▌导读:
报告由中邮证券11月14日发布的《脑机接口行业深度报告:脑科学产业与政策趋势共振》,主要聚焦于脑机接口(BCI)技术的发展现状、政策支持、技术突破、市场规模预测以及投资建议。
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资料来源:前瞻产业研究院,中邮证券研究所
脑机接口本质上是一种通信系统
国家医保局对脑机接口的定义:脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)是 在大脑与外部设备之间建立直接连接的通 路 。大脑在思维活动时产生脑电波,脑机 接口则通过识别脑电波特征直接读取大脑 意图,将其转化为计算机指令,实现人与 机器或外部环境之间的交互联通,创造让 瘫痪者行走、让失语者“说话”、让盲人 “复明”等奇迹。
BCI技术的关注度快速上升:BCI被寄予在 医疗康复、辅助交流、智能控制、脑功能 评估等场景中实现“突破性革命”的期望, 同时作为神经科学/脑科学、计算机技术、 人工智能、人机交互等多学科交叉融合的 前沿领域,近年来从研究到产业转化均受 到高度重视。

脑在环路的双向闭环:在自然状态下,大脑通过传出与传入通路形成闭环控制;同样,脑机接口也需兼具脑到机(B2C)与机到脑 (C2B)双向环路,才能实现高效交互。
脑机接口的独特性在于其互适应性:大脑与计算机作为两个智能控制器相互调整与优化,这种“脑在环路”的通信模式,不仅具备现代 通信系统的成熟方法,更因智能特性而在康复、增强与新兴交互领域展现独特潜力。

脑机接口技术根据最终实现目的的不同,可分为脑感知技术 和脑调控技术 。
脑感知技术:以“解译脑机制”为前提, 通过电、磁、光、超声等手段采集和分析 大脑信号,从而解码出大脑意图,解码结 果可用于揭示脑状态和输出意图,还可被 转化为控制命令。
脑调控技术:以“解析脑机制”为基础, 核心目标包括神经与精神疾病治疗和认知 功能增强;已出现明确闭环发展趋势的脑 调控技术也纳入脑机接口范围。当前,基 于电、磁、光、超声的神经调控技术和神 经反馈技术正面向成瘾戒除、抑郁症治疗 及阿尔茨海默等疾病展开攻关,但多数技 术方案仍处于硬件优化、算法验证及临床 前测试阶段。

脑机接口按双技术路线发展并分三阶段演进:1.0 时代(2013年前),脑感知与脑调控技术各自独立发展,缺乏双向交互能力与闭环能 力;2.0 时代(2014-2023年),脑感知交互性提升,脑调控走向闭环;3.0 时代(2024年起),感知、刺激、控制技术融合发展,不 仅能精准感知大脑活动信号,还能依据这些信号对大脑状态进行调控,同时实现对外围设备的有效控制,为用户提供更自然、智能的交 互体验。

完整的脑机接口系统由脑信号、脑机接口硬件以及脑机接口软件组成:脑机接口硬件主要承担脑信号的获取、放大、数字化和传输,包 括传感器、模拟前端和计算机处理单元,兼顾信号特性与安全性;脑机接口软件一般由数据采集、信号分析、输出执行和系统级协议四 个核心模块组成,形成支持闭环交互的平台,依赖高效算法来解释脑信号、推断意图并实现实时处理。
脑机接口通常用信息传输速率(ITR)来量化可靠传输的最大速率(信道容量),目前,脑机接口的信道容量仍显不足,如何进一步提升 ITR 依然是走向实际应用的核心挑战。

脑机接口技术路线清晰,侵入式/非侵入式有望并存
根据脑信号采集的方式,脑机接口技术路径可分为侵入式 、半侵入式 和非侵入式 ,侵入式与半侵入式为有创脑信号采集方式,非侵入式 为无创脑信号采集方式。
非侵入式:无需通过侵入大脑,只需通过附着在头皮上的穿戴设备来对大脑信息进行记录和解读,虽然避免了昂贵和危险的手术,但是 记录到的信号强度和分辨率并不高;
半侵入式:将脑机接口植入于颅骨内腔与大脑皮层之间的硬膜外/下间隙,基于皮层脑电图采集神经电信号,信号分辨率与强度介于侵入 式(皮层内)与非侵入式(头皮EEG)之间,且降低了因穿透脑实质引发的免疫排斥反应及愈伤组织风险;
侵入式:需通过开颅手术将电极阵列直接植入大脑皮层灰质,这样可以获得高质量的神经信号,但存在显著临床风险和成本;此外,由 于异物侵入,可能会引发免疫反应和愈伤组织(疤痕组织)及手术并发症,导致电极信号质量衰退甚至是消失。

脑机接口最大瓶颈不在算法,而在信号采集,其依赖的脑信号分为侵入式和非侵入 式两大类。
侵入式脑信号:如ECoG、单神经元放电, 具备高时空分辨率但伴随手术风险;
非侵入式脑信号:如EEG、MEG、fMRI、 fNIRS,则以安全普适为优势,适合大规 模应用;
近年来,便携和无线化的 EEG 系统因成 本低、操作简便而成为研究主流。与此同 时,“脑在环路”系统也依赖硬件实现机 到脑的信息写入,如经颅电刺激电极或皮 层微电刺激电极,为神经调控和智能增强 提供可能

脑机接口最大瓶颈不在算法,而在信号采集,其依赖的脑信号分为侵入式和非侵入 式两大类。
侵入式脑信号:如ECoG、单神经元放电, 具备高时空分辨率但伴随手术风险;
非侵入式脑信号:如EEG、MEG、fMRI、 fNIRS,则以安全普适为优势,适合大规 模应用;
近年来,便携和无线化的 EEG 系统因成 本低、操作简便而成为研究主流。与此同 时,“脑在环路”系统也依赖硬件实现机 到脑的信息写入,如经颅电刺激电极或皮 层微电刺激电极,为神经调控和智能增强 提供可能。
