基于文献计量和专利分析的中美脑机接口领域技术竞争态势比较研究

于贵芳，王海芸，李骁健，苏 涛

（1.北京市科学技术研究院，北京 100089；2.中国科学院深圳先进技术研究院，广东深圳 518055；3.深圳微灵医疗科技有限公司，广东深圳 518055）

0 引言

伴随新一轮科技革命和产业变革的加速演进，脑机接口技术作为脑科学和类脑智能的交叉融合，已成为以美国为主要代表的发达国家科技战略重点和布局的未来产业领域之一，全球脑机接口技术发展进入技术和产业爆发期［1］。脑机接口技术的广阔应用前景，促使世界主要科技大国在脑机接口领域加速设立技术壁垒，如美国商务部2018 年发布《出口管制改革法案》，禁止包括脑机接口技术在内的14 项技术对中国输出。“十四五”时期，国内长三角、珠三角以及北京、天津、陕西等地也纷纷聚焦脑机接口出台了一系列相关政策，着手创新链和产业链的布局，国内外关于脑机接口技术的竞争已经展开。通过比较分析中国与美国在脑机接口领域的技术竞争态势，对于中国进一步明确脑机接口技术未来发展方向将具有重要启示意义。

目前，关于脑机接口领域的研究主要聚焦在3个方面：一是关于脑机接口技术基本原理的研究。如完整脑机接口系统的组成［2］、不同类型脑机接口技术的基本原理等［3］。二是关于脑机接口技术应用的研究。脑机接口技术不仅广泛应用于医疗领域［4］，在教育、军事、金融、娱乐、智能家居等方面均具有应用前景［5］。三是关于脑机接口技术发展现状与趋势的研究。如侵入式和非侵入式脑机接口技术的关键问题［6］、脑机接口领域未来研究前沿与趋势等［7］。概括而言，已有相关研究着力从全球范围来看脑机接口技术发展的整体现状和趋势，缺乏针对地区之间脑机接口技术竞争态势开展比较研究。

脑机接口及相关的智能技术正在重塑未来科技和社会格局，不论是脑机接口技术本身，还是其转化应用，我国都与美国存在较大差距。本研究尝试通过脑机接口领域的文献计量和专利分析，对中美脑机接口技术竞争态势从多个维度展开深入比较分析，为我国进一步提升脑机接口技术的整体竞争力提供参考。基于中美两国开展脑机接口领域技术竞争态势比较研究具有理论和现实双重意义和价值，在理论层面，本研究弥补了当前针对国家和地区之间脑机接口技术竞争态势比较研究的不足，为开展技术竞争态势比较研究提供了一个中观视角；在实践层面，本研究的研究结论将为我国各地促进脑机接口等未来产业发展提供思路借鉴。

1 文献回顾与分析框架

1.1 技术竞争态势相关研究

通过技术竞争态势的分析研究，呈现某一特定领域投入研究的主要区域、创新主体和热点主题等，将对于该领域产业政策的制定具有一定的借鉴和启示意义［8］。目前，已有关于技术竞争态势的研究，学者通常聚焦特定技术领域，基于专利数据或文献数据展开。

梳理已有相关文献发现，大多学者基于专利数据进行技术竞争态势的分析研究。学者基于不同的专利数据平台开展了技术竞争态势的相关研究。如郑思佳等［9］和黄裕荣等［10］均是基于汤森路透集团提供的专利信息平台，高楠等［11］、刘星等［12］、张贝贝等［13］、武建龙等［14］则采用了德温特创新索引数据库分别针对具体技术的竞争态势进行了分析，崔继峰等［15］开展的技术竞争态势分析数据来源于中国国家知识产权局专利数据库，张军玲等［16］考虑到incoPat 专利数据库收录的数据较为全面且更新周期短，从而应用incoPat 专利数据对技术竞争态势和技术瓶颈进行了探讨。技术竞争态势的分析可以采用不同的方法，如郑思佳等［9］创新性地引入t-SNE算法绘制关键核心技术原创国竞争态势图谱，并通过构建技术差距指数定量评估关键核心技术竞争态势。韩震等［17］通过代码共现方法对技术领域的整体发展趋势及竞争态势进行解读。学者们通过技术竞争态势分析所关注的角度也有所不同，如高楠等［11］、武建龙等［14］均旨在把握某一技术领域在热点研究主题上的竞争态势，张军玲等［16］重在分析技术竞争中创新主体的表现情况，李欣等［18］从专利布局策略的角度对战略性新兴产业的研发竞争态势进行了研究，黄鲁成等［19］则侧重揭示不同区域的技术竞争策略和创新模式。

