2022年腦機接口行業(yè)發(fā)展報告

2022年腦機接口行業(yè)發(fā)展報告目錄contents腦機接口行業(yè)概述01腦機接口行業(yè)環(huán)境02腦機接口行業(yè)現(xiàn)狀03腦機接口格局與發(fā)展趨勢04PART01腦機接口行業(yè)概述腦機接口（BrainComputerInterface，BCI），指在人或動物大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接，實現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。這一概念其實早已有之，但直到上世紀九十年代以后，才開始有階段性成果出現(xiàn)。腦機接口，有時也稱作“大腦端口”directneuralinterface或者“腦機融合感知”brain-machineinterface，它是在人或動物腦（或者腦細胞的培養(yǎng)物）與外部設(shè)備間建立的直接連接通路。在單向腦機接口的情況下，計算機或者接受腦傳來的命令，或者發(fā)送信號到腦（例如視頻重建），但不能同時發(fā)送和接收信號。而雙向腦機接口允許腦和外部設(shè)備間的雙向信息交換。腦機接口工作流程包括腦電信號的獲取、信號處理（特征提取和分類判斷）、信號的輸出和執(zhí)行，最終再將信號反饋給大腦。在信息采集層面，腦機接口可分為侵入式、部分侵入式和非侵入式。行業(yè)定義腦機接口行業(yè)定義發(fā)展歷程12341999-2006年哈佛大學(xué)的GarrettStanley試圖解碼貓的丘腦外側(cè)膝狀體內(nèi)的神經(jīng)元放電信息來重建視覺圖像;杜克大學(xué)的MiguelNicolelis是支持用覆蓋廣大皮層區(qū)域的電極來提取神經(jīng)信號、驅(qū)動腦機接口的代表;其它設(shè)計腦機接口算法和系統(tǒng)來解碼神經(jīng)元信號的實驗室包括布朗大學(xué)的]ohnDonoghue、匹茲堡大學(xué)的AndrewSchwartz、加州理工的RichardAnderson。布朗大學(xué)研究團隊完成首個大腦運動皮層腦機接口設(shè)備植入手術(shù)，能夠用來控制鼠標。2008-2012年2012-2016年2019-2020年匹茲堡大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)家宣稱利用腦機接口，猴子能用操縱機械臂給自己喂食，這標志著該技術(shù)發(fā)展已經(jīng)容許人們將動物腦與外部設(shè)備直接相連。腦機接口設(shè)備已能夠勝任更復(fù)雜和廣泛的操作，得以讓癱瘓病人對機械臂進行操控,自己喝水、吃飯、打字與人交流。巴西世界杯開幕式,高位截癱青年JulianoPinto在腦機接口與人工外骨骼技術(shù)的幫助下開出一球。NathanCopeland用意念控制機械手臂和美國總統(tǒng)奧巴馬握于。1月,Chmielewski作為約翰斯霍普金斯大學(xué)一項腦機接口研究的參與者，通過一次長達10小時的手術(shù),將六個微電極陣列(MEA)植入大腦兩側(cè)。隨后，研究者一直試圖通過不斷的改善和訓(xùn)練，讓他獲得同時控制兩個假肢的能力。8月29日，埃隆馬斯克自己旗下的腦機接口公司Neuralink舉行發(fā)布會,找來“三只小豬"向全世界展示了可實際運作的腦機接口芯片和自動植入手術(shù)設(shè)備。產(chǎn)業(yè)鏈上游87%90%67%98%腦機接口行業(yè)上游龍頭企業(yè)已開始對產(chǎn)業(yè)鏈進行延伸，逐漸進軍原材料生產(chǎn)領(lǐng)域，以規(guī)避高額進口原料的成本支出，攫取上游毛利。此外，伴隨著上游原料生產(chǎn)企業(yè)的重組進程加快以及中國市場參與者技術(shù)水平的提高，腦機接口行業(yè)上游原材料供應(yīng)有望朝著專業(yè)化和規(guī)?；姆较蚶^續(xù)發(fā)展，逐漸搶奪外資企業(yè)在行業(yè)內(nèi)的話語權(quán)。