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未來已來——腦機(jī)接口開啟科技新紀(jì)元
時間：2025-03-04
一、前言
2025年初，腦機(jī)接口（Brain Computer Interface，BCI）領(lǐng)域重磅訊息頻傳，先是Elon Musk旗下的Neurolink宣布，已經(jīng)成功為3名癱瘓患者植入侵入式電極。這些患者通過“心靈感應(yīng)（Telepathy）”技術(shù)，重新獲得了與外界溝通的能力，可以在日常生活中自如地操控電子設(shè)備，享受科技帶來的便利。緊接著，Meta也公布了基于其AI模型Brain2Qwerty的腦機(jī)接口完成了對腦電圖（EEG）和腦磁圖（MEG）的電信號高度解析，受試者無需手術(shù)即可“用大腦打字”，平均字符錯誤率（CER）為32%，達(dá)到了早期手寫識別ORC技術(shù)的準(zhǔn)確率。依托于AI大模型，無創(chuàng)與有創(chuàng)腦機(jī)接口的信號差距正在逐步縮小。這一系列信息都表明，雖然腦機(jī)接口聽起來似乎離我們很遙遠(yuǎn)，但事實上，未來已經(jīng)悄然降臨。
二、行業(yè)發(fā)展背景
1924年，德國科學(xué)家漢斯?貝格爾首次記錄到人類大腦的電信號，這一發(fā)現(xiàn)揭示了人腦活動存在電信號基礎(chǔ)，與電腦機(jī)械電子信號傳輸在信號形式上有一定的相似性，為后續(xù)腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展提供了啟示。1973年，美國計算機(jī)科學(xué)家雅克?維達(dá)爾首次提出將腦電信號轉(zhuǎn)化為計算機(jī)信號的“腦機(jī)接口”定義，為腦機(jī)接口技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
近年來，隨著人類對生命科學(xué)、信息技術(shù)科學(xué)的不斷探索發(fā)展與積累，如微電子技術(shù)的突破使電子信號接收處理設(shè)備同時具備高性能與微型化，人工智能技術(shù)使快速解讀海量復(fù)雜的腦信號成為可能，新材料科學(xué)讓腦機(jī)接口電極等關(guān)鍵部件能夠更安全、舒適地與大腦接觸，同時還能提高信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，減少信號干擾，延長設(shè)備的使用壽命。諸如此類技術(shù)的一一突破，腦機(jī)接口行業(yè)發(fā)展方向越來越清晰，當(dāng)前腦機(jī)接口行業(yè)正處于技術(shù)突破的井噴階段。
高位截癱患者通過“心電感應(yīng)”收發(fā)郵件、打電子游戲；失明患者重見光明；抑郁患者回歸正常生活……這些曾經(jīng)只存在于科幻小說中的場景，如今通過腦機(jī)接口技術(shù)正一步步變?yōu)楝F(xiàn)實。腦機(jī)接口技術(shù)不僅在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，還在消費娛樂、工業(yè)控制、教育等多個領(lǐng)域顯現(xiàn)出獨特的價值，有望為人類生活和社會發(fā)展帶來深遠(yuǎn)影響。
三、什么是腦機(jī)接口
腦機(jī)接口（Brain Computer Interface，BCI），狹義上的定義為中樞神經(jīng)與外界的直接交互，具體是在大腦與外部環(huán)境之間建立一種全新的不依賴于外周神經(jīng)和肌肉組成的交流與控制通道，通過測量和采集中樞神經(jīng)系統(tǒng)活動，并將其直接轉(zhuǎn)譯為可被外界人工設(shè)備識別的信號或指令，從而實現(xiàn)大腦與外部設(shè)備的直接交流與控制（輸出式 BCI）。
