1、 证券研究报告 2020 年 5 月 9 日 主题研究主题研究 前沿科技#1：脑机接口从科幻到现实 观点聚焦 投资建议投资建议 我们认为脑机接口是重要的前沿科技之一， 短期非侵入式接口与 AR/VR 等技术相 结合，可能成为键盘，鼠标，触摸屏之后下一代人机交互方式。长期来看，侵入 式接口能够准确的捕捉大脑各个部位发出的信号， 帮助伤残人士恢复对肢体的感 知。未来甚至可能出现像阿凡达，X-Men 等科幻电影中主人公那样通过脑机接口 实现和机器人结合，打造超级人类。目前海外脑机接口技术领先的公司有 NeuraLink，Kernel，BrainGate，CTRL-Labs 和 Neurable 等，

2、国内也能看到 BrainCo 和博睿康科技等创业公司以及浙大和北京脑科学与类脑研究中心等研究团队。 理由理由 非侵入式接口有望颠覆人机交互方式。非侵入式接口有望颠覆人机交互方式。人机交互方式从最初的键盘键盘+文字显示文字显示， 到 PC 时代的键盘键盘+鼠标鼠标+图形显示，图形显示，智能手机时代的触摸屏触摸屏，再到 VR/AR 时代利 用各种传感器捕捉手势及眼部活动完成交互。 脑机接口脑机接口直接捕捉大脑各部位产生 的电信号，将电信号处理后用于控制电子设备，具备信息种类多、反应速度快等 优势。被 Facebook 收购的 CTRL-Labs 已经实现了捕捉肌电信号与脑电信号结合， 并完成设备控

3、制。目前，CTRL-Labs 已经把该技术用于笔记本电脑控制，能够在 不作出任何动作的情况下实现基础的鼠标、键盘操作。在并入 Facebook 的虚拟 现实部门后，市场期望其能够把脑机接口技术与 Oculus VR 结合，优化用户体验 并减少 VR 所需活动空间。 此外， 非侵入式接口还能够对用户进行神经反馈训练， 强化某一频段脑电波达到增强反应目的。 该技术已经被美国军方用来训练士兵的 认知和决策能力1。未来如果能够将设备稳定性以及信号精准度等问题解决，我 们认为非侵入式接口有望成为下一代人机交互方式。 侵入式接口能够使伤残人士恢复感知， 有望打造超级人类。侵入式接口能够使伤残人士恢复感知，

4、 有望打造超级人类。通过手术将电极植入 大脑内部，实现高精准度信号监测，主要应用在医疗领域，能够帮助脊髓或四肢 损伤患者控制义肢。2019 年 7 月，Musk 宣布其成立的 NeuraLink 已经研发出一 套脑机接口解决方案，能够实现单个神经元监测，微创植入，提高信息传输带宽 等功能，优势是 1）减小创口面积，约为传统侵入式创口的 1/20；2）高带宽， 最多能够监测超过 10,000 个神经元， 是 Utah array 的 10 倍以上。 最终， NeuraLink 希望实现人脑与 AI 设备自由交互，不受带宽限制。此外，我们预计未来脑机接 口还有望被应用到更广阔的领域， 甚至有望将非

5、人类感知能力转变为人类感知能 力，比如对于超声波的感知能力，以及感知磁场等能力，真正实现“硅基生物” 和“碳基生物”融合，打造超强人类，让人脑进一步延伸发展。 中国脑机接口企业现状：中国脑机接口企业现状： 国内在侵入式脑机接口较为领先的研究机构包括浙江大 学和北京脑科学与类脑研究中心的团队。其中，2020 年初，浙江大学附属医院 完成了国内首例 Utah array 电极植入，帮助病人实现日常生活行动。另一方面， 国内公司在非侵入式接口研究较为成熟， 其中， BrainCo 的专注力头环产品在 2017 年已经正式上市，并且已在全球多个国家推广。博睿康科技在 2017 年推出数字 脑电图机和事

