2022年脑机接口行业研究报告.pdf

关注提升，场景落地，技术迭代关注提升，场景落地，技术迭代20222022年脑机接口行业研究报告年脑机接口行业研究报告20222022年年1010月月版权归蛋壳研究院所有，仅供客户参考，严禁商用及外传版权归蛋壳研究院所有，仅供客户参考，严禁商用及外传行业摘要行业摘要01010202020203030404各方关注，行业未来发展可期各方关注，行业未来发展可期世界各国相继提出脑计划研究，中国脑计划将脑机融合列为研究重点，脑机接口技术是当前各国竞争的下一个主战场，当前发展已进入应用试验阶段。行业市场规模大，以非侵入式脑机和医疗场景应用为主，国内市场企业多处于融资早期阶段，且以非侵入式企业居多。技术实现患者疾病治疗和健康技术实现患者疾病治疗和健康改善改善脑机接口技术功效多，当前主要应用在医疗健康领域。目前基于神经调控的脑机接口已经实现商业化，同时可以帮助患者进行主动的康复训练以及控制外部设备，改善肢体障碍患者的生活质量。一些可穿戴的脑机接口产品，已经实现健康消费类场景的应用。关注脑机接口两大技术关注脑机接口两大技术路径路径侵入式脑机接口的植入体技术越发成熟，但侵入式技术仍面临长期稳定记录大规模信号的挑战，国内已有企业通过研发新材料、新植入方式及新制造技术解决；非侵入式技术信号采集电极需兼顾电特性/舒适性/便捷性三大特点，同时脑电信号的信息传输率决定了脑机接口系统的性能，此外通过关键技术可以提升系统交互的自然性。浅谈脑机接口未来的发展浅谈脑机接口未来的发展趋势趋势应用端：脑机技术将从原来的以电为主，转为多模态联合应用，同时也可以成为大数据与算法驱动的智能数字疗法，随着技术的发展，未来意念控制等下一代人机交互的方式也将成为现实。技术端：微创式的脑机接口技术可为患者打开一扇新的窗口，同时柔性脑机接口，是未来脑机技术的重点发展方向，此外脑机技术发展将从经典脑机接口到脑机交互再到脑机智能的技术演变。目录目录CONTENTSCONTENTSPart 01Part 01各方关注，行业未来发展可期各方关注，行业未来发展可期 世界各国脑计划风气云涌，美国技术暂时领先 中国脑计划底层布局完善，脑机融合列为研究重点 脑机接口：生物技术和信息技术融合的下一个主战场 脑机接口技术发展当前正处于应用试验阶段 行业市场规模大，以非侵入式技术及医疗场景应用为主 国内行业融资事件数迎来爆发，企业多处于融资早期阶段 侵入式技术壁垒较高，国内布局非侵入式技术企业占比大全球各国脑计划风起云涌，美国技术暂时领先全球各国脑计划风起云涌，美国技术暂时领先美国美国 理解大脑的结构与功能是21世纪最具挑战性的前沿科学问题，有着广阔的应用前景。近年来世界多国相继提出基于脑科学、神经科学和信息科学相结合的人类脑计划，抢占全球科技竞争战略高地。抢占全球科技竞争战略高地。美国作为全球科技创新的领导者美国作为全球科技创新的领导者，对于脑科学研究较早且投入较大，在脑科学基础研究领域技术暂时领先。在脑科学基础研究领域技术暂时领先。欧盟欧盟日本日本加拿大加拿大韩国韩国中国中国20112011202120212017201720132013BRAINBRAIN计划计划2013年1亿美元工具的开发和使用工具的开发和使用获取神经系统及相关疾病的基础知识BRAINBRAIN计划计划2.0&2.0&BRAIN 2025BRAIN 20252020年5亿美元 在技术工具开发的基础上，转向技术集成和大脑新发现技术集成和大脑新发现HBPHBP2013年起 1 10年10亿欧元把神经科学的计算模型用于计算机技术开发先进的ICT技术HBP SGA2HBP SGA23年8800万欧元开发大脑模拟模拟大脑功能Brain/MINDSBrain/MINDS（2014年30亿日元）基于狨猴大脑狨猴大脑的基础、技术、临床研究Brain/MINDSBrain/MINDSBeyondBeyond研究范围扩展到人类和非人类灵长类动物Brain CanadaBrain