產(chǎn)業(yè)鏈中游腦機接口行業(yè)中游企業(yè)原材料大部分依靠進口，主要原因是下游消費終端為保障科研成果，對行業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性要求較高，因此，中游科研用制備廠商更傾向于選擇儀器先進、供應(yīng)鏈穩(wěn)定的進口原材料供應(yīng)商。企業(yè)產(chǎn)品價格主要受市場供求關(guān)系的影響。由于腦機接口企業(yè)的產(chǎn)品毛利較高，原材料價格波動不會對企業(yè)的盈利能力產(chǎn)生重大影響。產(chǎn)業(yè)鏈下游腦機接口行業(yè)下游企業(yè)市場空間廣闊、銷售范圍廣、用戶分散、單批數(shù)量少、銷售單價高等特點。隨著全球范圍內(nèi)生物醫(yī)藥行業(yè)研究的深入及產(chǎn)業(yè)化程度的提升，中國行業(yè)產(chǎn)品種類進一步豐富，應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)增加，個性化、高端化的產(chǎn)品將逐漸獲得更廣闊的應(yīng)用空間。PART02腦機接口行業(yè)發(fā)展環(huán)境政治環(huán)境1中確定腦科學(xué)為重大科技創(chuàng)新項目和工程之一，將圍繞"腦與認知"。"腦機智能"和"腦的健康"3個核心問題，統(tǒng)籌安排腦科學(xué)的基礎(chǔ)研究、轉(zhuǎn)化應(yīng)用和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成“一體兩翼”的布局，并搭建相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)平臺?！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》"十三五規(guī)劃"“863”與“973”計劃分別為國家高科技發(fā)展重點計劃與國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃，將“腦功能和腦重大疾病的基礎(chǔ)研究"、"神經(jīng)發(fā)育的基礎(chǔ)研究"列入其中。將“腦科學(xué)與認知“列入基礎(chǔ)研究的8個科學(xué)前沿問題之一。863計劃和973計劃政治環(huán)境2上海市杭州市《“十三五”國家基礎(chǔ)研究專項規(guī)劃》上海市發(fā)布全球有影響力科技創(chuàng)新中心建設(shè)二十二條，將腦科學(xué)與人工智能列為重大基礎(chǔ)工程之首。杭州西湖區(qū)率先布局腦機智能產(chǎn)業(yè)，全力打造腦機智能產(chǎn)業(yè)鏈。西湖區(qū)腦機智能項目旨在探索以國有企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研深度融合的新路徑，助力西湖區(qū)打造全國性的校地合作示范區(qū)，真正實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研深度融合，幫助優(yōu)秀企業(yè)和科研團隊在區(qū)內(nèi)落地發(fā)展。明確提出了腦與認知、腦機智能、腦的健康三個核心問題。目前的布局可用“一體兩翼"來概括,即以研究腦認知的神經(jīng)原理為”主體”,其中又以繪制腦功能聯(lián)結(jié)圖譜為重點,而研發(fā)腦重大疾病診治新手段和腦機智能新技術(shù)為“兩翼”。作為“一體兩翼"布局的其中“一翼”,腦機智能的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展備受重視《北京市機器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動方案(2019-2022年)》該行動方案重點工作指出“面向養(yǎng)老、健康服務(wù)領(lǐng)域,布局機器學(xué)習(xí)。