同时，也有的学者基于论文数据开展了某一领域技术竞争态势的分析与研究。如刘久煜等［20］以万方数据知识服务平台和Web of Science 为数据来源，采用文献计量学方法，分析了国内外脑机接口技术的研究趋势、研究现状以及发展差距。李欣等［18］则综合运用文献计量和专利分析两种方法，聚焦OLED 产业，分析了全球和中国的基础研究和技术开发竞争态势。

综合已有相关文献发现，近年来关于技术竞争态势比较的研究主要基于专利分析展开，聚焦在光刻［14］、区块链［12，16］、极化码［8］、人工智能［11］、电动汽车［10］、半导体照明［15］、芯片制造［13］、显示产业等高技术领域［18］，针对脑机接口领域展开技术竞争态势比较分析尚较为不足。一般而言，专利仅反映了某一地区特定技术领域的应用研究情况［21］。为保证技术竞争态势分析的全面性，本研究借鉴李欣等［18］的研究方法，综合应用论文和专利两类数据资源，同时关注脑机接口的基础研究和应用研究情况，对中美脑机接口领域的技术竞争态势进行较为深入、全面的刻画和比较。

1.2 分析框架

本研究基于论文和专利两种数据，通过两条技术路线，建立脑机接口领域技术竞争态势比较分析的基本框架。第一条技术路线，为了使得本研究对于制定和优化脑机接口技术研发投入政策更具参考价值，通过对国内外已发表学术论文进行计量分析，从资助视角出发，比较分析当前脑机接口领域的主要资助主体、资助细分领域等情况，揭示脑机接口技术的基础研发态势［22］。第二条技术路线，通过专利分析从核心技术主题、专利布局特征、创新主体类型等多个维度，比较分析脑机接口领域的技术开发情况。基于两条技术路线，本研究建立了如图1 所示的分析框架。

图1 中美脑机接口技术竞争态势比较分析框架

2 技术领域与数据来源

2.1 脑机接口技术概述

脑机接口是一个硬件和软件的集成系统，通过使用脑电和植入式电极采集的神经电信号生成的控制信号，使人类能够在不涉及肌肉活动的情况下，与他们周围的环境进行交互，脑机接口创建了一个新的非肌肉通道，用于将人的意念传递给计算机、语音合成器、辅助设备和神经假肢等外部设备［23］，或者把外部设备的信息直接输入到大脑，从而极大地缩短人类学习新知识和新技能的过程［24］。

一个完整且普遍的脑机接口系统主要包括信号采集、信号处理、交互控制和反馈训练4 个部分。信号采集模块主要包括采集电极、信号放大、模数转换和信号传输等；信号处理模块包括信号预处理、特征提取与模式识别等；交互控制则是将不同的脑电特征转换成控制指令，实现对外部设备的控制；反馈训练是通过训练大脑对外部设备的控制，使相关神经网络进行重塑，建立新的脑控功能。

根据脑电信号收集位置的不同，脑机接口技术实现的方式可以划分为三类［25］。一是非侵入式技术。该方法透过头盖骨和头皮组织接受脑电信号，操作相对简单，但通常无法收集到脑电信号的细节；二是半侵入式技术。该技术需要将装置植入颅骨内部的脑膜与大脑皮层之间，被认为是可长期使用的实现脑机接口技术的更好选择；三是侵入式技术。该技术是指将微电极植入大脑皮层的特定部位，用于采集和监测脑内特定功能区域的信号，该方法具有高精度、高分辨率的优势，但可能因将探针植入灰质等操作带来安全和伦理风险。同时，随着时间的推移，电极植入区域及周围易形成瘢痕组织的积聚，导致采集到的信号变弱，甚至可能采集不到信号。

