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用意念操控机器、思维永生、机械飞升，科幻作品中对人工智能与生物智能融合的想象，有可能对应着脑机接口、脑机智能的最终版本。从1970年代至今，脑机接口技术从基础研究进入行业应用历经了50多年，预计实现大规模商业化仍需5年至10年，当前在医疗领域为各种神经性疾病带来新的解决方案，并且已有成熟案例。
06 行业市场规模
脑机接口当前市场规模较小，但未来发展空间巨大。随着未来十年内脑机接口应用普及和成熟，市场规模将显著增长。根据麦肯锡《脑机接口标准化白皮书2021》，2019年全球脑机接口市场规模约12亿美元，预计到2027年达37亿美元，CAGR为15.5%。据国际市场研究机构IMARC Groupe的数据显示，2022年脑机接口市场规模为17.4亿美元，预计到2027年将达到33亿美元。麦肯锡预测未来10到20年，全球脑机接口产业将产生700-2000亿美金经济价值，仅医疗领域2030-2040年全球潜在市场规模400亿美元，其中，严肃医疗150亿美元，消费医疗250亿美元，年复合增长率大于10%。国内市场方面，根据量子位的专题报告，到2040年，我国脑机接口行业综合市场规模有望超过1200亿元，直接市场规模（主要为设备）可能超过500亿元。其中，科研级市场增长约10倍，消费级市场增长将超过50倍。脑机接口在替代神经药物方面同样潜力巨大，当前全球神经药物类市场规模达上千亿美元，假设替代率达到十分之一，对应市场规模也可达上百亿美元。
老龄化带来脑机接口巨大需求，脑部疾病患者将是最大的客户群体。脑卒中和阿兹海默症（老年痴呆症）为全球发病率最高的两种疾病，全球老龄化进程加速，对应脑疾病患者群体规模庞大且持续增长。据世界卫生组织定量评价，全球脑疾病患者约占全部疾病的11%，社会负担接近人类疾病总负担的30%，已超过心血管疾病或癌症。我国正加速走向老龄化社会，老年脑疾病患者可占老年人总数的10%，各种脑疾病患者人数近1.3亿人，其中阿尔兹海默症患者达到1600万人、占全球四分之一，未能满足的临床需求持续存在，脑机接口将在脑疾病康复医疗领域发挥不可替代的作用。
残障人群是脑机接口应用的另一大客户群体。根据中国残联统计数据，我国肢体残疾2472万人，视觉障碍群体将近1800万，有听力残疾人数达2780万人。我国有数百万因脊髓损伤而高位截瘫的患者，每年有近10万患者因颅脑外伤、脑卒中、缺血缺氧性脑病等病进入长期的意识障碍状态，即成为“植物人”。残障人群的医疗需求也将为脑机接口带来巨大的市场空间。
07 脑机接口产业链概况
1、产业链整体情况
脑机接口产业链上游包括脑电信号采集设备（核心器件为电极/探针）、脑电信号处理设备（核心为芯片）、外控外联设备、系统软件等，中游为脑机接口设备和平台，下游为各行业应用。
脑机接口企业以下游应用为主，我国企业数量进入全球第一梯队。根据中国信通院《脑机接口技术发展与应用研究报告（2023年）》统计，截至2023年第一季度，全球脑机接口代表性企业超500家，分布在40余个国家，其中美国和中国企业数量破百，在数量上位列全球第一梯队。从产业链分布来看，上游电极、芯片、外设、相关核心器件的企业占比8%，中游的医用及科研用工具、分析软件和采集设备企业占比30%，下游应用解决方案企业占比62%，其中侵入式技术路线企业占比9%、非侵入式路线企业占比53%。
我国脑机接口行业起步较晚，但发展较快。欧美主要科技大国在脑机接口领域对我国设立技术壁垒，比如美国商务部在2018年发布《出口管制改革法案》，禁止包括脑机接口在内的14项技术对我国输出。但在科研、产业和资本多方力量加持下，近年来我国脑机接口行业仍取得显著进展，在产品设计、生产、应用与临床场景的开发方面均进入全球前列。
从资本市场情况看，根据中国信通院报告，2013年至2023年第三季度，全球脑机接口领域风险投资累计近800笔，总金额超过100亿美元规模，获投企业近300余家。从已融资规模和估值情况来看，全球脑机接口重点企业主要分布在美国和中国，代表企业如Neuralink（埃隆·马斯克旗下）、Synchron、Mindmaze（瑞士）、Kernel、Paradromics等，国内融资规模和估值较高的企业主要有脑虎科技、强脑科技、优脑银河、阶梯医疗、博睿康、景昱医疗等企业。从我国企业地区分布来看，北京的初创企业最为密集，其次为上海、杭州、深圳，广州、苏州、西安、武汉等重点城市也有部分企业分布。
2、重点环节
——电极
作为脑机接口的关键采集器件，电极决定着所采集脑电信号的质量和最终的控制效果。侵入式脑机接口的电极主要有刚性和柔性电极。刚性电极以密歇根电极和犹他电极两种电极为代表，具有技术较成熟、稳定性好、电极密度高、耐体液腐蚀等优点，但其硬度远高于脑组织，难以随大脑运动，容易形成愈伤组织，小胶质细胞可能会积聚并包裹电极，最终导致信噪比和记录能力下降，因此，提高长期记录应用的机械顺应性非常重要。目前研发创新方向包括依托微纳加工和封装技术提高电极的通道密度，以及刚性条件下低损伤植入的方法。