CanadaFoundationFoundation（6年1亿加元）理解大脑的工作模式，辅助推动大脑疾病的预防、诊断和治疗Canadian BrainCanadian BrainResearch StrategyResearch Strategy理解大脑机制，处理健康挑战，构建人工智能加快政策、社会、健康和经济政策、社会、健康和经济发展脑科学研究推进计划脑科学研究推进计划（2008-20172008-2017）（10年1.5万亿美元）重大神经疾病、脑技术与信息技术融合韩国脑科学计划韩国脑科学计划（5年3400亿韩元）4个技术主题+4个研究生态主题神经伦理学神经伦理学制度、教育与宣传“十四五”规划，明确一体两翼的战略布局科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目“脑科学与类脑研究脑科学与类脑研究”被列为“十三五”规划重大科技创新项目和工程之一资料来源：公开信息，蛋壳研究院中国脑计划底层布局完善，脑机融合列为研究重点中国脑计划底层布局完善，脑机融合列为研究重点一体两翼一体两翼五项五项研究重点研究重点脑认知原理脑认知原理探索、治疗探索、治疗大脑疾病大脑疾病类脑科学类脑科学了解大脑对外界环境的感官认知了解大脑对外界环境的感官认知对人类及非人灵长类自我意识的认知对人类及非人灵长类自我意识的认知对语言的认知，用以研究人工智能技术对语言的认知，用以研究人工智能技术攻克孤独症、抑郁症、老年痴呆症等疾病是首要目标亟须在诊断和治疗上有所突破、形成各类新型医疗产业利用脑科学研究来推动类脑人工智能、类脑计算、脑机接口等与人工智能相关的新技术的发展，主要依赖仿脑计算和脑机接口关键领域脑认知脑认知原理解析原理解析脑介观脑介观神经联接神经联接图谱制图谱制脑重大脑重大疾病机理疾病机理与干预与干预脑智发育脑智发育及类脑计算及类脑计算脑机融合脑机融合脑认知的神经基础脑认知的神经基础脑脑智智发发育育研研究究认知功能认知功能神经环路研究神经环路研究脑研究创新脑研究创新技术平台技术平台脑疾病诊治脑疾病诊治脑健康和脑健康和医疗产业医疗产业临床和社区队列数据临床和社区队列数据和样本库和样本库认知相关重大脑疾病认知相关重大脑疾病早期诊断与干预早期诊断与干预脑机智能技脑机智能技术术类脑人工智类脑人工智能产业能产业临床和社区队列数据临床和社区队列数据和样本库和样本库认知相关重大脑疾病认知相关重大脑疾病早期诊断与干预早期诊断与干预介观全脑神经连接图谱介观全脑神经连接图谱科技创新科技创新20302030“脑科学与类脑研究脑科学与类脑研究”重大项目重大项目“十四五十四五”规划的一体两翼战略布局和五项研究重点规划的一体两翼战略布局和五项研究重点部署部署 中国脑计划以脑认知的神经基础为主体，以脑疾病的诊治及脑机智能技术为两翼开展底层布局，从认识脑、保认识脑、保护脑、模拟脑三个方面开展脑科学与类脑研究，形成护脑、模拟脑三个方面开展脑科学与类脑研究，形成“一体两翼一体两翼”的完善战略的完善战略布局。布局。国家“十四五”规划部署五项研究重点领域，其中脑机融合纳入重点技术研究范畴；脑机融合纳入重点技术研究范畴；2021年，我国正式启动了百亿级的科技创新2030重大项目“脑科学与类脑研究”，当前中国脑，当前中国脑计划研究已进入实际落地阶段。计划研究已进入实际落地阶段。资料来源：公开信息，蛋壳研究院脑机接口：生物技术和信息技术融合脑机接口：生物技术和信息技术融合的下一个主战场的下一个主战场 2018年11月19日，美国商务部工业和安全局”针对关键技术和相关产品的出口管制方案”中，罗列了14类“新兴和基础技术”进行出口管制，其中脑机接口技术位列第脑机接口技术位列第1111位。位。2021年10月26日，美国商务部工业和安全局发布预通知将脑机接口定为对美国国家安全至关重要的潜在新脑机接口定为对美国国家安全至关重要的潜在新兴和基础技术兴和基础技术，需对其适当的出口、再出口和转让（国内）管制。