕上述五大功能，脑机接口有覆盖面较广的下游应用领域。医疗健康为脑机的主要应用场景，应用案例主要集中在“监测”“改善/恢复”“替代”和“增强”四种功能中。同时，脑机在未来扫清伦理、技术成熟度等障碍之后，将逐渐渗透娱乐、智能家居、军事和其他领域，成为人机交互的重要形式之一。改善增强补充脑机的五种功能 监测：监测人体的脑部活动；替代：脑机接口系统的输出可以替代患者丧失的自然输出，弥补外部损伤或先天残疾；改善/恢复：在疾病康复领域促进患者疾病康复或恢复患者人体功能；增强：实现健康人机能的提升和扩展；补充：在控制领域增加脑控方式

16、，补充传统的单一控制方法以实现多模态控制军事领域医疗领域监测替代智能家居娱乐领域其他领域图：脑机技术的功能及对应下游应用场景数据来源：脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书（2021），国泰君安证券研究 诚信 责任 亲和 专业 创新11请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）医疗健康是当前脑机的主要应用领域脑机主要应用方向梳理1.3监测改善替代增强 定义：即时监控、测量人体神经系统状态 具体应用：陷入深度昏迷等微小意识状态的患者、存在视/听觉障碍患者的监控 定义：辅助病人完成疾病的恢复训练 具体应用：感觉运动皮层相关部位受损的中风病人、癫痫病人、多动症病人、自闭

17、症病人恢复训练 目标群体：替代患者因先天或后天因素丧失的自然功能 具体应用：脊髓侧索硬化症患者、重症肌无力患者、因事故导致高位截瘫的患者、丧失说话能力人的沟通 定义：将芯片植入大脑，增强个人能力、构建人脑和计算机的直接关联 代表公司：Neuralink数据来源：脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书（2021），国泰君安证券研究 诚信 责任 亲和 专业 创新12请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）脑机在医疗健康领域的具体应用脑机主要应用方向梳理1.3监测替代改善肢体运动障碍诊疗意识与认知障碍诊疗精神疾病诊疗感觉缺陷诊疗癫痫与神经发育障碍诊疗辅助性脑机接口：解

18、码脑机系统获得的信号以了解患者的运动意图，实现对外部设备（如假肢或外骨骼等）的控制康复性脑机接口：脑机接口系统给予大脑重复性刺激，增强原有突触的联系或建立新突触，辅助疾病的康复脑机接口设备获取患者的脑电信号，在计算机解码分析后，可以辅助医生掌握患者的意识障碍状态脑机接口可能与意识障碍患者实现交流，帮助医生了解患者的疾病情况并判断唤醒康复的可能性，进行针对性治疗脑机接口系统在反复训练后可以实现多种情绪（诸如愉悦、悲伤、平静、愤怒、害怕、惊讶等）的判别分析医生可以利用脑机接口系统兑换者进行神经反馈训练，进行抑郁症、自闭症等精神疾病的治疗脑机接口系统代替损伤的感觉系统、辅助患者解码感官信息，实现感觉

19、恢复脑机接口系统能对患者大脑内部的电极发出信号，诱发患者大脑功能区的响应，进行癫痫的诊疗DanielYosher教授团队帮助盲人恢复视觉数据来源：脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书（2021），国泰君安证券研究 诚信 责任 亲和 专业 创新13请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）脑机技术的应用已开始向更多领域渗透脑机主要应用方向梳理1.3 主要集中在“补充”方向 例如，在游戏领域，脑机丰富了传统游戏的控制方式，给予游戏玩家更丰富的游戏体验。在VR中，玩家借助脑机用意念控制菜单导航和选项控制，让游戏跳脱出计算机的框架，进入人机相连的世界娱乐 主要集中在“补