6、件相关电位系统等设备，实现了脑电采集及分析等功能。 风险风险 侵入式接口安全风险较高；脑机接口仍处于初创阶段，发展或不及预期。 黄乐平黄乐平 分析员 SAC 执证编号：S0080518070001 SFC CE Ref：AUZ066 1 中金公司研究部：中金公司研究部：2020 年年 5 月月 9 日日 2 目录目录 脑机接口：脑信号完成机器控制，重新定义人机交互方式脑机接口：脑信号完成机器控制，重新定义人机交互方式 . 4 什么是脑机接口？ . 4 脑机接口分为侵入式和非侵入式 . 5 脑科学研究可以追溯到 1924 年，近期逐步开启商业化发展 . 6 脑机接口有望成为键盘，鼠标，触摸屏以后

7、下一代人机交互方式 . 7 脑机接口应用：侵入式接口多用于医疗领域，脑机接口应用：侵入式接口多用于医疗领域，EEG+EMG 提升非侵入接口操作精准度推动应用多元发展提升非侵入接口操作精准度推动应用多元发展 . 9 应用场景#1：医疗方面的运动辅助及义肢控制 . 9 应用场景#2：通过神经反馈训练强化大脑反应 . 10 应用场景#3：借助 EEG 捕捉事件相关电波，完成沟通 . 11 主要公司介绍：玩家逐步进场，多领域同步发展主要公司介绍：玩家逐步进场，多领域同步发展. 12 NeuraLink：提升脑机接口带宽减小创口面积，实现超精准感知 . 13 BrainCo & BrainRobotic

8、s：已具备成熟 C 端产品，逐步开拓用户市场 . 14 CTRL-Labs（已被 Facebook 收购） ：通过手环捕捉肌电信号完成交互，有望在 VR 搭载 . 15 g.tec：脑机接口软、硬件及整体解决方案供应商 . 16 Neurable：借助脑机接口优化 VRAR 人机交互方式，推动虚拟现实加速渗透 . 17 中国企业的发展机会 . 17 附录：脑机接口技术原理详解及近期重要论文追踪附录：脑机接口技术原理详解及近期重要论文追踪 . 18 脑机接口技术原理及相关交叉学科 . 18 近期论文：侵入式脑机接口帮助脊髓损伤患者恢复触觉 . 19 图表图表 图表 1: 脑机接口原理示意图 .

9、4 图表 2: 科幻电影里的脑机接口 . 5 图表 3: 脑机接口发展历史 . 6 图表 4: 人机交互发展路径 . 7 图表 5: 全球脑机接口市场规模预测 . 8 图表 6: 2019 年脑机接口应用方向 . 8 图表 7: 脑机接口“摩尔定律” . 8 图表 8: 脑机接口各应用发展及市场规模（气泡代表 2025 年市场规模） . 8 图表 9: BCI 协助运动辅助/恢复原理 . 9 图表 10: BCI 机器设备协助恢复上肢运动功能 . 9 图表 11: BCI 义肢控制原理 . 10 图表 12: 国内首例侵入式脑机接口临床实验 . 10 图表 13: BCI 辅助神经功能治疗与调

10、节 . 10 图表 14: 美国 DARPA 运用脑机接口进行军事化测试 . 10 图表 15: P300 拼写器的字符矩阵 . 11 图表 16: P300 沟通原理 . 11 图表 17: 通过捕捉 P3 信号实现字母输出 . 11 图表 18: 国外 BCI 公司基本信息（2019） . 12 图表 19: 国内 BCI 公司基本信息（2019） . 13 图表 20: NeuraLink 植入方式示意图 . 13 图表 21: BrainCo 发展历程 . 14 图表 22: BrainRobotics 智能肌电义肢 . 14 图表 23: BrainCo 主要产品，赋思头环 Focu

11、s . 14 mNrOoOsOrMpRtRnMyQqRmP7NdN7NoMmMoMrReRqQnQiNrQqQbRpPvNxNqMqRuOnNmQ 中金公司研究部：中金公司研究部：2020 年年 5 月月 9 日日 3 图表 24: Focus 软硬件特点 . 14 图表 25: Ctrl-labs 腕带展开图. 15 图表 26: Ctrl-labs 腕带操作 Chrome“跳跃的恐龙”游戏 . 15 图表 27: Ctrl-labs 腕带产品 . 15 图表 28: g.tech 主要产品 . 16 图表 29: g.tec 设备主要应用方向 . 16 图表 30: Neurable VR