經(jīng)濟環(huán)境80%60%40%20%0%100%12月11月10月9月8月7月6月5月4月65%為客戶服務(wù)是我們存在的唯一理由，客戶需求是我們發(fā)展的原動力。我們堅持以客戶為中心，快速響應(yīng)客戶需求，持續(xù)為客戶創(chuàng)造長期價值進而成就客戶。為客戶提供有效服務(wù)，是我們工作的方向和價值評價的標尺，成就客戶就是成就我們自己為客戶服務(wù)是我們存在的唯一理由，客戶需求是我們發(fā)展的原動力。我們堅持以客戶為中心，快速響應(yīng)客戶需求，持續(xù)為客戶創(chuàng)造長期價值進而成就客戶為客戶服務(wù)是我們存在的唯一理由，客戶需求是我們發(fā)展的原動力。我們堅持以客戶為中心，快速響應(yīng)客戶需求，持續(xù)為客戶創(chuàng)造長期價值進而成就客戶我們的分析社會環(huán)境101社會各界對腦科學(xué)尤其是腦機接口行業(yè)中的各產(chǎn)業(yè)、學(xué)校、研究所給予了充分的發(fā)展支持，促進了區(qū)域發(fā)展，在北京、上海、浙江和廣東形成了集聚效應(yīng)。全國從事腦科學(xué)領(lǐng)域的企業(yè)主要分布在北京、上海、浙江以及廣東。較高群聚效應(yīng)的原因在于各省市為社會上的產(chǎn)業(yè)、學(xué)校、研究所提供了地方性的政策與經(jīng)濟支持，給予了更多的發(fā)展支持，促進區(qū)域內(nèi)關(guān)聯(lián)企業(yè)地蓬勃發(fā)展。02中國人口基數(shù)龐大且老齡化日趨嚴重，高交通事故率導(dǎo)致慢性病患病率與殘疾人群連年增長，龐大的患者群體基數(shù)擴大了對腦機接口的需求，未來將進一步推動行業(yè)發(fā)展。社會環(huán)境2WEAREPROFESSIONAL全球腦科學(xué)創(chuàng)業(yè)企業(yè)獲融階段多集中于中早期，中國市場位列全球第二，其中的腦機接口為此賽道最熱細分領(lǐng)域，火熱的投融資市場將盤活中小企業(yè)，利于行業(yè)長遠發(fā)展。從全球融資端看∶全球腦科學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)公司多獲融于中早期，說明創(chuàng)業(yè)企業(yè)仍在快速發(fā)展中，資本的助力讓企業(yè)未來有更大發(fā)展速度；拆分成各國家看∶美國腦科學(xué)創(chuàng)業(yè)企業(yè)獲融數(shù)量占比高達60.4%，中國腦科學(xué)創(chuàng)業(yè)企業(yè)獲融占比位列第二，占據(jù)6.2%左右的份額；拆分中國腦科學(xué)市場∶醫(yī)療級和消費級腦機接口市場占據(jù)中國腦科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)及融資量的前二，腦機接口領(lǐng)域擁有廣闊發(fā)展空間，火熱的投融資市場盤活中小企業(yè)，利于行業(yè)長遠發(fā)展。行業(yè)驅(qū)動因素中國相對于美國等西方國家對腦機接口技術(shù)的研究起步較晚，但重視程度不分伯仲。在十四五規(guī)劃和2035年遠景目標綱要中提出，人工智能和腦科學(xué)為國家戰(zhàn)略科技力量，而腦機接口技術(shù)為其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。政策支持社會各界對腦科學(xué)尤其是腦機接口行業(yè)中的各產(chǎn)業(yè)、學(xué)校、研究所給予了充分的發(fā)展支持，促進了區(qū)域發(fā)展，在北京、上海、浙江和廣東形成了集聚效應(yīng)。社會支持全球腦科學(xué)創(chuàng)業(yè)企業(yè)獲融階段多集中于中早期，中國市場位列全球第二，其中的腦機接口為此賽道最熱細分領(lǐng)域，火熱的投融資市場將盤活中小企業(yè)，利于行業(yè)長遠發(fā)展。