2023-2028年脑机接口行业动态分析报告.docx

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1、2023-2028年脑机接口行业动态分析报告第一节脑机接口发展历史、现状及趋势一、发展历程、重要时间节点及重要事件脑机接口技术是将人脑与计算机、外部设备等智能系统相连的一种技术，它可以将人脑中的信息转化为计算机可以理解的信号，实现对机器的控制和交互。BCl技术的出现，可以帮助那些因为身体残疾无法使用手脚来控制机器的人们，实现用大脑思维来操作计算机等外部设备。此外，BCl技术还可以被应用于认知神经科学、运动控制、智能增强等多个领域，具有广泛的应用前景。脑机接口技术是一项充满挑战和机遇的前沿技术，其研究和发展将需要多个学科和行业之间的合作和协同。脑机接口技术的研究需要多个学科的融合，包括脑科学、计

2、算机科学、生物医学工程等领域的专业知识。在产业链的各个环节中，涉及到电极制备、信号处理、模型训练、应用开发等多个领域的专业技术。因此，需要各个学科之间的密切合作，才能推动脑机接口技术的不断发展。脑机接口技术的研究可以追溯到二十世纪七十年代，近五十年的发展经历了三个阶段，分别是科学幻想阶段、科学论证阶段和技术爆发阶段。目前脑机接口技术正在第三个阶段中蓬勃发展。思瀚发布2023-2028年中国脑机接口行业市场现状及未来前景趋势预测报告在第一个阶段中，即科学幻想阶段，1977年，JacquesJ.Vidal开发了基于视觉事件相关电位的脑机接口系统，通过注视同一视觉刺激的不同位置实现了对4种控制指令的

3、选择；1980年，德国学者提出了基于皮层慢电位的脑机接口系统。然而，由于技术限制，第一阶段的研究并没有取得明显的进展。第二阶段，即科学论证阶段，从1980年代末至1990年代末。美国和欧洲的少数先驱们研发了首个实时且可行的脑机接口系统，并开拓了脑机接口领域。1988年，LA.Farwell和E.Donchin提出了著名的脑机接口范式，即“P300拼写器”，该系统有望帮助严重瘫痪患者与环境进行通信和交互。脑机接口研究的主要驱动力是期望将其用作运动障碍患者的新型辅助技术，特别是对于那些可能无法使用其他替代方案的患者。同年，StevoOzinovski等人报道了利用脑电alpha波控制移动机器人，这

4、是首个利用脑电进行机器人控制的研究。在这个时期，研究者们还开发了基于感觉运动节律的脑机接口系统，其中根据操作性条件作用开发了用于控制一维光标的脑机接口，利用该方法训练用户自我调节其感觉运动节律的幅度，以实现向上或向下移动小球。同时，GertPfurtSeheIIer等人开发了另一种基于感觉运动节律的脑机接口6,用户必须明确地想象左手或右手运动，并可以通过机器学习将其转换为计算机命令，这定义了基于运动想象的脑机接口。1992年，ErichE.Sutter提出了一种高效的基于视觉诱发电位的脑机接口系统，利用从视觉皮层采集的视觉诱发电位识别用户眼睛的注视方向来确定选择拼写器中哪个符号。这项研究是基于

5、视觉诱发电位脑机接口的首次临床应用，肌萎缩侧索硬化症患者可以利用该系统实现高于10个单词/分钟的通信速度。在脑机接口领域，除了一些著名的研究外，还有一些其他的研究也受到了关注。比如，基于事件相关电位和稳态视觉诱发电位的脑机接口系统，可以让用户通过选择意图指令或控制物理设备。此外，1999年的国际脑机接口会议促进了欧美学者对非侵入式脑机接口研究的深入探索，为后续的脑机接口研究打下了坚实的基础。自21世纪以来，脑机接口技术进入了一个快速发展阶段，被称为技术爆发阶段。在这一阶段，脑机接口研究的规模和范围急剧扩大，吸引了越来越多的研究人员参与。新型的脑机接口实验范式相继涌现,如听觉脑机接口、言语脑机接

6、口、情感脑机接口以及混合脑机接口。先进的脑电信号处理和机器学习算法也被广泛应用于脑机接口研究，如共空间模式算法和XDAWN算法等。此外，新型的脑信号获取技术也得到了广泛应用，如功能磁共振成像测量的血氧水平依赖信号和功能近红外光谱测量的皮层组织血红蛋白浓度。脑机接口应用最初主要集中在医学领域，但如今在非医学领域的应用也取得了迅速发展，例如增强正常个体感知觉和认知、娱乐游戏、汽车和机器人行业等。随着脑机接口人因工程的提出，从用户体验、心理状态和用户训练等层面提高了脑机接口的满意度和实用性，这将进一步推动其在各个领域的应用。在全球范围内，美国在脑机接口的理论、方法和实践方面具有明显的领先优势。侵入式