20、充”方向 智能家居实现了脑机与物联网的跨领域结合 例如，在智能家居住房中，脑机接口将成为“遥控器”的新模式，实现用意念完成对智能家居的控制，进一步而言，还可以用意念控制机器人智能家居 主要集中在“替代”“增强”方向 脑机接口系统辅助人类战士操控无人装备深入危险地区执行高风险任务 脑机接口增强战士的控制能力，发挥战士的最大潜能；同时，通过脑机接口建立的信息传输系统能实现更高效、更安全的军事通信军事 主要针对健康人群的“增强”和“补充”、实现人体机能的扩展 例如，部分公司利用脑机检测驾驶人员的精神状态，防止疲劳驾驶，进而降低事故的发生率；在教育领域，教师可以通过脑机监测学生的注意力情况；在市场营销

21、领域，脑机接口传输的客户数据有利于公司了解用户体验其他数据来源：脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书（2021），国泰君安证券研究 14诚信 责任 亲和 专业 创新请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）脑机发展历史及全球发展情况02全球市场平均CAGR超14%，美日欧技术暂时领先2.2/脑机领域代表企业：Neuralink2.4/脑机技术起步较早，21世纪迎来迅速发展期2.1/当前国内外脑机技术和产业的主要企业和科研机构2.3/诚信 责任 亲和 专业 创新15请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）1970s-1980s1科

22、学幻想期1980s-1990s21世纪2科学论证期3技术爆发期美国和欧洲先驱研发了首个实时且可行的脑机接口系统，并定义了至今仍在采用的几种主要范式，如“P300 拼写器”脑机系统的开发进一步深入，出现了基于感觉运动节律、视觉诱发电位等的脑机系统首次提出“脑机接口”术语1977年后，逐渐开发出基于不同感官事件的脑机接口系统受限于技术条件，这一阶段的研究并未取得明显进展主要聚焦于实现脑机接口的技术路线、发展各种各样的技术方法及推动脑机接口的应用新型的脑机接口实验范式相继涌现，如听觉、言语、情感、以及混合脑机接口近十年来，脑机接口研究的规模和范围急剧扩大，侵入式脑机接口研究进展迅速发展阶段产业孵化中

23、研究范式逐步确定行业赛道初见雏形技术多元化发展应用范围逐步拓宽赛道内开始出现龙头企业（如Neuralink）成为关注度极高的新兴产业时间数据来源：脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书（2021），国泰君安证券研究脑机技术起步较早，21世纪迎来迅速发展期脑机发展历史及全球发展情况2.1 诚信 责任 亲和 专业 创新16请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）数据来源：脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书（2021），国泰君安证券研究 脑机技术处于技术爆发期前期，潜在市场空间将逐步释放。21世纪以来，理解大脑的结构和功能成为重要课题，脑机应运成为资本市场重点关注的

24、热门产业。近年来，多国陆续提出基于生物科学、信息科学的脑计划，促进了脑机市场的进一步增长。脑机技术的发展仍处于早期阶段，市场将随技术发展稳步增长，根据Valuates预测，预计2020至2027年间脑机市场空间CAGR将达14.3%。全球脑机行业以美、日、欧为主导，其中美国技术优势明显，欧洲日本紧随其后。美国、日本、欧洲在脑机领域的布局相对较早，通过长期的资本注入以及技术积累，在全球脑机领域中占据领先地位。其中，美国的优势体现在技术深度和广度（如侵入式脑机接口）两个层面，是全球脑机技术领先者。图：脑机潜在市场规模较大13.638.5055404520192027E图：美国

25、技术优势明显，欧洲日本紧随其后单位：亿美元脑机全球市场规模数据来源：ValuatesReports，国泰君安证券研究全球市场平均CAGR超14%，美日欧技术暂时领先脑机发展历史及全球发展情况2.2美国技术优势明显绝大多数非侵入式和侵入式脑机接口研究都集中于美国，美国已成功开发了多种电极（包括外周神经电极、三维电极、柔性电极、环形电极等），并应用于脑机接口欧洲关注医疗领域应用欧洲企业和研究机构着重于非侵入式脑机接口，重视精神疾病相关研究日本注重和机器人系统的结合日本主要关注非侵入式脑机接口，重视脑机接口和机器人系统的结合应用 诚信 责任 亲和 专业 创新17请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的