投融資火熱盤活中小企業(yè)中國人口基數(shù)龐大且老齡化日趨嚴重，高交通事故率導(dǎo)致慢性病患病率與殘疾人群連年增長，龐大的患者群體基數(shù)擴大了對腦機接口的需求，未來將進一步推動行業(yè)發(fā)展。龐大的社會需求PART03腦機接口行業(yè)現(xiàn)狀行業(yè)現(xiàn)狀目前，腦機接口的發(fā)展階段還處在實驗室展示的水平，離真正的商業(yè)化還有很長的距離。自20世紀70年代第一次提出腦機接口的概念以來，許多國家實驗室通過不斷的研究和探索，研發(fā)了多種腦機接口的實現(xiàn)方式，也在不斷拓展腦機接口技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，各國實驗室對腦機接口的研究主要集中在臨床醫(yī)學(xué)上對殘障人士的康復(fù)訓(xùn)練，如交流和運動恢復(fù)等。隨著對技術(shù)的進一步研究，還將廣泛應(yīng)用于教育、軍事、娛樂、智能家居等領(lǐng)域。未來，腦機接口將成為一種全新的控制和通信方式。人們不僅可以借助腦機接口技術(shù)完成身體方面的康復(fù)，還可以提高認知能力、記憶力和專注力等能力。同時、非侵入式腦機接口也將從簡單的運動區(qū)域分析發(fā)展至更多腦區(qū)的運動區(qū)域分析。關(guān)鍵字為客戶服務(wù)是我們存在唯一理由，客戶需求是我們發(fā)展的原動力。我們堅持以客戶為中心。行業(yè)熱點熱點一腦機接口應(yīng)用領(lǐng)域廣泛熱點二科研服務(wù)市場持續(xù)增長熱點三行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量整體提高腦機接口行業(yè)熱點腦機接口行業(yè)具有市場空間廣闊、銷售范圍廣、用戶分散、單批數(shù)量少、銷售單價高等特點。腦機接口行業(yè)技術(shù)提升，多元化科研服務(wù)平臺持續(xù)擴張，促進高價值服務(wù)企業(yè)品牌形成。行業(yè)產(chǎn)品化發(fā)展，集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的綜合性科研服務(wù)企業(yè)逐漸增多。腦機接口行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量有待提升制約腦機接口行業(yè)發(fā)展。行業(yè)內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，導(dǎo)致研究結(jié)果可靠性難以保證，產(chǎn)品喪失市場競爭力。腦機接口行業(yè)難形成統(tǒng)一的監(jiān)督管理規(guī)范,產(chǎn)品質(zhì)量主要靠企業(yè)自主檢測保障，監(jiān)管難度大。中國腦機接口行業(yè)產(chǎn)品主要集中在中低端領(lǐng)域，高端領(lǐng)域被外資企業(yè)壟斷，產(chǎn)品品質(zhì)有待進一步提升。行業(yè)現(xiàn)狀I(lǐng)ntelligence旨在腦機協(xié)同智能，其包含生物學(xué)意義上的智能系統(tǒng)和物理機層面上的智能系統(tǒng)。目前，很多場合都在使用HumanAl的概念，即有人參與的Al，而非Al完全代替人。目前全世界每年有100萬人需要做截肢手術(shù)，緊接著就是安裝假肢，而通過人的大腦控制假肢才能完成最精細的動作，而非完全交給人工智能系統(tǒng)。因此，兩個系統(tǒng)的協(xié)同運作是目前主要的研究方向。Interface旨在腦和機連通起來，最初研發(fā)的目的是給殘障人士提供外部交流的機會。如今，很多實驗室已開發(fā)了對假肢和外骨骼進行控制的系統(tǒng)，當下這種系統(tǒng)即使使用無創(chuàng)技術(shù)也可實現(xiàn)連續(xù)的控制;除了腦機連接外，也有人關(guān)注腦和腦的直接通訊。美國華盛頓大學(xué)開發(fā)了用于兩個人之間通過顱內(nèi)刺激傳遞信號進行通訊的系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到可以連接到更多人的地步。