美国商务部脑机接口技术管制美国商务部脑机接口技术管制文件文件脑机接口技术发展当前正处于应用脑机接口技术发展当前正处于应用试验阶段试验阶段学术探索阶段（1924-1969）科学论证阶段（1970-2003）应用试验阶段（2004-至今）学术探索阶段：学术探索阶段：此阶段主要集中于脑科学的研究，还尚未形成对脑机接口的统一认知。19241924年年，德国精神科医生汉斯贝格尔在一名颅骨缺陷的病人头皮上记录到了电流计镜面的微小振动，首次记录到脑电波。19681968年年，Wyrwicka和Sterman首次进行了控制动物大脑信号的尝试。19691969年年，研究员埃伯哈德费兹（Eberhard Fetz）将猴子大脑中的一个神经元连接到了放在它面前的一个仪表盘。当神经元被触发的时候，仪表盘的指针会转动。科学论证阶段：科学论证阶段：此阶段已形成对脑机接口的初步认知，国家力量首次介入，并拥有了行业的国际性会议，聚集了大批有丰富经验与理论基础的研究者，通过大量试验论证科学结论。应用试验阶段：应用试验阶段：在大量科学论证试验后，各类脑机接口技术路线与方法不断成熟，理论成果逐步向商业化落地，美国、欧盟、中国等纷纷开展相关研究工作，并已取得一定的成效，19701970年年，美国国防高级研究计划局（DARPA）开始组建团队研究脑机接口技术。19731973年年，首篇以“脑计算机通讯”命名（brain-computer communication）的论文发表。19781978年年，William Dobelle在一位男性盲人Jerry的视觉皮层植入了68个电极的阵列，并成功制造了光幻视（Phosphene）。19981998年年，Philip Kennedy 和 Roy Bakay 以侵入式脑机接口协助脑干中风患者控制电脑光标，布朗大学同年实现电脑芯片和人脑连接的 BrainGate 技术。19991999年年，在美国举行了第一届国际脑机接口会议，来自 22 个研究团队约 50 名参会者参加此次会议。20042004年年，BrainGate 实现侵入式治疗瘫痪病人。20052005年年，Wyrwicka和Sterman首次进行了控制动物大脑信号的尝试。20082008年年，匹茨堡大学利用脑机接口技术让猴子操作机械臂进行自我投食，标志着生物大脑可直接与外部设备相连。20092009年年，美国南加州大学研制出能够模拟海马体功能的神经芯片。20142014年年，巴西世界杯截肢残疾者凭借脑机接口和机械外骨骼开出第一球.20162016年年，斯坦福大学神经往两只猴子大脑内植入了脑机接口，通过训练，其中一只猴子创造了新的大脑控制打字的记录。20172017年年，Facebook 通过试验，首次实现人意念打字的行为。20202020年年，实现国内首次植入式脑机接口技术新突破，协助七旬老人用意念喝可乐。20212021年年，Neuralink公司演示了他们如何使主研发的传感器硬件和脑植来记 录只9岁的猕猴（名为Pager）在屏幕上玩游戏Pong。20222022年年，马斯克表示已经将自己的大脑上传到云端，并与自己的虚拟版本交谈过。资料来源：公开信息，蛋壳研究院 脑机接口技术的发展可以划分学术探索阶段、科学论证阶段和应用实验阶段。全球脑机全球脑机接口行业发展历程接口行业发展历程分析分析0510152025303540201920202021E2022E2023E2024E2025E2026E2027E全球脑机接口市场规模行业市场规模大，以非侵入式技术和医疗场景行业市场规模大，以非侵入式技术和医疗场景应用为主应用为主 2020年全球脑机接口的市场规模达到14.6亿美元，预计到2027年市场规模达36亿美元，年复合增长率约为14%，行业市场规模大，增速快行业市场规模大，增速快，脑机接口行业未来具有很大发展空间。2020年，非侵入式脑机接口占脑机接口市场规模的86%。目前，受到脑机接口技术和伦理、安全等因素的制约，无论是各国科研院所还是企业，研究重点都侧重非侵入式脑机接口；当前脑机接口技术主要应用于