脑机接口 蓝海市场已开启

段永利

近日，一位澳大利亚知名媒体人在其社交媒体上发帖称，其14岁的儿子因视网膜营养不良症导致一只眼睛近乎失明，另一只眼睛也到了法定的盲人标准。由于这种病十分罕见，他在网上寻求有类似情况的患者，或是研究这一领域的专业人士的帮助。脑机接口技术的日渐成熟与应用落地，将为这位患者带来“光亮”。

脑机接口技术应用场景丰富，市场空间广阔，是新一代信息技术产业发展的必然趋势之一。脑机接口技术正在全球范围内引发新一轮的科技竞赛。国内除了相关部委的政策支持外，地方政府也支持建设高水平实验室，还有社会资本的大力参与。

早在2020年12月，上海瑞金医院正式成立脑机接口及神经调控中心，该中心的第一个临床脑机接口研究项目——“难治性抑郁症脑机接口神经调控治疗临床研究”也正式启动，目前该研究已入组23位患者，术后患者抑郁症状平均改善超过60%，患者的生活质量也显著提高，研究团队在抑郁症的发病机制、神经环路和神经递质研究方面获得了重要发现。2022年1月，上海瑞金医院为一位患者做了脑机接口治疗抑郁症的手术，患者大脑里的电极上有16个触点，能精准刺激和情绪相关的神经核团。这只是一个微创手术。在患者的头部、胸部分别植入电极芯片，由右胸腔的脑起搏器供电，于电极末端放电，从而刺激大脑前端的神经核团上的靶点，以此改善患者的情绪，帮助治疗抑郁症。目前，患者的状态已经出现好转。

国产脑机接口技术实现突破，万亿市场汹涌。

脑机接口领域好消息频传，一个个脑机接口技术及应用成为现实。由天津大学牵头组建的海河实验室于2023年3月在天津滨海高新区成立，该实验室研发出了新一代脑电采集芯片。由脑机交互与人机共融海河实验室和中国电子信息产业集团联合研发的新一代8通道脑电采集国产芯片也在天津研发成功。该芯片可面向非侵入式脑机接口与多模态神经电生理装备，广泛应用于智慧医疗、航空航天、人机交互、游戏娱乐等场景，将打破这个核心部件主要依赖进口的局面；复旦大学、上海科技大学、天津大学联合团队实现了汉语言脑机接口新突破，从“意念”合成汉语声调语音。这一突破首次实现了汉语声调语言端到端的解码及语音合成，为未来“植入式汉语言脑机接口”提供了针对汉语声调独特性的解码分析方案，并提出了一种可被推广借鉴的深度学习框架，为最终实现汉语语言脑机接口奠定了理论和技术基础。

除了高校科研院所外，专注于脑机接口研发的创新企业也取得良好成效。比如，作为布局柔性脑机接口技术的科技公司——上海脑虎科技有限公司聚焦最具想象空间的侵入式脑机接口设备研发，并于2023年7月公布了最新植入体电极、手术机器人等多项新技术成果，推动了侵入式脑机接口商业化。在2022年12月，公司正式宣布完成数亿元人民币A轮融资。

技术升级落地应用有多远？

脑机接口技术的工作原理是将检测到的脑信号转化为机器可读的指令，进而实现对外部设备的控制。例如，通过脑机接口，瘫痪患者可以通过思维控制机械臂或轮椅，实现生活自理。

半个世纪以来，科学家们从未停止过对这项技术的探索，脑机接口的概念范畴不断延伸，与脑电信号采集、解码相关的电极、芯片、算法的研发也不断取得新的突破。

随着人工智能和机器智能技术的快速发展，基于脑电的脑机接口系统构建方案已相对完善。由人脑、脑机接口、外部设备直接参与的脑机交互过程逐渐转变为脑机接口研究的重点。但目前，基于在线闭环脑机接口的脑机交互研究仍面临诸多挑战。

一方面，由于脑机接口技术在临床上的应用是一个近年来才兴起的新场景，相关的政策法规仍不完善，脑机接口产品申请医疗器械证将是一个十分漫长的过程；另一方面，产品研发是一个“无底洞”，需要不断投入大量的资金，许多研究就卡在了资金支持上。

与此同时，技术上也面临挑战。比如，在脑机接口系统构成中，脑机交互体现在人脑和计算机算法间的交互学习和适应。大脑学习和机器学习的交互适应需要为脑电的个体差异和非平稳问题提供有效的解决方案；基于视听觉反馈和神经调控技术构建的双向闭环脑机接口系统需要具备更高的效率和可靠性；新型脑机混合智能需要兼具生物智能（感知、记忆、推理、学习）和机器智能（整合、搜索、计算）的优势。