7、脑机接口研究主要集中于美国，已成功开发出多种外周神经电极、三维电极、柔性电极、环形电极以及光遗传技术并将其应用于脑机接口。相比之下，欧盟和欧洲国家更注重神经疾病研究，主要关注非侵入式脑机接口。日本也主要关注非侵入式脑机接口，并倡导脑机接口和机器人系统的集成。二、现状分析、市场投资情况我国脑机接口技术的研究起始于上世纪90年代末，清华大学创建了基于稳态视觉诱发电位的脑机接口新范式。现在，这一范式已成为无创脑机接口的三种主要范式之一。近年来，国内的脑机接口研究取得了显著的进展，如清华大学在高速无创脑机接口字符输入方面,华南理工大学在多模态无创脑机接口方面，天津大学在神经康复和航天应用方面，上海交通

8、大学在情感识别方面等。此外，还有国防科技大学、中国科学院半导体研究所、电子科技大学、北京师范大学、兰州大学、中国科学院深圳先进技术研究院、中国医学科学院生物医学工程研究所、华中科技大学、昆明理工大学等单位在脑机接口及脑机协作智能方面也做了重要工作。尽管国内研究团队主要集中在非侵入式脑机接口的研究并取得了较多进展，但在侵入式脑机接口方面也进行了研究。浙江大学研发了复杂环境下的大鼠导航系统，以及猴子用皮层脑电控制机械手完成不同手势的抓握动作。清华大学实现了首个基于无创医学影像技术导引的微创脑机接口系统。目前，我国在侵入式神经接口设备领域处于发展初期，仅在应用层面上有部分产品与欧美医疗公司临床产品相

9、似,但在核心范式、核心芯片、核心通信协议、核心算法、核心材料器件等方面存在较严重的短板。我国的脑机接口技术产业化发展目前还处于起步阶段，整体发展水平与欧美发达国家仍存在一定的差距。三、未来潜力及发展方向医疗健康领域是脑机接口技术最初且最主要的应用领域，也是目前离商业化最近的应用领域。随着技术的发展，应用领域不断拓宽，未来将逐步应用于医疗健康、娱乐、智能家居、军事和其他领域。1 .医疗健康脑机接口技术在医疗健康领域中具有广泛的应用前景。一方面，脑机接口技术可以帮助临床医生了解患者的大脑活动和行为认知，为诊断和治疗提供重要的辅助信息。例如，在神经科学、神经心理学和神经疾病诊断中，脑机接口技术可以用

10、于研究和评估受试者的大脑活动和行为认知，以及提供一种非侵入性的脑信号监测方法。另一方面，脑机接口技术还可以作为一种康复手段，帮助康复患者恢复肢体运动和感知功能。例如，在中风康复和肌无力康复中，脑机接口技术可以通过将大脑信号转换为机械指令，帮助患者进行肢体运动训练和康复训练，从而提高康复效果和患者的生活质量。除此之外，脑机接口技术还可以在神经康复、疼痛管理、情绪调节等方面发挥作用。例如，在神经康复中，脑机接口技术可以通过对患者的大脑信号进行监测和控制，帮助患者改善运动障碍和感知障碍等神经功能障碍。在疼痛管理中，脑机接口技术可以通过控制大脑信号的输出，帮助患者减轻疼痛感觉和提高疼痛阈值。在情绪调节

11、中，脑机接口技术可以通过监测患者的大脑信号，及时发现并调节患者的情绪状态，从而帮助患者缓解情绪问题。2 .娱乐脑机接口技术在娱乐领域中有着广泛的应用前景。通过采集大脑信号并进行分析，可以实现一系列的人机交互应用，例如电影、游戏和音乐等方面。其中，脑机接口技术在游戏领域的应用较为突出。通过采集玩家的大脑信号，游戏开发者可以设计出更具有沉浸感和互动性的游戏。比如，脑机接口技术可以通过玩家的大脑信号来识别他们的注意力水平，然后根据这一信号来调整游戏的难度和挑战性，从而实现更好的游戏体验。除了游戏领域，脑机接口技术在音乐和电影方面的应用也很有前途。通过采集听众或观众的大脑信号，可以了解他们对音乐或电影