12、 产品特点 . 17 图表 31: Neurable 产品使用 . 17 图表 32: 脑电信号获取横截面图 . 18 图表 33: 大脑不同区域控制四肢及器官 . 18 图表 34: 脑机接口数据采集原理（以运动想象为例） . 18 图表 35: 脑机接口与各个学科交叉领域 . 19 图表 36: 脑机接口帮助患者恢复触觉 . 19 中金公司研究部：中金公司研究部：2020 年年 5 月月 9 日日 4 脑机接口：脑信号完成机器控制，重新定义人机交互方式 什么是脑机接口什么是脑机接口？ 脑机接口（Brain computer interface，BCI）是在人脑与计算机或其它电子设备之间建立

13、的 直接交流和控制通道。通过这种通道，用户可以直接通过大脑思想来表达想法或操纵设 备，而不需要语言或动作。脑机接口实现可以分为四步：脑电采集-信号获取及处理- 信号输出（执行）反馈。 脑电采集：脑电采集：脑电采集是 BCI 的关键步骤，采集的效果、信号强弱、稳定性及带宽大 小直接决定后续的处理及输出。采集方式是通过不同类型的接口将大脑活动产生的 电波采集并转换为电信号，传输至电脑。 信号获取及处理：信号获取及处理：信号处理是将转化为电信号的大脑活动，去除干扰电波以及其他 信号，并将目标分类并处理，转化为可以执行输出的对应信号。 信号输出信号输出/执行：执行： 信号输出是指将收集并处理后的脑电波

14、信号传输至已连接的设备器 材，执行目标动作或显示目标内容等。 反馈：反馈：在信号执行后，设备会产生动作或显示内容，参与者将通过视觉、触觉或听 觉感受到第一步产生的脑电波已被执行，并触发反馈信号。 图表1: 脑机接口原理示意图 资料来源：中金公司研究部 信号处理信号处理 特征提取特征提取分类判断分类判断 运动辅助运动辅助/ /替代替代 沟通互动沟通互动 娱乐娱乐/ /游戏控制游戏控制 脑电采集脑电采集 触发反馈信号触发反馈信号 信号获取信号获取 信号输出信号输出/ /执行执行 2 1 34 5 6 Brain Computer Interface 中金公司研究部：中金公司研究部：2020 年年

15、5 月月 9 日日 5 脑机接口分为侵入脑机接口分为侵入式式和非侵入式和非侵入式 BCI 根据脑电信号获取的方式，可分为非侵入式和侵入式。非侵入式接口是 ToC 端发展方 向，优点在于只需要通过相关设备对大脑皮层的表面信号进行分析，能够直接进行采集 和处理信号不需要外科手术的介入。侵入式主要应用在医疗及康复领域，优点在于可以 精准监测脑电波信号，多用于义肢器械操作。 科幻电影中科幻电影中多次出现多次出现脑机接口脑机接口，引起，引起观众遐想观众遐想。在 1999 年上映的黑客帝国黑客帝国电影中， “矩阵”通过侵入式脑机接口和大脑神经连接，人类感受到视觉、听觉、嗅觉、味觉等 讯号，以此囚禁人类的心

16、灵。在X-men中，X 教授通过“脑波强化机”能够将脑电波 放大，与任何人实现连接。在阿凡达阿凡达电影中，主角通过 EEG 和 EMG 结合，能够控制 纳威人的身体，在潘多拉星球上行动。 图表2: 科幻电影里的脑机接口 资料来源：ResearchGate，KenResearch，中金公司研究部 侵入式：精准捕捉脑电波，但手术创口较大，风险性高 侵入式接口通过手术等方式将电极直接植入到大脑内部，优点在于能够获得高质量的脑 电信号，但却存在较高的安全风险和手术及接口零部件成本。此外，由于脑部出现异物 侵入，可能会引发人体自身免疫系统反应和愈伤组织干扰已植入的电极，导致信号质量 衰退甚至是消失，并且

