脑机接口原理、发展、技术路线与市场规模如何？

脑机接口，持续突破。

脑机接口是连接大脑和计算机的桥梁。根据科技部《脑机接口研究伦理指引》， 脑机接口（Brain Computer Interface，BCI）是在大脑与外部设备之间创建信息通道， 实现两者之间直接信息交互的新型交叉技术。 它通过记录装置采集颅内或脑外的大脑神经活动，通过机器学习模型等对神经 活动进行解码，解析出神经活动中蕴含的主观意图等信息，基于这些信息输出相应 的指令，操控外部装置实现与人类主观意愿一致的行为，并接收来自外部设备的反 馈信号，构成一个交互式的闭环系统。脑机接口应用主要包括医疗健康、交流沟通、 生活娱乐等方面，特别是改善神经性瘫痪疾病患者的运动、交流、感知功能。

预计到2032年全球多家厂商的脑机接口系统成熟商用。根据中国信通院的梳理， 1973 至 1992 年为基础研究期，特点是基础理论得到发展。P300、SSVEP、运动想象 等范式诞生。1993 至 2012 年为实验验证期，特点为上中游逐渐成熟以为科研实验提 供技术和设备，实验的广泛开展使得技术不断积累和迭代。2004 年美国 FDA 批准 BrainGate 可侵入人体为广泛开展临床试验奠定基础。多例知名实验证实人体和动物 可通过不同范式实现脑控机械臂、脑控光标等外设。 2013 至 2032 年为应用期，分为两个阶段，阶段一是应用萌芽期，从 2013 年至 2022 年，特点为应用解决方案出现和增多，应用范围由医疗扩展到非医疗。侵入式 领域，脑机接口治疗特定神经疾病成效显著，医疗应用潜力不断被发掘拓展。非侵 入式领域，脑机接口数字处方和康复设备陆续获得上市准许。工业、教育、营销领 域已经商用；康养、娱乐、交通领域解决方案日渐增多。 阶段二是应用普及期，从 2023 年开始，预计到 2032 年结束，有望在十年内实 现“应用解决方案效果良好，多类解决方案走向成熟商用”的目标。

BCI 主要包括四个部分：信号采集、信号处理、控制外设和神经反馈。神经反 馈是关键环节，它将输出式 BCI 与输入式 BCI 连接在一起形成交互式的闭环系统， 即交互式 BCI，从而真正实现脑-机交互。

脑机接口技术主要涉及硬件、软件和算法，其中硬件主要包括用于脑电信号采 集或神经反馈的电极和用于信号处理的芯片，算法主要是用于信号处理的机器学习, 软件则是关于脑相关数据的处理和管理。

脑机接口技术路线包括侵入式和非侵入式。根据《人民日报》刊发的明东教授 署名文章《脑机接口：从科幻走向现实》，侵入式脑机接口需通过手术等方式直接将 电极侵入到大脑皮层获取神经信号。此类脑机接口所获取的信号空间分辨率好、信 噪比高，但需通过外科手术侵入体内，安全性低、成本高，容易引发免疫反应和愈 合反应，进而导致所采信号衰退甚至消失。 非侵入式脑机接口通过直接贴附在头皮上的电极采集神经信号。其优点是可以 在头皮上直接监测到群体神经元的放电活动，操作简单、成本低、不用损伤机体， 也不会引起免疫反应。但由于颅骨对信号的衰减作用和对神经元电磁波的分散和模 糊作用，非侵入式脑机接口记录到的信号空间分辨率低、幅值微弱且信噪比较低， 对后续信号处理算法的性能要求较高。

从技术路线看，非侵入式技术路线企业居多。根据中国信通院，截至 2023 年第 一季度，全球脑机接口代表性企业超 500 家。其中，上游占 8%，包括生产制造和销 售电极、芯片、外设、相关核心器件的企业；中游占 30%，包括生产制造和销售医 用及科研用工具、分析软件和采集设备的企业；下游占 62%，其中提供应用解决方 案的侵入式技术路线企业占比 9%，非侵入式技术路线企业占比 53%。从技术路线看， 非侵入式技术路线企业居多。全球 500 余家脑机接口相关企业中，20%从事侵入式技 术研发，80%从事非侵入式技术研发。

脑机接口下游应用市场潜力大。Precedence Statistics 数据显示，2023 年全球脑 机接口市场规模为 23.5 亿美元，预计 2023 年-2033 年复合增长率将达到 16.55%。

医疗市场或将超过百亿美元，非医疗市场潜力值得期待。从医疗类市场看，麦 肯锡预测，全球脑机接口医疗应用市场规模有望在 2030 年达到 400 亿美元，2040 年达到 1450 亿美元。其中，以中枢神经系统疾病治疗为主的市场规模 2030 年预计 为 150 亿美元，2040 年为 850 亿美元；以情绪评估与干预为主的医疗消费市场规模 2030 年预计为 250 亿美元，2040 年为 600 亿美元。 其次，脑机接口取代传统应用带来市场增长。根据中国信通院，当前全球神经 药物类市场规模达上千亿美元，脑机接口技术在神经药物替代方面具有潜力。2022 年神经系统疾病药物全球市场 1356.12 亿元，中国市场 995 亿元。脑机接口有望瓜分 该市场的十分之一至三分之一，即全球市场最少 136 亿元，中国市场最少 100 亿元。 此外脑机接口技术还在睡眠、康养、消费娱乐等市场具有较大潜力。 医疗仍是脑机接口当前主要产业化方向，下游应用解决方案企业中医疗方向占 比过半。根据中国信通院，脑机接口产业下游相关企业近 350 家，较明晰的应用方 向不少于 30 种，主要分为医疗和非医疗两类，其中医疗企业占比 56%，消费、工业、 教育等非医疗企业占比 44%。当前脑机接口领域的侵入式技术均面向医疗，此外也 有部分非侵入式技术用在医疗中。 医疗领域应用主要包括疾病预警、诊断、治疗和功能增强等。主要面向的疾病 包括癫痫、帕金森、抑郁、疼痛、多动症、自闭症、截瘫、卒中、阿尔兹海默症、 意识障碍、耳鸣和听力受损、视力受损和睡眠障碍等，以及利用脑状态辅助药物研 发和麻醉监测给药。 非医疗领域应用方向包括：工业安全监测、车内交互控制和疲劳检测、对外交 互、外设控制、睡眠检测和助眠、情绪舒压、认知训练、脑健康体检、游戏控制、 体育训练和人才选拔、模拟训练和体验、产品优化、安全识别认证。