原创 脑机接口杂谈1

1、项目研发背景和意义

1.1 研发背景

1.1.1 概述

大脑是人体最复杂的部分，犹如一台精密的机器，各部分相互连接并和谐运转来控制大量有意识和无意识的功能。

脑机接口（英文全称为Brain-Computer Interface,BCI或Brain-Machine Interface,BMI）指在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接，实现脑与设备的信息交换。其工作流程包括脑电信号的采集和获取、信号处理、信号的输出和执行最终再将信号反馈给大脑。

脑机接口广义除了输出式BCI，还包含输入式 BCI 和双向闭环 BCI。输入式 BCI 主要指外部设备的向大脑输入电、磁、声、光的刺激，以调控大脑中枢神经活动。双向闭环 BCI 主要指大脑向外部设备输出通信或控制指令，外部设备在执行指令过程中把结果反馈给大脑，从而完成脑-机信号交互的闭环。

脑机接口的技术分类，按照信号采集方式划分，主要分为侵入式、非侵入式和半侵入式。

侵入式指通过手术等方式直接将将芯片、传感器等硬件设备植入颅腔内或电极植入大脑皮层，获得高质量神经信号。非侵入式是指无需通过侵入大脑，只需通过附着在头皮上的穿戴设备对大脑信息进行记录和解读。半侵入式介于侵入式和非侵入式之间，将脑机接口植入到颅腔内，但是在大脑皮层外，降低了手术风险和免疫反应。

脑机接口在医疗健康领域的概况分析，医疗健康领域是目前脑机接口最大的市场应用领域，也是增长最快的领域。

表2

1.1.2 政策背景：“脑科学”成为国家重点前沿科技项目

作为下一代人机交互技术，脑机接口近年来也受到政策重点关注，“十四五”规划和2035年远景目标将“脑科学”列为国家重点前沿科技项目。《“十四五”医疗装备产业发展规划》明确提出加快研发基于机器人、智能视觉与语音交互、脑机接口、人机交互与智能控制技术的新型护理康复装备。

2022年10月，上海印发《上海打造未来产业创新高地发展壮大未来产业集群行动方案》，明确提出要“加速非侵入式脑机接口技术、脑机融合技术、类脑芯片技术、大脑计算神经模型等领域突破。推动类脑芯片、类脑微纳光电器件、类脑计算机、神经接口、智能假体等研发创新。探索脑机接口技术在肢体运动障碍、慢性意识障碍、精神疾病等医疗康复领域的应用。

表3：脑机接口政策汇总

1.2 研发意义

个性化医疗保健的兴起不仅改善了诊断和预防领域，也改善了治疗领域。数字技术和大数据已经带来了许多新的方法，包括靶向治疗方案、定制的3D打印植入物和智能医疗设备。深部脑刺激（DBS）设备可以提供电子脉冲来帮助治疗帕金森病和癫痫等疾病。它的工作原理是在病人的大脑中植入小电极，并向特定的神经区域发送电脉冲。随着生活压力的增加，睡眠问题逐渐成为社会关注的热点。睡眠监测设备作为解决睡眠问题的关键工具，在中国市场呈现出迅速发展的趋势。睡眠慢波的变化可以影响神经元的可塑性和突触连接的改变，睡眠EEG在神经损伤康复中极具前景。各种与神经系统相关科技在研发改进。

脑机接口是前沿科技交叉融合领域，是世界各国着眼美好未来的共识领域，脑机接口作为生命科学和信息技术深度交叉融合的前沿新兴技术，是面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康的重要领域，也是培育经济发展新动能、打造竞争新优势的未来产业领域。同时脑机接口的研发能进一步提升公司的科技研发水平，综合过往多年的科技成果，迈向更高的台阶。