17、手术伤口也容易出现难以愈合的情况及炎症。 技术进步推动侵入式技术进步推动侵入式接口接口实现应用实现应用，NeuraLink 突破突破 MEA 带宽极限带宽极限。在 1977 年 Gross 首次应用 MEA(Microelectrode array)，但受限于当时的技术并不发达，脑部手术创 口约 2mm2且脑部能够植入的 MEA 数量也在 10 个左右。随着技术进步，创口逐渐缩小 脑机接口脑机接口 侵入侵入式式接口接口非侵入式接口非侵入式接口 黑客帝国黑客帝国阿凡达阿凡达X-men Micro wireMichigan arrayUtah arrayEMG/EEG 主主 要要 公公 司司 中金

18、公司研究部：中金公司研究部：2020 年年 5 月月 9 日日 6 且能够植入的 MEA 数量迅速增长。NeuraLink 在 19 年宣布可以实现宽度在 4-6 微米的微 创 MEA，并且在脑部中可以植入超过 10000 根，能够捕捉大量脑电信号。 非侵入式：无创接口，但感知精确度较低 非侵入式接口是只需通过在大脑头皮使用特殊设备获取脑电波信号并进行解读，无需通 过创口将电极植入大脑。非侵入式接口虽然避免了手术风险及部分硬件成本，但是由于 颅骨对于大脑信号会产生隔离或衰减。此外，颅骨会对神经元发出的电波造成分散和模 糊，使得外部设备捕捉到的信号和清晰度较低。颅骨信号干扰导致设备难以确定信号源

19、 的对应脑区以及相关的具体神经元位置。现阶段非侵入式接口方式主要有 EEG 和 fMRI。 脑科学研究脑科学研究可以追溯到可以追溯到 1924 年，年，近期近期逐步逐步开启开启商业化商业化发展发展 脑科学研究是人类探索自身的研究过程脑科学研究是人类探索自身的研究过程，大致可分为三个阶段。，大致可分为三个阶段。1）脑结构理解：）脑结构理解：在 1924 年 Hansberger 发明了 EEG 脑电捕捉设备，实现了首次人类大脑电波获取，并在之后的几 年尝试控制大脑信号并提出了脑机接口的概念；2）脑部信息读取：）脑部信息读取：21 世纪初，BrainGate 首次尝试了侵入式脑机接口并且有较为成功

20、的效果，可以帮助患者控制机械做出简单动 作； 3） 商业化落地：） 商业化落地： 随着科技硬件逐步成熟， 脑机接口应用逐步多元， BrainCo、 NeuraLink 等公司发布商业化产品。此外，Facebook 也在 2019 年收购了 CTRL-Labs 进入脑机接口领 域，我们预计未来有望与 Oculus VR 结合，优化用户体验。 图表3: 脑机接口发展历史 资料来源：Journal of Neurology，ISHN，BrainGate，BrainCo，NeuraLink，浙江大学，中金公司研究部 Hansberger发现脑 电波并发明EEG 脑机接口的开端：脑机接口的开端： Wyr

21、wicka和Sterman首次 进行控制大脑信号尝试 Jacques Vidal 首首 次提出次提出BCI概念概念 Guenter Gross首次应 用侵入式脑机接口 1996 Philip Kennedys首 次植入神经电极 2003 BrainGate展示首次 侵入式脑机接口 2006 BrainGate完成首个大脑运 动皮层侵入式接口手术 脑脑 结结 构构 理理 解解 2013 微创脑机微创脑机接口接口并 采用局部场电位 2018 BrainRobotics义肢 帮助残疾人控制 假肢与郎朗合奏 脑脑 信信 息息 读读 取取 2019 Musk宣布NeutraLink发 布完整侵入式接口方