26、新通路数字科技前沿产业研究系列（一）当前国内外脑机技术和产业的主要企业和科研机构脑机发展历史及全球发展情况2.3数据来源：知乎：芯智讯，脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书（2021），国泰君安证券研究国内国外企业研究机构 诚信 责任 亲和 专业 创新18请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）数据来源：知乎：芯智讯，国泰君安证券研究脑机行业海外主要公司脑机发展历史及全球发展情况2.3公司名称融资情况技术路线地理位置应用领域公司简介NeuralinkElon Musk侵入式美国脑科学应用Neuralink专注于开发高带宽且安全可靠的脑机接口技术Kernel1亿

27、美元侵入式美国脑科学应用Kernel是一家研究人类智能的公司，致力于在人脑中植入脑机设备，改善人脑认知能力Mindmaze1.085亿美元非侵入式瑞士医疗健康、游戏Mindmaze主要关注医疗、游戏等领域，目前正构建一个结合VR、脑成像、计算机图形学和神经科学的平台InteraXon1900万美元非侵入式加拿大游戏InteraXon生产的Muse是一种脑波检测头环，可以通过实时音频反馈来帮助用户冥想、放松NeuroSky2790万美元非侵入式美国游戏NeuroSky致力于研发脑电波控制的可穿戴设备，并提供ECG、EEG芯片BrainCo550万美元非侵入式美国教育、医疗BrainCo致力于开发

28、非侵入式脑机接口，研发基于脑电波的可穿戴设备，达到注意力训练、半瘫患者功能恢复等目标Emotiv1920万美元非侵入式美国游戏Emotiv致力于研发移动可穿戴EEG设备，配套APP可用于监测用户的认知和情绪状态BrainGatePrize andNIH Grant侵入式美国医疗健康BrainGate专注于大脑植入技术，将传感器植入到瘫痪病人脑中，检测他们的脑活动，并将用户的意识转换为电脑指令g.tecN/A非侵入式奥地利脑电测量g.Tec专注于研发高精度脑电测量设备，产品包括多通道EEG侦测设备、软件，以及生物信号处理系统等Brain-MasterN/A非侵入式美国脑电测量BrainMaste

29、r专注于开发临床级的设备和软件，用于EEG和生物反馈的临床或研究用途，提供神经反馈装置和系统，为 EEG评估提供高质量解决方案 诚信 责任 亲和 专业 创新19请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）数据来源：知乎：芯智讯，国泰君安证券研究脑机行业海外科研力量分布脑机发展历史及全球发展情况2.3实验室大学教授实验室大学教授Lab of Dr.SydneyCashHarvard UniversitySydney Cash,MD,PhDCenter for Neural Engineering&Prostheses(CNEP)UC BerkleyJose Carm

30、enaMental Imagery and Human-Computer Interaction LabHarvard UniversityMaria KozhevnikovNicolelis LabDuke UniversityMiguel A.L.Nicolelis,M.D.,Ph.D,PINeuroscience Statistics Research LabMassachusetts Institute of TechnologyEmery N.Brown,M.D,Ph.DNeural Sensing and interfacingUniversity of MinnesotaBin

31、HeSyntheticNeuroengineeringLabMassachusetts Institute of TechnologyEd BoydenETSU Brain-Computer Interface LaboratoryEast Tennessee StateUniversity(ETSU)Eric Sellers,Ph.D.Neural Dynamics&DataAnalysis LabBoston UniversityMark A.Kramer,PhDCenter for Sensorimotor Neural EngineeringUniversity of Washingt

32、onSeattleRajesh PN RaoHuman-Computer Interaction LabTufts UniversityRobert J.K.JacobBrain UI GroupGeorgia Tech&GeorgiaState UniversityJennifer MankoffBrown Institute for Brain ScienceBrown UniversityDiane LipscombeThe Allen InstituteThe Allen Brain InstituteSilvija Coulter,M.Sc.,P.M.P.Nanophotonicsa