脑机接口技术距离其应用落地还有多远？真正实现产业化落地之前，这项技术还面临着哪些困难和阻碍？脑机接口技术将如何影响未来的医疗健康场景？未来的主流是侵入式脑机接口还是非侵入式脑机接口？

就以上问题，来自上海交通大学、上海大学、东南大学、首都医科大学附属北京天坛医院等高校和医院的脑机接口技术的研究者们有各自的观点。

从脑机接口技术实现的功能与用途来看，脑机接口可以分为运动脑机接口和情感脑機接口两个类别。

运动脑机接口当前的研究主要集中在瘫痪患者的运动功能恢复。研究者利用数学算法从神经信号中估算出患者的运动意图，并使用解码结果来控制外部执行器（如假肢装置），并向患者提供感官和奖励反馈，从而创建一个闭环控制系统。上海大学人工智能与医工交叉研究中心主任杨帮华专注于基于运动想象的脑机接口研究，她介绍说，在神经系统疾病导致的运动功能障碍治疗中，当前常见的物理治疗手段大多为被动治疗方式，在患者康复的过程中，大脑并没有主动参与这一过程。

情感脑机接口的研究则集中在神经系统疾病和神经精神疾病上，通过调控情绪状态来恢复失去的情绪功能。在这个过程中，脑机接口技术需要实现的目标是调节大脑内部状态，而非控制外部执行器运动。其治疗方式是先解码情绪症状的状态，将状态作为反馈来决定何时以及如何对大脑做电刺激。情感脑机接口同样是一个闭环控制系统，大脑是执行器，外部电刺激是控制指令，控制内容则是由神经反馈和治疗目标决定。

作为情感脑机接口研究方向的代表人物，上海交通大学计算机科学与工程系教授、瑞金医院脑机接口及神经调控中心共同主任吕宝粮表示，不能忽视情感脑机接口的两个重要特点，一个是多模态信号特点，另一个是情感交互范式特点。他通过对实验数据的分析发现，眼动信号是一种非常好的情绪识别信号。如果单独使用脑电信号或眼动信号，其各自的识别率差不多在78%左右。但是，如果将这两种信号采用经典的集成学习融合起来，融合后三类情绪的识别率提升到了88%。

吕宝粮介绍说，脑深部电刺激疗法（DBS）最早应用于帕金森病的治疗，20%～30%的帕金森病患者同时出现了并发症——抑郁症。研究者发现，这一疗法对抑郁症的治疗也有一定的效果，于是DBS开始应用于难治性抑郁症的治疗。但是DBS脑起搏器原本是为帕金森病治疗设计的，要应用于难治性抑郁症的治疗需要在电极微型化和参数个性化等方面进行探索。

此外，情感脑机接口还有一个重要特点，即不同年龄、性别、职业和文化背景的患者，情绪的变化具有很大的差异性。因此在实验中就要考虑到这些因素，需要使用更加个性化的DBS刺激参数和范式，以提升疗效。

从脑机接口的信号采集方式来看，可分为侵入式与非侵入式两种。非侵入式是未来主流。

侵入式脑机接口是通过手术将电极阵列植入颅内，直接记录或刺激大脑神经元，以实现与外界的交流，采集到的信号更为精准，吕宝粮所做的DBS就属于侵入式脑机接口。由于这种信号采集方式需要对患者进行手术植入电极，存在手术风险和感染风险，在临床上往往只用于部分重症患者的治疗。

非侵入式脑机接口则是在头皮外部进行信号采集，信噪比较低但安全性更强。相比之下，非侵入式脑机接口的应用场景要广阔得多，除常规的康复、治疗场景外，还可以作为工具为医生提供帮助。

东南大学电仪控制学部主任、机器人传感与控制技术研究所所长宋爱国将脑机接口技术融入人机交互机器人的研究之中。相比纯粹的脑机交互研究，宋爱国的“脑机融合”研究多出了一个感知反馈的环节。一方面，利用脑机接口技术帮助使用者控制作为外部执行器的机器人；另一方面，又将利用机器人力触觉传感技术采集的信号反馈给大脑，形成闭环，实现脑机的高度融合。

这项技术与手术机器人的适配度较高，借助非侵入式的脑机接口设备与手术机器人，医生能够更精准地感知手术过程中患者的身体情况以及机器人手术过程的力触觉信息，提升手术的成功率。宋爱国指出，从技术难度、治疗风险、患者接受度等各方面考虑，非侵入式脑机接口会是未来的主流手段。