廣義的BCI還包括輸入式BCI和交互式 BCI。輸入式BCI是由外部設(shè)備或機(jī)器向大腦輸入電、磁、聲和光刺激的腦機(jī)接口系統(tǒng)，交互式 BCI 是由反饋神經(jīng)將輸出環(huán)節(jié)和輸入環(huán)節(jié)連接起來形成閉環(huán)的腦機(jī)接口系統(tǒng)。
資料來源：興業(yè)國信資管
四、腦機(jī)接口實現(xiàn)的原理
1、腦機(jī)接口實現(xiàn)的生理基礎(chǔ)：
（1）神經(jīng)元內(nèi)部的信號傳輸依賴于電信號，腦神經(jīng)在遇到刺激或思考時，細(xì)胞膜外大量鈉離子會涌入細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)而打破原有電位差形成電荷移動，從而出現(xiàn)局部電流，電流傳遞過程中通過化學(xué)信號繼續(xù)刺激其他神經(jīng)元，最終形成意識。通過監(jiān)測電信號，即可捕捉大腦的意識活動。
資料來源：興業(yè)國信資管
（2）大腦存在不同的功能分區(qū)，不同的分區(qū)負(fù)責(zé)知覺、運動、注意、記憶、語言等多種功能，腦機(jī)接口通過采集不同腦功能區(qū)的電信號，通過預(yù)處理、特征提取和模式識別，可以實現(xiàn)對大腦活動狀態(tài)或意圖的解碼。
資料來源：興業(yè)國信資管
2、腦機(jī)接口的工作流程：
腦機(jī)接口的目的是把大腦活動轉(zhuǎn)變成對設(shè)備的控制指令，或者通過刺激大腦提供感覺反饋或修復(fù)神經(jīng)功能。腦機(jī)接口的實現(xiàn)通常涉及下述多個處理步驟：
資料來源：興業(yè)國信資管
3、腦機(jī)接口范式：
在特定的腦成像技術(shù)下，由研發(fā)者精心選擇或設(shè)計的一組心理活動或外部刺激范式。在用戶操控腦機(jī)接口時，由計算機(jī)識別與范式相同的腦電信號，從而判斷用戶執(zhí)行哪一個心理活動或接受哪一個外部刺激。常用的范式有：運動想象范式、穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位、視覺P300、聽覺P300、選擇性聽覺注意等。
常用的腦機(jī)接口范式舉例：
（1）運動想象范式：相關(guān)研究已經(jīng)證實，想象激活了大腦中負(fù)責(zé)產(chǎn)生實際運動的區(qū)域。用戶可以通過想象肢體運動進(jìn)而控制感覺運動節(jié)律的幅度，使腦電能量的空域分布出現(xiàn)明顯的差異。BCI系統(tǒng)可依據(jù)上述響應(yīng)差異判斷用戶的控制意圖。
（2）視覺P300：大腦對新奇刺激的特異性響應(yīng)，通常出現(xiàn)在新奇刺激呈現(xiàn)后的300ms時間點附近，因此可通過不同的刺激時序排列對不同的任務(wù)目標(biāo)進(jìn)行編碼，后續(xù)可通過算法檢測P300成分出現(xiàn)的時間，即可判斷使用者注視的目標(biāo)位置（如下圖）。
資料來源：興業(yè)國信資管
五、腦機(jī)接口的分類
腦機(jī)接口尚無完全統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)腦信號采集裝置是否侵入顱骨，是否侵入大腦皮層，分為侵入式、半侵入式和非侵入式。
資料來源：興業(yè)國信資管
六、腦機(jī)接口技術(shù)壁壘與行業(yè)上下游
腦機(jī)接口行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括各類軟硬件設(shè)備，如核心的腦電采集設(shè)備、芯片、系統(tǒng)軟件算法以及外控外聯(lián)設(shè)備等；中游是腦機(jī)接口產(chǎn)品，包括腦電采集平臺和腦電接口設(shè)備，是將上游的軟硬件進(jìn)行的整合與應(yīng)用；下游則涵蓋了多個應(yīng)用領(lǐng)域，如嚴(yán)肅醫(yī)療、科研、消費醫(yī)療、智能家居、文教娛和軍事等，通過將腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用于不同場景，滿足多樣化的市場需求。