2.2 数据来源

论文数据来源于Web of Science、InCites、中国知网。其中，英文论文以Web of Science 和InCites 为数据源，检索关键词为“brain-computer interface” OR “brain-machine interface”，不设置检索起始日期，截止日期为2022 年5 月4 日，在SCIE 和SSCI 数据库中检索得到英文论文7 077 篇。中文论文以中国知网为数据源，检索关键词为“脑机接口”，不设置检索起始日期，截止日期为2022年5 月5 日，检索得到中文论文1 058 篇。

专利数据来源于INCOPAT 数据库。以中美获批的发明专利申请和授权发明专利作为分析对象。专利检索关键词为“脑机接口”or “brain computer interface” or “brain machine interface” or “direct brain interface” or “direct neural interface” or “mind machine interface” or “neural control interface”，专利类型限定为发明申请和发明授权，检索日期为2022 年4 月15 日，申请人国别限定为中国和美国，共检索得到中国发明专利1 273 项，美国发明专利538 项。

3 基于论文的中美脑机接口技术竞争态势分析

本文从政府资助视角切入，基于国内外发表的学术论文进行计量分析，揭示中美脑机接口技术研发在主要资助机构、资助学科方向和资助领域等方面的差异，对中美两国脑机接口技术的基础研究竞争态势进行比较。

3.1 中美资助脑机接口技术基础研究的主要机构

我国资助脑机接口技术基础研究的主要是中国国家自然科学基金委员会和各省市的自然科学基金委员会等机构（见表1）。以中国知网为数据源，检索得到的1 058 篇文献中，有781 篇得到基金资助，获得国家自然科学基金资助的文献数为475 篇，占检索得到文献数的44.9%。获得各省市自然科学基金资助的文献比例是15%，排在前十位的有河北省自然科学基金和浙江省自然科学基金。同时，还有超过10%的研究获得了国家高技术研究发展计划（863 计划）、国家重点研发计划、国家社会科学基金、国家科技支撑计划的支持。其余资助机构则主要是各省市的自然科学基金委员会。

表1 中国资助脑机接口技术基础研究的主要机构

美国资助脑机接口技术基础研究的机构则更加多元（见表2），也更为注重面向应用的脑机接口技术基础研发。以Web of Science 和InCites 平台为数据源，共检索得到SCIE 和SSCI 论文7 077 篇，其中3 816 篇获得基金资助，占比53.92%。其中，获得美国国立卫生研究院及其所属机构（国家神经疾病研究所、国家生物医学成像生物工程研究所、国立儿童健康与人类发育研究所、美国国家沟通障碍研究所等）资助的论文数为1 791 篇，占比达到46.9%。美国卫生人类服务部资助的论文为886 篇，占比为12.52%。此外，美国国家科学基金会、美国国防部、美国国防高级研究计划局等机构也贡献了近10%的资助比例。

表2 美国资助脑机接口技术基础研究的主要机构

3.2 中美资助脑机接口技术基础研究的学科方向

脑机接口技术基础研究的资助学科方向主要聚焦在神经科学与行为领域，其次为工程领域。本研究重点关注了中国国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费，以及美国卫生人类服务部、美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会、美国国防部等资助来源，对中美脑机接口技术基础研究的资助学科方向进行比较。

来自中国国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费资助的脑机接口论文主要为神经科学与行为领域（见图2 和图3），总被引频次最高的论文则主要在工程学科领域。可见，中国的相关资助机构较为注重引导学者针对脑机接口技术的底层原理展开研究，但面向工程化应用的脑机接口技术基础研究更受研究者关注。

图2 中国国家自然科学基金委资助学科领域

图3 中央高校基本科研业务费资助学科领域

美国卫生人类服务部、美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会、美国国防部等机构也非常注重对神经科学与行为学科领域的脑机接口技术研究的支持，且9 个美国机构均有50%以上的资助经费投入到了神经科学与行为领域（见图4）。根据美国卫生人类服务部和美国国立卫生研究院及其下属机构作为脑机接口领域主要资助机构的特征，可以发现美国尤为重视通过脑机接口技术揭示生物学机制，以促进脑机接口技术在生物医学领域中的应用。