33、nd NeuroengineeringLabBrownUniversityIlker OzdenWadsworth Brain-Computer Interface LabWadsworthBCIJonathan R.Wolpaw,M.D.Laboratory for Intelligent Imaging and Neural ComputingColumbia UniversityPaul SajdaDEFITECH CHAIR IN BRAIN-MACHINE INTERFACE CNBIEcole PolytechniqueFederale de Lansanne(EPFL)Jose

34、del R.MillanNeural Prosthetics Translational LaboratoryStanford UniversityJamie Henderson,MD Krishna ShenoyGraz Brain-ComputerInterfaceLabGraz University ofTechnologyGernot R.Muller-Putz,Univ.Prof.Diol,-Ing.Dr.techn.诚信 责任 亲和 专业 创新20请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）脑机行业国内主要公司脑机发展历史及全球发展情况2.3公司名称简

35、介研究方向产品中电云脑(天津)科技有限公司2018年成立于天津打造国家健康医疗大数据云脑中心研发了高集成脑-机交互芯片“脑语者”NeuraMatrix成立于2019年，清华大学孵化企业新一代脑机接口平台开发，涵盖脑机接口芯片、系统化设备、软硬一体化平台NeuraMatrix 的自研脑机接口芯片经过几轮迭代，目前已经流片完成，即将发布博睿康成立于2011年，由清华大学神经工程实验室专家创立非侵入式、微创脑机接口搭建以神经信号采集、解析、反馈为核心的脑机接口技术平台，形成无创、微创系列产品与解决方案，研发重点在脑科学研究、精神与心理疾病筛查、各类神经系统疾病的诊疗与康复等领域BrainCo(浙江强

36、脑科技有限公司)2015年创立，哈佛创新实验室孵化的第一支华人团队非侵入式脑机接口研发非侵入式可穿戴设备，用于认知和情绪训练、半瘫患者功能恢复。采用无创的非侵入式混合脑机接口技术，通过佩戴设备收集处理人体的信号，实现对大脑信息的读取和外部设备的控制念通智能成立于2016年，孵化于上海交通大学机电实验室肢体康复设备的研发生产，主要产品为脑电帽eCon 无线脑电采集设备，可以从大脑表皮采集和保存用户的脑电波信号；eConHand手功能康复设备，辅助中风患者进行手功能康复训练脑陆科技成立于2018年，总部位于北京专注于脑科学、脑健康筛查、脑电算法、脑电数据开放平台等脑科学前沿科技应用家用助眠智能脑机

37、交互头环BrainUp，进行全方位的脑电信号监测臻泰智能成立于2018年，依托西安交通大学技术优势研发脑控主被动协同康复机器人及各类脑机接口相关系统应用无线便携式医疗级脑电头带，可用于睡眠监测、情绪识别及认知康复江苏集萃脑机融合研究所2019年成立于苏州，依托中科院半导体所研究团队专注于开发脑状态检测和脑机接口的核心器件和解决方案采用脑电信号监测、识别疲劳状态，采用高能效比边缘计算处理器实现复杂脑机接口算法的本地执行妞诺科技2014年12月成立于杭州脑科学医疗整体解决方案、AI 算法技术研究、软硬件产品研发脑科学病例数据库及算法、脑科学大数据云平台和脑电图仪等配套硬件数据来源：脑机接口技术在医

38、疗健康领域应用白皮书（2021），国泰君安证券研究 诚信 责任 亲和 专业 创新21请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）脑机行业国内科研力量分布脑机发展历史及全球发展情况2.3单位类别研究方向及成果清华大学医学院BCI实验室高小榕教授团队非侵入式率先提出并实现基于 SSVEP 的非侵入型 BCI 技术，通过解码大脑初级视觉皮层的振荡频率，确定用户所注视的刺激物，并转换为对应的指令输出华南理工大学自动化科学与工程学院李远清教授团队非侵入式在基于脑机接口的植物人意识检测方面取得领先的科研成果；建立脑机接口研发平台及多个脑机接口系统，包括脑控轮椅、脑控护理床、脑