資料來源：興業(yè)國信資管
1、技術(shù)壁壘：
腦機(jī)接口是一個跨學(xué)科行業(yè)，建立在神經(jīng)科學(xué)、材料學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)和工程學(xué)等領(lǐng)域的交叉點，具有較高的技術(shù)壁壘。腦機(jī)接口核心技術(shù)難點為：（1）如何高效、長期、穩(wěn)定的獲得精確的腦電信號。（2）如何更好的識別和運算腦電信號。
因此，目前限制腦機(jī)接口發(fā)展的主要技術(shù)難點為電極界面設(shè)計、腦電信號處理芯片以及腦信號識別的算法與AI大模型，這也是行業(yè)最具價值企業(yè)的核心競爭力所在。
2、上下游產(chǎn)業(yè)鏈：
（1）腦機(jī)接口上游核心元件為電極和芯片，目前全球腦機(jī)接口尚處于初期階段，且各中游公司技術(shù)路徑差別較大，電極制備尚處于少量定制研發(fā)階段，BCI主芯片目前國內(nèi)發(fā)展較為薄弱，當(dāng)前供應(yīng)商主要以德州電氣(TexasInstruments，TI)、意法半導(dǎo)體等國際大廠為主。
（2）腦機(jī)接口下游主要應(yīng)用于醫(yī)療健康、消費娛樂、智能家居、軍事等領(lǐng)域，主要具備監(jiān)測、改善/恢復(fù)、替代和增強(qiáng)四大功能。目前因中游產(chǎn)品端尚在研發(fā)階段，下游應(yīng)用市場尚未完全放量。
資料來源：興業(yè)國信資管
七、腦機(jī)接口市場規(guī)模與融資現(xiàn)狀
1、 腦機(jī)接口市場規(guī)模增長迅速：
2024年規(guī)模約21億美元，2033年達(dá)87億美元。中國市場也快速崛起，2021年腦機(jī)接口設(shè)備市場規(guī)模約10億元，預(yù)計到2040年綜合市場規(guī)模將超1,200億元。
資料來源：金鼎資本、興業(yè)國信資管
2、投融資市場經(jīng)歷爆發(fā)期后逐步趨于冷靜：
2014年~2023年8月，中國腦機(jī)接口行業(yè)發(fā)生融資事件170起，涉及公司數(shù)60家，已披露融資金額事件78起，已披露融資總額58.45億人民幣。2014年~2020年中國腦機(jī)一級融資數(shù)量與金額呈平穩(wěn)上升趨勢，2021與2022年迎來短暫爆發(fā)期，兩年的投融資事件數(shù)占總事件數(shù)的41.1%；兩年披露的融資總額42.17億人民幣，占?xì)v年總金額數(shù)的72.1%；2023年，受整體大環(huán)境影響，腦機(jī)接口一級市場逐步進(jìn)入冷靜期，2023H1事件數(shù)僅為4件。
上述發(fā)生170起融資事件的輪次主要集中在A輪，占比52%（89起）；其次是天使輪，占比25%（42起）。整個行業(yè)尚處于發(fā)展初期。B輪和Pre-IPO的輪次主要集中于2021-2022年，事件數(shù)17，占B輪至Pre-IPO融資事件數(shù)的43.5%，在2018年左右獲得早期融資的企業(yè)已經(jīng)進(jìn)入高速成長期。
資料來源：醫(yī)藥魔方、興業(yè)國信資管
興業(yè)國信資管觀察：目前腦機(jī)接口在全球都處于前沿領(lǐng)域，在醫(yī)療健康、消費娛樂、軍事領(lǐng)域等具有明顯的潛在優(yōu)勢和較大的社會經(jīng)濟(jì)價值，是值得關(guān)注的領(lǐng)域。