图4 美国主要机构对神经科学与行为学科领域脑机接口技术基础研究的资助比例

3.3 中美资助脑机接口技术基础研究的研究主题

为深入了解中美脑机接口技术资助的主要研究主题，本部分内容应用VOSviewer 软件基于SCI 论文关键词的共现关系进行聚类，以分析各研究主题的布局情况。考虑到相关机构所资助论文的数量及其在本国的重要程度，选取了中国国家自然科学基金委员会，美国国立卫生研究院和美国国家科学基金会3 个机构，对中美两国所资助的脑机接口技术基础研究的重点主题进行比较。

（1）中国资助脑机接口技术基础研究的重点主题。应用VOSviewer 软件对中国国家自然科学基金委员会资助的1067 篇SCI 论文构建共词分析网络，据此可将其资助文献的研究主题分为脑电信号提取及模式分析、脑电信号特征分类和电脑信号解码及应用三类（见表3）。其中，脑电信号提取及模式分析主题，主要涉及诱发脑电的方式、脑电信号的提取和信息识别等；脑电信号特征分类主题，主要涉及脑电信号的特征分类及各种分类方法的优化和使用；脑电信号解码及应用主题，主要涉及脑电信号解码的方法及其在部分疾病治疗中的应用。

表3 中国国家自然科学基金委员会资助脑机接口技术基础研究的重点主题

（2）美国资助脑机接口技术基础研究的重点主题。美国国立卫生研究院资助脑机接口技术基础研究的重点主题。基于美国国立卫生研究院资助的883篇SCI 论文，使用VOSVIEWER 软件构建共词分析网络，据此可将其资助论文的研究主题分为面向神经系统疾病的诊断与治疗、运动神经假体的临床应用和脑机接口在神经损伤康复中的应用三类（见表4）。其中，面向神经系统疾病的诊断与治疗主题，主要涉及神经系统疾病患者的电位诱发及治疗诊断等；运动神经假体的临床应用主题，主要涉及如何运用神经假体解决当前的一些神经疾病；脑机接口在神经损伤康复中的应用主题，主要涉及各种脑机接口技术在神经损伤类疾病中的治疗。

美国国家科学基金会资助脑机接口技术基础研究的重点主题。基于美国国家科学基金会资助的342篇SCI 论文，使用VOSVIEWER 构建共词分析网络，据此可将其资助文献的研究主题分为脑机接口信号提取与分类、面向运动想象的脑机接口技术应用和脑机接口应用的底层原理研究三类（见表5）。其中，脑机接口信号提取与分类主题，主要涉及脑机接口信号提取的方法及其性能的研究；面向运动想象的脑机接口技术应用主题，主要涉及如何通过脑机接口技术实现面向运动想象的神经控制；脑机接口应用的底层原理研究主题，较多涉及到关于神经元、动力学、模型、算法等脑机接口底层实现的内容。

基于以上分析可以发现，中国资助脑机接口领域基础研究的机构主要是国家自然科学基金委员会，美国的资助机构则更加多元化，由此也导致中国更为侧重引导对脑机接口底层实现功能和方法等开展研究，聚焦于脑电信号的提取、分类方法的优化，以及脑电信号的解码等技术领域，美国则在注重开展脑机接口技术应用底层原理研究的同时，还尤为重视开展脑机接口技术在疾病诊断、治疗与康复等医学领域之中应用的基础研究。

4 基于专利的中美脑机接口技术基础研究竞争态势分析

本部分内容的目标在于应用专利计量方法对中美脑机接口技术在应用开发环节的竞争态势进行比较分析，重点围绕各自侧重的研究主题、创新主体类型和专利布局策略3 个方面展开。

4.1 中美脑机接口技术应用开发的重点主题

从发明专利总量来看，中国在脑机接口技术领域的专利量为1 273 项，大幅度领先于美国的658 项。应用基于概率模型计算的主题分析算法LDA（Latent Dirichlet allocation）模型，分别对中美两国各自脑机接口领域发明专利的技术主题进行聚类，通过VOSviewer 软件对各主题内及主题词间的共现关系进行可视化展示，两国的脑机接口技术开发均主要聚焦五大主题，分别是多场景应用脑机接口设备、系统与方法，脑机接口优化设计与信号分类，多模态与感官分析的脑机接口设备与方法，辅助控制与认知识别的装置、系统与方法，以及脑机接口与编解码的装置、系统与方法。基于聚类结果，不同技术主题下中国和美国的脑机接口技术的发明专利数量及占比情况如表6 所示。