随着人工智能技术的快速发展，脑机接口与 ChatGPT 等智能大模型结合将为医疗和人工智能领域带来更多的创新和发展机遇。人工智能辅助的脑机接口、个性化的医疗应用、人机协作的工作模式、跨物种的交流和控制等有望成为未来趋势。吕宝粮指出，至于技术能否顺利落地，还受到患者观念、治愈率的提高和治疗技术稳定性、设备价格是否降低等因素的制约。

天坛医院神经外科主任医师何江弘从临床的角度分析，未来两条路线将会并行，采取哪种方式则取决于患者的具体情况更适合哪种采集方式。“当前国内脑机接口产品的成熟度距离落地应用还有很长的路要走，在成果转化上还存在一些问题。一方面，由于脑机接口在临床上的应用是一个近年来才兴起的新场景，相关的政策法规仍不完善；另一方面，产品研发是一个‘无底洞，需要不断投入大量的资金，许多研究就卡在了资金支持上。”

资本聚焦资金入局仍在观望

今年恰逢脑机接口概念提出50周年，也是技术商业化落地、产业化的关键一年。

研究机构Mckinsey的报告显示，预计2030年到2040年，脑机接口的市场规模将达到700亿美元至2000亿美元。到2040年，中国脑机接口行业综合市场规模有望超过1200亿元，直接市场规模（主要为设备）可能超过500亿元。其中，科研级市场增长约10倍，消费级市场增长将超过50倍，市场增长来源于使用场景拓展、设备本身消费以及附加产业的增长。

事实上，我国在2016年开始酝酿“脑计划”，2021年宣布正式启动，确定了“一体两翼”的发展战略，国家拨款经费预算近32亿元，各地方积极跟进鼓励行业发展。

在相关医疗市场方面，根据中国残联统计数据，我国现有肢体残疾2472万人，视觉障碍群体将近1800万人，听力残疾人数达2780万人。据不完全统计，我国老年人阿尔茨海默病患病率达6%，抑郁症和焦虑症的患病率接近7%，其他神经系统疾病患者也超过千万人，而且随着老龄化进程不断加快，患病人数还会快速增长。据中国信息通信研究院预测，神经重塑、神经替代、神经调控脑机接口技术将拥有数十万亿元人民币的市场空间。

国信证券研报显示，目前全球提供脑机接口产品和业务的公司有200余家，主要集中在美国和中国，谷歌、微软、 Facebook等科技巨头也开始布局开发底层技术。

在国内，资本市场一直对脑机接口板块保持着较高的关注度，目前已有20余家公司布局脑机接口领域，未来有望在医疗、教育、工业、娱乐等领域着陆。这标志着脑机接口技术开启了商业化进程，并吸引了投资者和企业的关注。

纵观国内脑机接口概念十大核心个股，三博脑科医院管理集团股份有限公司（简称“三博脑科”）在国内较早应用Rosa机器人技术辅助脑立体定向颅内电极植入、精准定位癫痫灶、介入手术等操作。三博脑科2023年上半年业绩预告显示，预计归母净利润为4117.72万元～4897.92万元，同比增长28.59%～52.96%。

再比如，浙江金科湯姆猫文化产业股份有限公司和杭州妞诺霄云大数据科技有限公司签署了战略合作协议，将在青少年身心健康领域、搭建脑电病理数据库及算法等脑机交互数字疗法上开展合作。

尽管脑机接口技术在医疗领域的应用已经取得阶段性成果，但仍有许多挑战需要应对。首先是技术挑战。脑机接口技术在信号质量、信号解读和实时性等方面仍存在挑战；其次是安全和隐私的挑战。脑机接口涉及个人的脑信号和隐私信息，需要确保数据的安全和隐私保护。同时，脑机接口也需要防止恶意攻击和滥用；最后是来自伦理和道德的挑战。例如脑机接口是否会影响人的自主性和自由意志等，需要制定相关的伦理和法律规范，确保技术的合理应用。

华兴资本医疗与生命科技事业部董事贾妍表示，脑机接口横跨医疗、人工智能、先进制造乃至消费等多个赛道。相对而言，2022年是脑机接口投融资比较活跃的年份，几家由明星PI创立的侵入式脑机接口公司都在市场中拿到了融资，知名财务投资机构也纷纷入局其中。但脑机接口尤其是侵入式脑机接口涉及植入电极、算法、芯片等多层面，从研发到落地，具体的应用场景周期很长，面对这样宏大而长期的图景，投资人也会去判断在一个投资期（5～7年）内技术和公司能不能跑得出来。出于避险心理，2023年投资人面对长期投资会比去年更谨慎一些。