接口方面智能方面市場規(guī)模中國雖相對于美國等西方國家對腦機接口技術(shù)的研究起步較晚，但同樣重視對其相關(guān)技術(shù)的研究，尤其是腦科學(xué)與類腦研究。2016年，中國"腦計劃"啟動，其主要包括兩個方向∶以探索大腦秘密并攻克大腦疾病為導(dǎo)向的腦科學(xué)研究，以及以建立并發(fā)展人工智能技術(shù)為導(dǎo)向的類腦研究。在2021年3月提出的《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第土四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》中同樣提出，人工智能和腦科學(xué)為國家戰(zhàn)略科技力量，而腦機接口技術(shù)是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。WorkReport行業(yè)痛點腦機接口技術(shù)是多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，其涉及的學(xué)科包含信息工程、計算機工程、生物工程、運動康復(fù)和神經(jīng)學(xué)等多個科學(xué)領(lǐng)域。腦機接口的發(fā)展需要多個學(xué)科發(fā)展的共同支撐，然而任何一個學(xué)科的落后都會造成短板效應(yīng)，制約腦機接口技術(shù)的發(fā)展。跨學(xué)科的復(fù)雜性腦機接口在非技術(shù)類問題上也存在諸多難點,主要為安全和倫理問題,包括黑客攻擊、意念控制、數(shù)據(jù)竊取,甚至人性問題、倫理問題、審查問題等等。腦機接口的落地勢必伴隨著一些列相關(guān)法律法規(guī)的出臺，方可規(guī)模化應(yīng)用。安全倫理問題技術(shù)成熟度極低從腦機接口技術(shù)的角度來看，醫(yī)學(xué)上神經(jīng)元數(shù)量龐大且復(fù)雜，當前對大腦反饋剌激和大腦工作機制的研究十分有限。同時，對腦機接口技術(shù)的研究尚處在解決“從腦到機"方向的輸出和控制問題,但控制的效率和準確率很低。研究“從機到腦"的問題難度更大，原因是目前神經(jīng)科學(xué)相對于神經(jīng)編碼的具體方式還處于未知狀態(tài)。此外，在信號采集的過程中，非侵入式接口存在采集信號差的問題,而侵入式接口需面臨對腦部損傷的問題，隨著接口植入時間延長，穿刺電極被炎癥細胞覆蓋會導(dǎo)致信號丟失。產(chǎn)品質(zhì)量問題質(zhì)量參差不齊高端產(chǎn)品發(fā)展落后腦機接口行業(yè)缺乏完備的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證體系，生產(chǎn)商缺乏統(tǒng)一的生產(chǎn)標準，行業(yè)內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，導(dǎo)致產(chǎn)品的可靠性難以保證，喪失產(chǎn)品市場競爭力行業(yè)監(jiān)管難度大中國國家政府秉承創(chuàng)新開放的態(tài)度，支持和鼓勵科學(xué)研究創(chuàng)新，對科學(xué)研究試驗不設(shè)置嚴格限制，因此，腦機接口行業(yè)不存在統(tǒng)一的監(jiān)督管理規(guī)范，產(chǎn)品質(zhì)量主要依靠生產(chǎn)企業(yè)自主檢測，腦機接口行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)管難度加大在中低端產(chǎn)品領(lǐng)域，仍然有較大比例的產(chǎn)品依賴于進口渠道。