表6 不同技术主题下中美脑机接口发明专利数量及占比情况 单位：件

鉴于中美两国推行的专利政策不同，从各技术主题专利数占总量的比重来分析更有必要。从各技术主题专利数量占比来看，中国脑机接口技术开发主要围绕脑机接口优化设计与信号分类和脑机接口与编解码的装置、系统与方法两个领域，表明我国在脑机接口技术优化设计和数据编解码方向更具优势；美国则在多场景应用脑机接口设备、系统与方法，多模态与感官分析的脑机接口设备与方法，以及辅助控制与认知识别的装置、系统与方法3 个技术主题上进行了更多的专利布局，表明美国在多场景应用、感官分析和认知识别等技术主题更为领先，侧重于脑机接口方法和装置的控制应用。可见，我国专利总量虽高于美国，在技术优化方面也拥有较大优势，但在实际辅助控制和转化应用等方面还有待加强。

4.2 中美脑机接口技术应用开发的主要创新主体

针对不同技术主题具体来看中美脑机接口技术涉及的创新主体情况：

（1）多场景脑机接口传感与控制的设备、系统与方法技术主题。中国在该技术主题下的发明专利最少，申请人主要包括清华大学、北京理工大学、苏州大学、天津大学、东南大学等高校，三星半导体（中国）研究开发有限公司、江苏贝泰福医疗科技有限公司、苏州神经元电子科技有限公司、南京市梦栖梧科技有限公司等企业，主要聚焦脑机接口技术在车辆传感与控制、色觉和视觉识别等领域的应用。美国在该技术主题下的发明专利数量是中国的近6 倍，申请人主要包括唤起神经科学、美国华纳兄弟娱乐公司、Cognixion、福特全球技术公司、Patroness、美国陆军研究实验室有限公司等企业，以及约翰霍普金斯大学、斯坦福大学等高校，主要聚焦在车辆、医学、生物、神经假肢、内容等领域的传感与控制设备的开发。

（2）脑机接口优化设计与信号分类技术主题。中国在该领域的发明专利数量大幅领先美国，是美国的25 倍，申请人Top10 均为高校，包括天津大学、杭州电子科技大学、北京工业大学、西安交通大学、华南理工大学、华中科技大学、浙江大学、电子科技大学等，主要聚焦脑电信号分类方法和脑机接口优化设计的开发。美国在该技术主题下仅19 件发明专利，且TOP10 发明人中有9 位为来自休斯顿大学、马里兰大学、斯坦福大学的教授，主要聚焦脑机接口优化设计。

（3）多模态与感官分析的脑机接口设备与方法技术主题。中国在该技术主题下的发明专利数量较少，申请主体仍以高校为主，包括华南理工大学、东北电力大学、华中科技大学、天津大学、浙江大学、北京理工大学、西北工业大学等，以及中国科学院自动化研究所，主要聚焦声源、嗅觉、攻击、情绪识别、视觉、多模态以及车路协同控制等脑机接口方法与设备的开发。美国在该技术主题下的发明专利数量约为中国的2 倍，申请人以企业和大学为主，包括Neurosky、Neurable、Health Research、Brain Computer Interface 等企业，以及加州大学、密歇根大学、索尔克生物研究所等高校院所，主要聚焦视觉、感官、认知、心理评估等领域脑机接口方法的开发。

（4）辅助控制与认知识别的装置、系统与方法技术主题。中国在该技术主题下的发明专利少于美国，申请人仍以大学为主，Top10 申请人分别为天津大学、浙江大学、清华大学、上海交通大学、中国人民解放军国防科学技术大学、北京脑陆科技有限公司、上海大学、中国科学院电子学研究所、北京机械设备研究所、重庆邮电大学，主要聚焦侵入式和非侵入式脑机接口器件、信号采集方法与装置等技术方向。美国在该技术主题上的发明专利数量最多，占本国脑机接口发明专利总量的36.7%，申请人以大学和企业为主，Top10申请人包括加州大学、斯坦福大学、麻省理工学院、纽约大学、布朗大学，以及Starkey、Hi、Cyberkinetics 公司，主要致力于肢体运动恢复的侵入式脑机接口系统、听觉改善装置、精神和情绪障碍治疗系统、生物接口系统与装置的开发。