柔性电极对大脑的损伤小，将成为未来电极的主要方向，其弹性模量和剪切模量与脑组织类似,可以适应大脑的弯曲拓扑结构，柔性材料应具备良好的生物相容性、柔韧性和微加工工艺兼容性，聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚酰亚胺（PI）、聚对二甲苯（Parylene）等是常用材料，当前凝胶成柔性电极材料的热门选择。
非侵入式电极以头皮EEG记录电极最为常见，按材料主要可分为干电极、半干电极和湿电极，便携性、可用性和美观性不可或缺。基于水凝胶的湿电极可以提供更好的附着力和舒适度，但容易脱水。干电极的附着力较差，信号相对不稳定、阻抗较高，比湿电极更容易受到电源干扰和运动伪影的影响。目前非侵入式电极的主要研发方向包括改进材料以提升导电率，以及改进结构以促进电极与皮肤充分接触。
电极主要是脑机接口厂商自研。国际厂商包括美国Blackrock Neurotech（犹他电极代表企业）、Neuro Nexus、Neuralink、NIURACORP、Precision Neuroscience、BMSEED、德国CorTec、Multi Channel Systems、瑞士3brain、日本村田制作所等，国内主要有博睿康科技、苏州科斗脑机、深圳微灵医疗、浙江柔灵科技、武汉衷华脑机、上海阶梯医疗、北京华科恒生、苏州意忆计科技等。
——芯片
脑机接口芯片主要包含通用芯片和ASIC两种方案，由于需要承载脑电信号采集、处理、反馈等功能，技术难点是要实现低功耗、高通量、小型化，侵入式芯片要求更高。随着高通量采集与实时计算的高需求，将数据处理与计算集成于一体的专用DSP芯片未来可能会出现。目前脑机接口芯片仍以国外芯片为主，但已有国产芯片小规模化落地。非侵入式的脑电采集芯片主要是使用美国TI，国内中科院自动化研究所等团队也进行相关研究并取得阶段性成果；侵入式芯片美国Intan已实现产业化落地，给全球多个研究团队供货，IMEC公司的神经读出微芯片硅基植入式探针和IC信号处理电路集成在一根硅针上且实现流片，国内海南大学、复旦大学等单位也均开展相关研究。厂商自研方面，国外Neuralink、Neuro Sky均自研集成化的ASIC芯片，国内的中电云脑（天津大学与中国电子合作）研发出首款脑机接口专用编解码芯片“脑语者”。
——脑电采集设备
脑电采集设备以脑电图（EEG）设备为主，一般由电极（电极帽）、放大器、记录器和其他功能部件（连接、数据线、电源）组成。随着老龄化发展和居家监测需求提升，对脑电采集设备的轻量便携和多模态同步采集需求更加旺盛。根据医疗行业咨询机构DelveInsight的数据，2022年全球脑电采集设备市场规模10.5亿美元，预计2023年至2028年CAGR为9.96%，2028年达到18.5亿美元。从全球市场来看，日本光电和美国尼高力占主导地位，国内博睿康的品牌影响力日益提升。国内其他研发企业还有苏州念及智能等。
08 国内外政策支持情况
全球主要国家均重视脑科学和脑机接口研发。美国自1970年即开始支持脑机接口研发，正是在美国国家科学基金会（NSF）、美国国防高级研究计划局（DARPA）的先后资助下，Jacques J. Vidal才正式提出了“脑机接口”的概念。美国在2013年脑计划之后持续进行脑机接口的科研投入，科研项目数量和资助资金总额全球领先。欧盟2013年发起为期十年的“人类脑计划（HBP）”，26个国家、135个机构参与，在人脑图谱绘制、癫痫和帕金森治疗方面有所突破。日本、韩国、加拿大、澳大利亚也陆续开展类似资助计划。
“十三五”以来，我国脑科学和脑机接口相关规划政策陆续出台。我国《“十三五”规划纲要》将“脑科学与类脑研究”列为“国家重大科技创新和工程项目”，“中国脑计划”自2016年启动。2017年四部委联合印发《“十三五”国家基础研究专项规划》明确提出了脑与认知、脑机智能、脑的健康三个核心问题。在“十四五”规划中，“脑科学与类脑研究”被列为七大科技前沿领域攻关项目之一，而脑机接口技术更是其关键技术之一。工信部在2023年8月发布了《新产业标准化领航工程实施方案（2023—2035年）》，脑机接口作为未来产业代表之一，是标准化工作的重点方向。工信部、教育部、科技部等七部门2024年1月发布的《关于推动未来产业创新发展的实施意见》列出的十大标志性产品就包含脑机接口。2024年2月，科技部国家科技伦理委员会人工智能伦理分委员会编制并发布了《脑机接口研究伦理指引》，这是我国在脑机接口研究领域的首部伦理指引。
重点城市加强培育发展脑机接口产业。多省市将脑机接口纳入本省十四五规划，北京、上海、杭州等地发布了区县级的脑机接口相关行动方案。上海是全国最早提出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，2015年发布全球有影响力科技创新中心建设二十二条，将脑科学与人工智能列为重大基础工程之首。上海浦东区《培育发展未来产业行动方案》中提出到2030年形成若干具有国际竞争力的未来产业集群，包含脑机接口在内。北京市在2019年印发的《北京市机器人产业创新发展行动方案（2019—2022年）》、2023年9月印发《北京市促进未来产业创新发展实施方案》中均提到发展脑机接口产业。2021年，杭州西湖区率先布局脑机智能产业，全力打造脑机智能产业链，建立国内首个脑机智能产业园区。