39、控电视、脑控电灯等上海交通大学计算机科学与工程系吕宝粮教授团队非侵入式在脑电与情感识别以及疲劳驾驶方面取得显著成果天津大学医学工程与转化医学研究院明东教授团队非侵入式以脑机交互为研究主线，重点面向特种医学与人机工程、物理医学与康复工程等重大领域的工程应用，开展了以神经工效感知交互、人工神经康复机器人、新型脑机接口与定量脑电信息标定等为代表的神经系统认知与调控新方法、新技术研究华东理工大学信息科学与工程学院金晶教授团队非侵入式研究基于脑机接口技术的脑卒中病人的新型康复技术、肌萎缩侧索硬化病人的辅助技术设计、模式识别与机器学习在生物信号识别中的应用北京理工大学机械与车辆学院毕路拯教授团队非侵入式进

40、行基于运动想象的脑机接口在车辆控制方面的研究上海大学机电工程与自动化学院杨帮华教授团队非侵入式主要研究运动想象脑机接口解码技术、虚拟现实技术、BCI 结合 VR 技术在医疗康复领域的应用华中科技大学自动化学院脑机接口与机器学习实验室伍冬睿教授团队非侵入式着重于脑机接口的情感运算和智能医疗西安交通大学徐光华教授团队非侵入式重点关注中风康复的脑机主被动协同 康复机理和脑控中风康复机器人数据来源：脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书（2021），国泰君安证券研究 诚信 责任 亲和 专业 创新22请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）数据来源：Neuralink官网

41、，国泰君安证券研究技术部件技术部件沟通部位沟通部位附加产品附加产品“Link”处理和传输神经信号的密封植入式装置“Neural Threads”每条小而灵活的线都包含许多用于检测神经信号的电极“Charger”无线连接到植入物上、从外部为电池充电的紧凑型感应式充电器听觉皮层协助对声音的感知和解释视觉皮层处理来自眼睛的视觉信息体感皮层有助于处理身体触觉运动皮层负责计划和执行自愿运动Neuralink app 通过练习，帮助用户学习如何控制设备 通过蓝牙连接，用户能够通过思想控制任何鼠标或键盘自动手术系统 鉴于医生无法手动精准地完成电极的植入，手术系统可以辅助医生，将装置准确地植入对应的部位图：N

42、euralink概况 Neuralink由Elon Musk于2016年创立，并于2017年首次出现于公众视野。Neuralink旨在通过脑机接口，建造有可能帮助瘫痪患者的设备，着重解决医疗健康领域的难题。Neuralink主要研发侵入式脑机接口，并着重研发相应的配套设施。一方面，Neuralink注重提升植入装置性能和植入方式精准度，提高信息的传输效率；另一方面，Neuralink尝试构建应用网络，深入消费者层面进行布局，完善产品的售后服务。脑机领域代表企业：Neuralink脑机发展历史及全球发展情况2.4 23诚信 责任 亲和 专业 创新请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科

43、技前沿产业研究系列（一）脑机技术发展难点和未来展望03技术难点2：如何实现向人脑的输入3.2/技术难点1：如何理解神经元的输出3.1/技术难点3：缺乏脑机性能的科学评价体系3.3/政策支持与客观国情背景下，脑机在国内具有发展前景3.4/诚信 责任 亲和 专业 创新24请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）数据来源：知乎：芯智讯、第3类人，国泰君安证券研究难点1：如何理解神经元的输出脑机技术发展难点和未来展望3.1问题1：信号识别精度低 人脑中存在数百亿的神经元，目前人们尚未对其功能和信息传输机制拥有足够的了解，脑机接口系统所能识别的神经信号内容较少且准确度低