（5）脑机接口与编解码的装置、系统与方法技术主题。中国在该技术主题拥有的发明专利最多，是美国的十余倍，申请主体主要是高校，Top10 申请人有西安交通大学、华南理工大学、天津大学、中国医学科学院生物医学工程研究所、北京理工大学、东南大学、清华大学、北京大学、重庆邮电大学、昆明理工大学，其中西安交通大学、华南理工大学和天津大学共有发明专利共157 件，占中国在该技术主题拥有发明专利总量的30%，主要聚焦稳态听觉诱发电位脑机接口方法、智能护理装置和自适应家居环境装置及控制方法、脑控无人机与脑控机械臂系统及控制方法的开发。美国在该技术主题上的发明专利数量较少，申请主体以企业为主，如Neurolutions、Facet 实验室、HRL 实验室等企业，聚焦脑控制的身体运动辅助装置和方法、极端数据处理系统、用户意图提取等技术方向。

基于上述分析，中国在脑机接口优化设计与信号分类、脑机接口与编解码的装置和系统与方法这两个技术领域中的专利申请数量远远高于美国，而中国在多场景脑机接口传感与控制的设备和系统与方法、多模态与感官分析类脑机接口、辅助控制与认知识别的装置和系统与方法这3 个技术领域中的专利申请数量少于美国。此外，从独立研发与专利合作的角度看，中国与美国在每个技术领域中的独立研发比重均高于专利合作比重，说明两国在脑机接口领域中都更倾向于独立研发。但比较而言，美国相比于中国在脑机接口领域的专利研发中更倾向于寻求合作。

4.3 中美脑机接口技术应用开发的专利布局策略

在以上分析的基础上，进一步从技术布局视角对中美脑机接口技术的专利布局策略进行比较分析，两国在5 大技术主题上的专利技术布局情况见表7。

表7 中美两国在五大技术主题上的专利布局情况

（1）多场景应用脑机接口设备、系统与方法技术主题。在该技术主题，中国专利的技术分布较为集中，主要分布在电数字数据处理方面，而美国专利则在多个技术方面均有分布。同时，中国专利主要在国内进行申请和获得授权，而美国专利则除在国内申请外，在世界知识产权组织、中国、欧专局、加拿大等地均有较多数量的专利申请，地域布局范围较广，且数量也较多。

（2）脑机接口优化设计与信号分类技术主题。中国在该技术主题的专利布局较多，但技术分布较为分散，涉及电数字数据处理，数据识别、表示处理的装置或载体，以及诊断、外科、鉴定等。美国则在该技术主题的专利布局的专利数量较少，同时也涉及诊断、外科、鉴定，可植入血管内的滤器、假体、为人体管状结构提供开口、或防止其塌陷的装置，以及教育、演示用具火模型，用于教学或与盲人、聋人或哑人通信的用具等多个技术方向。在国家布局方面，中国专利的申请和授权仍以国内为主，也在世界知识产权组织和美国、日本两个国家进行了申请和布局。虽然美国在该技术主题上的专利数量较少，但也在世界知识产权组织、欧专局、德国和瑞典等专利局有所布局。

（3）多模态与感官分析的脑机接口设备与方法技术主题。中国在该技术主题上专利的技术分布较为集中，主要涉及诊断、外科、鉴定和电数字数据处理两个技术方向，美国专利也主要布局在以上两个技术方向。在国家布局方面，中国专利仍主要分布在国内，少数专利在世界知识产权组织和美国、日本两个国家进行了申请和布局；而美国专利，则在世界知识产权组织、欧专局、日本和中国等专利局有与国内专利体量大致相当的申请和布局，地域和数量分布均更广。

（4）辅助控制与认知识别的装置、系统与方法技术主题。中国和美国在该技术主题上专利的技术分布均较为分散，且都主要涉及诊断、外科、鉴定，电疗、磁疗、放射疗、超声波疗，以及电数字数据处理等3 个技术方向。在国家布局方面，中国专利仍主要分布在国内，少数专利在世界知识产权组织和美国、日本和德国3 个国家进行了申请和布局；而美国专利还在世界知识产权组织、欧专局、加拿大和澳大利亚等专利局均有数量较多的申请和布局，地域和数量分布同样也更广泛。