腦機(jī)接口融資在經(jīng)歷20-22年的爆發(fā)期后進(jìn)入冷靜期，腦機(jī)接口產(chǎn)品落地時間較長，國內(nèi)技術(shù)發(fā)展不平衡，同時臨床、政策與審批帶有較多的不確定性，導(dǎo)致腦機(jī)接口領(lǐng)域在當(dāng)下時間段，投資趨穩(wěn)，一級市場更關(guān)注能實現(xiàn)具體產(chǎn)品的項目。
八、行業(yè)細(xì)分賽道代表公司
腦機(jī)接口行業(yè)地圖
資料來源：興業(yè)國信資管公開資料收集整理
注：以上分類基于公司公開代表產(chǎn)品分類，不代表僅從事單核心業(yè)務(wù)
行業(yè)地圖現(xiàn)狀：腦機(jī)接口按照實現(xiàn)的技術(shù)難度排序為：無創(chuàng)消費及監(jiān)測類設(shè)備、醫(yī)用神經(jīng)刺激調(diào)節(jié)設(shè)備、半侵入式腦機(jī)接口、侵入式腦機(jī)接口。其中神經(jīng)刺激調(diào)節(jié)設(shè)備相對成熟，產(chǎn)品已經(jīng)在中國成功商業(yè)化，頭部企業(yè)如美敦力、品馳等市占率有明顯的先發(fā)優(yōu)勢。
非侵入式腦機(jī)接口目前主攻市場有醫(yī)療監(jiān)測、科研儀器與消費醫(yī)療，目前已經(jīng)有產(chǎn)品成功商業(yè)化，但是醫(yī)療監(jiān)測、科研儀器領(lǐng)域現(xiàn)階段市場規(guī)模相對受限，競爭較為激烈，細(xì)分賽道主要玩家也在積極探索向大數(shù)據(jù)、神經(jīng)刺激產(chǎn)品、侵入類產(chǎn)品和消費級產(chǎn)品等細(xì)分賽道拓展。
侵入式與半侵入產(chǎn)品因為電極長期植入安全性與有效性的問題，尚處于概念驗證階段，長期安全有效的電極材料，更為微創(chuàng)的植入方式可能為未來短期內(nèi)需要突破的技術(shù)難點。目前進(jìn)展最快的為Neurolink的N1，目前已經(jīng)成功完成3例患者植入。第1例患者在植入電極3個月后公開采訪時表示，使用效果較剛植入時有一定的減弱，部分功能無法完成，Neurolink工程師認(rèn)為可能是大腦在顱腔中的晃動導(dǎo)致電極與接觸神經(jīng)元的匹配出現(xiàn)漂移?，F(xiàn)階段國內(nèi)企業(yè)如腦虎科技、博?？档绕髽I(yè)也已經(jīng)完成了動物實驗，目前處于向FIM實驗積極探索階段。
九、結(jié)語
雖然腦機(jī)接口核心產(chǎn)品尚處于早期研發(fā)階段，但可以預(yù)見的是，Deepseek等AI大模型的迅速發(fā)展將會明顯提升腦電信號的辨別能力，進(jìn)一步縮小現(xiàn)階段因材料、芯片等物理壁壘造成的技術(shù)堵點，為腦機(jī)接口領(lǐng)域提供一輪新的加速發(fā)展動力。但同時，腦機(jī)接口收費模式尚未打通，中國初創(chuàng)企業(yè)在產(chǎn)品商業(yè)化后，短期內(nèi)業(yè)績達(dá)到上市體量具有一定難度，投資仍然具有較高風(fēng)險。
興業(yè)國信資管觀點：
（1）供應(yīng)鏈端，因上游供應(yīng)鏈尚未成熟，下游市場尚未打開，現(xiàn)階段市場投資熱點主要集中于中游產(chǎn)品生產(chǎn)制造企業(yè)。
（2）選品端，投資機(jī)構(gòu)會給有終端產(chǎn)品的平臺型公司更高的估值，這類終端產(chǎn)品具有市場想象力大（如侵入性腦機(jī)接口），可實現(xiàn)性強(qiáng)（如DBS等）等特點。
（3）團(tuán)隊端，全球腦機(jī)接口尚處于早期階段，是一場馬拉松式競賽，研發(fā)時間久，商業(yè)化回報周期久。創(chuàng)始人及團(tuán)隊除了需要具備材料學(xué)、芯片、編程、臨床等多方面技術(shù)整合能力之外，較強(qiáng)的融資能力也是投資機(jī)構(gòu)關(guān)注要點。