22、案 Facebook以5-10亿美金 收购CTRL-Labs 2020 浙江大学完成国 内首例植入式脑 机接口临床研究 商商 用用 化化 发发 展展 31977 2017 BrainCo专注力头 环产品发布，面 向C端客户 中金公司研究部：中金公司研究部：2020 年年 5 月月 9 日日 7 脑机接口有望成为脑机接口有望成为键盘键盘，鼠标，鼠标，触摸屏以后下一代触摸屏以后下一代人机交互方式人机交互方式 人机交互方式从按键、屏幕触控、语音助手、手势识别、眼部追踪不断发展，持续创新 推动人机交互方式更加便捷、智能。在各种感官均已在交互中占有一席之地之后，脑机 接口将脑电波作

23、为人机交互的新方式。我们认为，脑机接口将重新定义人机交互方式我们认为，脑机接口将重新定义人机交互方式， 主要体现在主要体现在 1）高带宽高带宽；2）反应速度反应速度；3）扩大用户范围及应用场景扩大用户范围及应用场景。 图表4: 人机交互发展路径 注：假设脑机接口在2025年能够监测200个电极位置； 资料来源：Columbia University，RATATYPE，2019年世界机器人大会，中金公司研究部 未来多应用领域发展，市场规模快速增长 根据 Statista 数据，2018 年全球脑机接口规模约为 1.25 亿美元，2025 年有望增长至 2.83 亿美元，2018-25 年 CAG

24、R 为 12%。此外，GV Research 统计，2019 年医疗仍为脑机接口 主要应用方向， 占比 45%。 军事应用占比为 20%， 主因美国国防部高级研究计划局 （DARPA） 对脑机接口投入较大，并且该技术已经被美国军方用来训练士兵的认知和决策能力。 Punch card, 70 Windows, 1000 键盘键盘, 1200 触摸触摸屏屏, 1600 语音语音助手助手, 5000 AI助手助手,104 脑机脑机接口接口,106(*) 电脑时代电脑时代 手机时代手机时代 VR/AR 交交 互互 带带 宽宽 5E2007 Bits/min 中金公司研究部：中金公

25、司研究部：2020 年年 5 月月 9 日日 8 图表5: 全球脑机接口市场规模预测 图表6: 2019年脑机接口应用方向 资料来源：statista，中金公司研究部 资料来源：Grand View Research，中金公司研究部 根据 MIT 计算， 脑机接口目前以平均 7.4 年的时间能够将可同时记录的神经元数量翻倍。 如果想要实现同时记录 100 万个神经元，则大约要等到 2100 年。但我们认为，脑机接口 根据应用领域不同，需要记录的神经元数量及脑部位置各不相同，记录部分神经元即可 实现脑机接口功能。此外，非侵入式接口可与肌电、眼电等信号组合分析，提升精确度。 图表7: 脑机接口“摩

26、尔定律” 图表8: 脑机接口各应用发展及市场规模（气泡代表2025年市场规模） 资料来源：MIT Technology Review，中金公司研究部 资料来源：BNCI Horizon 2020，中金公司研究部 0 50 100 150 200 250 300 20182025E (US$ mn) 45% 20% 35% 医疗 军事 其他 (Year) 01234567 通信控制通信控制医疗健康医疗健康智能家居智能家居安全保障安全保障娱乐娱乐科研科研 发发 展展 速速 度度 快快 慢慢 中金公司研究部：中金公司研究部：2020 年年 5 月月 9 日日 9 脑机接口应用：侵入式接口多用于医疗领域，EEG+EMG 提 升非侵入接口操作精准度推动应用多元发展 应用场景应用场景#1：医疗方面的运动辅助及义肢控制：医疗方面的运动辅助及义肢控制 运动神经受损导致运动神经受损导致日常日常动作动作无法执行无法执行，脑机接口重新恢复神经回路脑机接口重新恢复神经回路。由于脊髓损伤、肌 萎缩侧硬化或脑干中风，病人的“大脑-肌肉”神经通路被损坏，导致肌肉无法完成神经 指令。借助脑机接口搭建外部“神经通路” ，病人能够直接控制设备辅助完成意向动作。 结合脑电信号与肌电信号，结合脑电信号与肌电信号，