12、的反应和情感状态，从而设计更加个性化和优质的音乐和电影作品。例如，在音乐演唱会上，通过采集听众的大脑信号，可以实时了解他们对音乐的反应和情感状态，然后根据这些反馈来调整音乐的演唱和演出方式，从而实现更加动态和个性化的演出。3 .智能家居随着人工智能和物联网技术的发展，智能家居正逐渐成为人们生活中不可或缺的一部分。而脑机接口技术也可以为智能家居的控制和操作提供更加便捷、自然和个性化的方式。例如，在智能家居的控制方面，脑机接口技术可以实现“以意念控制”的方式，通过识别人脑中特定的想象图案来控制家电的开关、调节家居环境温度、改变灯光颜色等等。这种方式可以让人们通过简单的思考，就能实现对智能家居的控制

13、，提高生活的便捷性和舒适度。此外，脑机接口技术还可以实现智能家居的自适应调节。通过对大脑信号的监测和分析，脑机接口技术可以了解用户的心情和偏好,自动调节智能家居的温度、音乐播放、灯光等等，以达到最佳的舒适度和使用体验。此外，脑机接口技术还可以实现智能家居的个性化定制，根据用户的喜好和习惯，定制出适合他们的智能家居使用方案。4 .军事脑机接口在军事领域主要应用于“替代”和“增强”两个方向。脑机接口系统能够辅助操纵各类无人设备，代替士兵深入危险或高风险场合执行任务。脑控武器是军事武器自动化和智能化的一个重要发展方向。结合脑控和手控可以发挥士兵个体控制的最大潜能，这是武器研制和使用的智能化目标。脑控

14、外骨骼是提升单兵作战能力的最有效手段之一，将机械外骨骼附着在人体外部，利用想象思维控制外骨骼的运动和动作，增加单兵作战的力量、速度和准确度，是脑控外骨骼的最终目标。此外，动物侦察兵利用动物的侦察能力，将脑控芯片植入动物体内，由人类远程控制动物的行动和侦察路线，延伸人类侦察范围和时间。还可以借助脑机接口进行更高效和更保密的军事通信,提高作战人员的认知能力。5.其他脑机接口在其他方向主要应用于“增强”和“补充”健康人群的机能。例如，澳大利亚的SnIartCaP公司通过在帽子内植入电极，实时监测用户的疲劳状态。同时，部分公司将脑机接口应用于驾驶状态监测，随时关注驾驶员的疲劳状态，以降低疲劳驾驶所带来

15、的风险。在教育领域，脑机接口技术可以实时探测学生的注意力表现，帮助教师及时了解课堂情况以改变教学方法。在市场营销领域，脑机接口技术可用于评价观看广告、电影和电视等媒体内容的观众情绪体验，以及评估更广义的人机交互情景下的用户体验。第二节脑机接口发展机遇、挑战及潜在风险一、脑机接口当前及未来发展机遇1、国家宏观政策引导科技战略研究规划我国的脑科学和类脑研究已经被提升为国家战略（如图2所示），中国脑计划自2016年启动，包括探索大脑秘密和攻克大脑疾病的脑科学研究以及建立并发展人工智能技术的类脑研究两个方向。在2017年“十三五”国家基础研究专项规划中，脑与认知、脑机智能和脑的健康被明确提出作为核心问

16、题。目前的布局可用“一体两翼”来概括，其中以研究脑认知的神经原理为“主体”，其中以绘制脑功能联结图谱为重点，而研发脑重大疾病诊治新手段和脑机智能新技术为“两翼”。作为“一体两翼”布局的“一翼”，脑机智能的关键技术研发和产业发展备受重视。脑机接口技术是脑与机智能的桥梁和融合的核心技术，也可能是脑重大疾病诊治的新手段，例如深部脑刺激，同时也是研究大脑的一种工具。在十四五规划和2035年远景目标纲要中，人工智能和脑科学为国家战略科技力量，其中类脑计算和脑机融合技术研发是重要领域之一，而脑机接口技术是脑机智能融合技术的关键之一。2、地方规划出台推动产业落地发展近年来，各地方政府出台相关政策大力支持脑科学与类脑研究的发展，对脑科学和类脑科学的发展给予了高度关注。上海市在此方面领先全国，提出了以计算神经科学为桥梁开展脑与类脑交叉研究的地方脑计划，并在2015年开始实施。北京市也加大了政策支持，2018年发布了通知，其中第一大领域