44、。脑机系统记录的信号涉及的神经元越多、信号复杂度越高、识别难度越大，进一步降低脑机系统的识别精度；研究表明，目前脑机接口系统对2类思维任务的识别率约为90%、对3类任务的识别率约为80%、对4类运动的识别率仅有70%左右。问题2：信号识别速度慢 脑机接口系统需要把获取的脑电波信号识别、转换为计算机理解的信号，其中所需要的算法对算力的要求远远超出如今的算力水平，这意味着现阶段的脑机接口系统无法快速、即时、准确地识别神经电信号。目前，脑机接口系统所能达到的信息识别、转换速度为68 bit/min，远远不及真人正常交流所需的速度。难以高效率、准确地理解神经元的输出图：脑机输出信号解码过程 诚信 责任

45、 亲和 专业 创新25请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）数据来源：知乎：芯智讯，蛋壳研究院，国泰君安证券研究难点2：如何实现向人脑的输入脑机技术发展难点和未来展望3.2 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，将从经典的脑机接口逐渐演变为脑机交互最后到脑机智能的模式。如何实现“机-脑”的信息传输（即将感知反向编码成能被大脑读懂的信号），成为模式突破的关键。然而，基于理论的从机到脑的反馈研究如今仍处于一片黑暗。目前神经科学对于神经编码的具体方式仍处于未知状态，而由机-脑对神经编码知识的需求要远大于“脑-机”，因此，“机-脑”的研究相比“

46、脑-机”的研究更缓慢。图：脑机交互与脑机智能的结构脑机交互脑机智能 诚信 责任 亲和 专业 创新26请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）数据来源：信通院知产中心，国泰君安证券研究难点3：缺乏脑机性能的科学评价体系脑机技术发展难点和未来展望3.3 脑机接口的评估通常包括硬件和软件评估。硬件评估是评价脑机接口性能的关键部分，包括采集设备、外形尺寸和电子设备三个评估方向，一般从数据采集基准和生理指标两个层面进行评价。软件主要涉及界面和机器学习技术，一般从软件基准层面进行评价。尽管在量化脑机接口独立组成部分的性能方面已经有了一些成果，但整个脑机接口系统还没有全面的

47、标准或基准。当前脑机产业从业者正在通过如公开标准化数据库、允许开发人员测试他们的方法等形式开发脑机接口系统的基准。图：现有的脑机性能评价体系图：脑机性能评价思路1数据采集基准：数据采集硬件是影响脑机接口性能的重要组成部件，但其评价标准很少且不统一，应用中一般采用制造商提供的指标生理指标：生理指标应不同的脑机接口的性能而不同，没有统一的评价体系。同时，生理指标的可变性因素较多，测量时难以排除外界因素的影响，因此难以形成统一标准2软件基准：软件直接影响着对系统获取的脑信号的解读，如今已经建立起相对普适性的评价标准。为了统一化评价指标，人们确立了系统软件的处理步骤，并从预处理技术和信号质量指数两条标

48、准评估程序执行3 诚信 责任 亲和 专业 创新27请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）数据来源：脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书（2021），上海市人民政府官网，国泰君安证券研究我国已出台众多支持脑机技术发展的政策脑机技术发展难点和未来展望3.4 我国重视脑科学与类脑研究。自2016年提出脑计划以来，政府不断明确脑机智能具有的战略意义，并在“十三五”、“十四五”规划中将脑机技术的纳入技术发展规划目标。地方政府推进脑机技术发展，辐射范围从上海、北京等超一线城市向杭州等城市拓展。2015年上海市首次在国内启动脑科学研究项目。此后，北京、杭州等地逐步开始打造

49、脑机智能产业。2022年11月上海市政府在上海打造未来产业创新高地发展壮大未来产业集群行动方案中提出加速非侵入式脑机接口技术、脑机融合技术、类脑芯片技术、大脑计算神经模型等领域突破。中国脑计划启动，分为两个方向：以探索大脑秘密并攻克大脑疾病为导向的脑科学研究和以建立并发展人工智能技术为导向的类脑研究四部委联合印发“十三五”国家基础研究专项规划明确提出了脑与认知、脑机智能、脑的健康三个核心问题，并用“一体两翼”高度概括目前的布局在十四五规划和2035 年远景目标纲要中，脑机接口技术作为脑机智能融合技术的关键，是重点发展领域。脑机智能融合系统可广泛应用于神经康复和生物智能领域3月，上海市启动全国第