此外，腦機接口行業(yè)企業(yè)缺乏創(chuàng)新研發(fā)能力以及仿制能力，加重下游消費端對進口科研用檢測試劑的依賴，不利于腦機接口行業(yè)的發(fā)展行業(yè)發(fā)展建議加強政府、使用終端與各類企業(yè)間的聯(lián)系，根據(jù)行業(yè)道德風險形成約束體系、制定一套倫理標準，保障腦機接口技術(shù)在研發(fā)、生產(chǎn)、流通以及使用過程中的合規(guī)性。建立道德風險體系與倫理標準加強核心產(chǎn)業(yè)發(fā)展,適應(yīng)多應(yīng)用場景突破人才壁壘和核心零部件壁壘中國市場起步較晚,且在芯片研發(fā)等核心技術(shù)環(huán)節(jié)與國際水平尚有落差，受近年利好政策推動等多重因素影響，行業(yè)將迎來高成長爆發(fā)期;未來核心技術(shù)的落地將形成系列產(chǎn)品以適用于多應(yīng)用場景。一方面，腦機接口技術(shù)是一門交叉學(xué)科，需要多方面的人才，包括神經(jīng)學(xué)、人工智能、材料學(xué)、生物學(xué)等等，然而國內(nèi)外高校并沒有開設(shè)腦機接口相關(guān)的專業(yè)課，這也導(dǎo)致了腦機接口領(lǐng)域人才的匱乏;另一方面，腦機接口的信號采集涉及到各種材料和零部件，以及芯片算法等軟硬件相結(jié)合的技術(shù)，技術(shù)要求極高。目前，腦機接口平臺的核心零部件仍依靠進口，其國產(chǎn)化水平在未來有待提升。中國要想在腦機接口領(lǐng)域迎頭趕上，甚至彎道超車，贏在腦機接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期參與其中，加強核心零部件的國產(chǎn)化率。PART04腦機接口格局與發(fā)展趨勢競爭格局競爭格局1美國為腦科學(xué)領(lǐng)域研究的超級大國，擁有遠超于中國的研究機構(gòu)以及發(fā)表論文數(shù)量;但因行業(yè)的前瞻性與高技術(shù)性，全行業(yè)的技術(shù)研究多以高校為主、企業(yè)為輔。全球腦機接口行業(yè)起步較早，已涌現(xiàn)一批商業(yè)化落地的系列產(chǎn)品，并影響到醫(yī)療、軍事、娛樂游戲等領(lǐng)域;部分企業(yè)具有獨特商業(yè)模式，在芯片、VR等技術(shù)上深挖亮點，做精做專。競爭格局2在中國腦科學(xué)研究機構(gòu)中，北京與上海的腦科學(xué)與類腦研究中心負責了國內(nèi)一北一南的腦科學(xué)研究工作，是“中國腦計劃”的重要組成部分，近年來向行業(yè)貢獻了大量高價值性科研成果。受利好政策推動，中國腦機接口行業(yè)內(nèi)涌現(xiàn)出一批擁有過硬技術(shù)水平、代表性商業(yè)化產(chǎn)品的企業(yè)，在教育、醫(yī)療、運動等應(yīng)用場景中貢獻了一份力量。行業(yè)發(fā)展趨勢2019202020212022材料的改進與更迭侵入式腦機接口的材料易同人體發(fā)生排異，后期可能會形成瘢痕組織影響信號采集，且堅硬的材料會在后期移動中對大腦造成損失。未來會更注意材料的安全性、生物相容性、材料柔軟度。增強腦機接口在信號采集及處理技術(shù)為保證高采集通量以及采集的信號的高信噪比和分辨率，需要對腦電采集技術(shù)不斷升級;在信號處理過程中，需要增強數(shù)據(jù)分析能力并增加腦電信號轉(zhuǎn)化為計算機語言的成功率和精準度。機器人與人工智能技術(shù)發(fā)展中國康復(fù)機器人行業(yè)的發(fā)展將推動腦機接口技術(shù)在下游應(yīng)用端不斷縱向加深，人工智能市場的高速擴張將提升識別腦信號的精確度與處理腦信號的速度。信號處理方法技術(shù)的進步高度復(fù)雜的信號處理方法技術(shù)的進步以及對大腦信號以及活動特征的日益了解是豐富腦機接口技術(shù)市場格局的兩項關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展。依賴活動的大腦可塑性的不斷進步也帶來了新的發(fā)展途徑輔助技術(shù)的范圍不斷擴大是研究腦機接口技術(shù)市場的關(guān)鍵驅(qū)動力。行業(yè)代表企業(yè)1B