（5）脑机接口与编解码的装置、系统与方法技术主题。中国在该技术主题上专利数量最多，但技术分布较为分散，美国专利虽整体数量不多，但布局也较为分散，都涉及电数字数据处理，诊断、外科、鉴定，专门适用于病人或残疾人的运输工具、专用运输工具或起居设施，控制或调节系统及功能单元、相关监视或测试装置等多个技术方向。在国家布局方面，中国专利仍主要分布在国内，部分专利在世界知识产权组织和美国进行了申请和布局，较少数量的也出现在欧专局和印度；而美国专利除在本国申请和获得授权外，在世界知识产权组织、澳大利亚、欧专局和加拿大等专利局均有数量较多的申请和布局，地域和数量分布同样更为广泛。

综合中美两国在脑机接口5 大技术主题上的专利布局情况的比较发现，中国专利主要布局在多场景应用脑机接口设备、系统与方法和多模态与感官分析的脑机接口设备与方法两大技术主题上。同时，我国脑机接口技术发明专利主要侧重在国内申请和获得授权，在世界知识产权组织、美国、韩国、德国、日本、欧专局等地仅有少量申请和布局。美国专利在五大技术主题中，无论是IPC 技术方向，还是专利国家布局方面，均表现出较为均衡和广泛的专利布局态势。

5 结论

脑科学与人工智能的融合日益深化，作为交叉领域的脑机接口有望驱动医疗科技发生颠覆性变革，脑机接口技术已成为以美国为主要代表的发达国家科技战略重点和力推的核心领域之一。客观认识和全面理解中美脑机接口技术基础研究和应用开发的竞争态势，将为我国在培育和发展脑机接口技术和产业过程中制定有关政策提供借鉴。本文聚焦中美脑机接口技术竞争态势，基于文献计量和专利分析，比较分析发现：美国脑机接口技术的基础研究和应用研究之间呈现更强的连贯性和融通性，且注重开展应用导向下的基础研究，我国则主要停留于对脑机接口技术的纯基础研究；中国资助脑机接口技术基础研究的机构主要是国家自然科学基金委员会，美国的资助机构则更加多元；中国开展脑机接口技术应用研究的创新主体以大学为主，美国则主要是企业和大学；在脑机接口技术专利布局方面，中美两国均试图覆盖更多技术方向，但中国的专利主要分布在国内，仅有少数专利在国外进行申请，而美国除主要在国内申请外，在世界知识产权组织、欧洲、中国、日本、澳大利亚、加拿大等地也申请了大量专利，地域布局范围较广，且数量较多。

为进一步提升我国脑机接口技术的整体竞争力，本研究提出三方面建议。第一，强化脑机接口技术基础研究的应用导向。一是广泛了解国家有关部门的应用需求，支持其发布脑机接口技术基础研究的资助指南；二是建立更加多元的基础研究资助体系，一方面继续加大国家自然科学基金和国家各类科技计划对脑机接口技术基础研究的支持力度，另一方面支持企业、大学、科研机构、医院等设立联合基金，协同推进脑机接口的基础研究工作；三是鼓励大学组织开展应用导向下的基础研究。第二，逐步引导企业成为脑机接口应用研究的主力军。调整当前脑机接口领域应用研究活动执行主体的结构，逐步改善对大学过于依赖的现状，引导企业，尤其是领军企业在脑机接口技术的应用研究中发挥重要作用。第三，鼓励创新主体在全球范围进行专利合作与布局。鼓励各类创新主体加强与美国相关机构建立知识产权合作机制，掌握目标国市场和制度特征，深化和拓展在全球主要国家和地区的脑机接口专利战略性布局。

本文参考已有文献，基于文献计量和专利分析对中美脑机接口领域的技术竞争态势进行了分析，但脑机接口技术的竞争不仅体现在高水平论文和高质量专利中，还体现在商业化应用方面，从创新链视角出发，开展相关领域技术竞争态势的比较和研究将更加系统和全面。