2、国内外技术发展现状和趋势

2.1脑机接口发展情况

2.1.1脑机接口历史发展

1929年，人类脑电波的存在首次被记载，为人类脑部活动研究开启了全新的可能性。

1969年，侵入式脑机接口技术首次被应用于灵长类动物，这证明了大脑的神经可塑性。

1978年，第一例用于视力恢复的侵入式脑机接口设备被成功植入人体，这次尝试率先证实了脑机接口技术与仿生技术融合的可操作性，引领了用科技突破生理障碍的进一步探索。

1988年，非侵入式脑机接口首次成功应用于控制实物。

1998年，首例可用于运动模拟的侵入式脑机接口被植入人体。

2014年，首例非侵入式脑-脑接口实现成功。

2015年开始，脑机接口行业开始出现大量初创企业，这些企业成果研发了一系列消费级脑机接口产品，脑机接口技术研发成果的产业化开始加速。

2.1.2 脑机接口（睡眠医疗）市场现状

2.1.2.1政策环境：中国政府对睡眠健康问题越来越重视，相关政策也在不断出台，如《健康中国2030》等，这为睡眠监测设备市场的发展提供了良好的政策环境。

2.1.2.2市场规模：根据市场调研数据显示，2024年中国睡眠监经济市场规模预计达到5349亿元，同比增长7.9%。市场增长主要受到消费者对睡眠健康意识的提高以及医疗保健机构对睡眠监测设备的需求增加的推动。

图1

2.1.2.3竞争格局：中国睡眠监测设备市场呈现出多家知名品牌与新兴品牌竞争的格局。知名品牌包括飞利浦、迈瑞、西门子等，新兴品牌包括强脑、绘睡、beddit等。

图2

未来睡眠相关疾病的流行和制造商数量的增加将加速了家庭睡眠监测设备的发展，根据预测，到2028年全球家用睡眠监测设备行业市场规模将达到51亿美元，2022-2028年年复合增长率在8.5%左右。

2.1.3 侵入式技术壁垒较高，企业主要布局于非侵入式领域

侵入式或半侵入式脑机接口需要在脑部进行芯片等硬件植入，会破坏脑部的天然物理防护系统，引起人脑的手术创伤、出血、感染等问题；若相关软硬件设施被非法使用，还可能引发脑部混乱，严重情况下可能导致脑部受损，危及生命安全。另外，侵入式脑机接口与非侵入式相比，具有更高的技术和资金门槛，因此，目前非侵入式脑机接口仍然是市场上的主流技术路线。

2.2 未来发展趋势

2.2.1技术创新：随着科技的进步，睡眠监测设备的技术不断创新，如人工智能、物联网等技术的应用，将提高睡眠监测设备的准确性和便捷性。

2.2.2市场扩张：随着消费者对睡眠健康意识的提高以及医疗保健机构对睡眠监测设备的需求增加，睡眠监测设备市场将进一步扩张。

2.2.3消费升级：随着消费者对高品质、个性化产品的需求增加，睡眠监测设备消费将向高端市场转移，产品品质和个性化需求将成为市场竞争的关键因素。

近年来，我国脑机接口行业虽然出现了大量的初创企业，专利申请量、融资事件数量及金额都有了大幅增长，但是从应用层面来看，脑机接口产品距离大规模产业化仍有一定的距离。

图3

3 预期的应用前景及效益分析

在国家鼓励医疗器械国产化政策的推动下，国产医疗器械的研发及应用越来越广泛，正以燎原之势得到推广。我国脑机接口行业虽然出现了大量的初创企业，专利申请量、融资事件数量及金额都有了大幅增长，但是从应用层面来看，脑机接口产品距离大规模产业化仍有一定的距离。为促进脑机接口技术进步、实现脑机接口的产业化，国家一方面提出要加强脑科学等基础研究，推进脑科学科普工作，另一方面鼓励脑机接口企业加快产品在医疗、康复、虚拟现实、教育等典型领域的应用。

根据市场调研数据显示，2023年中国睡眠监测设备市场规模达到300亿元，同比增长20%。市场增长主要受到消费者对睡眠健康意识的提高以及医疗保健机构对睡眠监测设备的需求增加的推动。