50、一个基础研究预研项目；5 月，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基础工程之首上海市实施脑与类脑智能基础转化应用研究市级重大专项，随之启动的还有“全脑神经联结图谱与克隆猴模型计划”等相关专项北京市经济和信息化局发布关于印发北京市机器人产业创新发展行动方案(20192022 年)的通知，指出应面向养老、健康服务领域，推动康复机器人以及智能护理机器人的研发生产杭州西湖区率先布局脑机智能产业，全力打造脑机智能产业链。西湖区脑机智能项目旨在探索以国有企业为主体、产学研深度融合的新路径，助力西湖区打造全国性的校地合作示范区20021201620

51、172021上海北京杭州及其他城市图：国内脑机政策发展地区政策国家政策 诚信 责任 亲和 专业 创新28请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）数据来源：脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书（2021），国泰君安证券研究面对老龄化问题，我国脑机产业存在较大潜在需求脑机技术发展难点和未来展望3.4医疗领域：神经系统疾病治疗需求增加图：神经系统疾病赋能医疗领域脑机发展，生活智能化带动其他领域脑机需求 我国神经系统疾病人群数目庞大，集中在老年群体。例如脑性瘫痪发病率为 1.84%，老年脑病患者占老年人口总数的 10%；对这类数量庞大人群的治疗和改善是医学界迫切需求，

52、而脑机接口技术正在这一领域发挥不可替代的作用；在中国老龄化的趋势背景下，神经系统疾病治疗需求的增加反哺脑机产业，为脑机产业医疗诊断、医疗康复等领域的应用增长赋能其他领域：现代智能生活拉动应用需求 信息技术的发展转变了当代人的生活方式，人机融合、信息智能、机器自动愈发成为主流发展趋势；例如，教育行业市场规模从2015年的1.6亿元上升至2020年的2.0万亿元，其中 5%左右的市场是属于教育辅助、习惯培养、个性养成等领域；脑机接口技术在如元宇宙等现代智能生活和教育娱乐的应用需求与日剧增，并具有较大的增长潜能 在我国老龄化趋势背景下，能应用于神经系统疾病治疗的脑机技术具有较大的潜在市场空间。从社会

53、层面看，我国将在未来逐步进入老龄化社会，将形成数量庞大的老年人群，而神经系统疾病患者多集中于老年群体，医疗领域的脑机应用或将在我国迎来可观发展空间。更加智能的生活方式有望带动脑机技术在智能生活和教育娱乐等新领域的发展。随着技术的发展、“智能化”已是社会生活方式的重要发展趋势。能提供更好人机交互体验的脑机技术在如元宇宙等新兴智能化生活方式中具有潜在应用空间。29诚信 责任 亲和 专业 创新请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）风险提示04 诚信 责任 亲和 专业 创新30请参阅附注免责声明脑机技术：人机交互的新通路数字科技前沿产业研究系列（一）风险提示04 脑机市场增长不及预期风险：目前脑机技术仍为完全成熟，全球脑机市场仍处于起步阶段、市场普及率较低。若未来技术进步不及预期，导致应用体验不佳、成本高昂最终导致脑机市场增长不及预期风险。伦理道德与法规风险：侵入式脑机和半侵入式脑机需要通过植入手术实现，存在一定的安全风险和伦理风险，同时在法律层面仍有大量空白尚未规范，侵入式脑机和半侵入式脑机的发展在未来存在伦理道德谴责和相关法规规范不及预期的风险。上游脑科学研究不及预期风险：脑机相关产业高度依赖上游科技发展，如脑机产业发展依赖于脑科学对人脑电波解码的研究，未来科学突破的不确定性可能会阻碍脑机产业的进一步发展。