2023中国脑机接口行业研究报告

研究问题 一、脑机接口概述 三、投融资分析 脑机接口的概念、科学意义、分类脑机接口50年发展沿革、国内发展情况脑机接口政策梳理脑机接口头部企业Neuralink介绍脑机接口产业链关键技术盘点脑科学最新基础研究成果、人工智能带来的发展契机脑机接口的技术应用：医疗健康、娱乐、教育、智能生活、军工等脑机接口当下技术成熟度、应用场景和痛点脑机接口未来发展趋势 投融资整体趋势轮次分布地区分布赛道分布活跃投资机构大额融资事件 四、投资建议行业总结投资建议与风险提示 二、市场竞争分析 行业图谱宏观市场情况市场参与者、参与者画像、细分领域头部企业国内外企业发展情况 01行 业 综 述 02市 场 竞 争 03投 融 资 分 析 04投 资 建 议 行业综述 今年是脑机接口一个重要年份，脑机接口（braincomputer interface，BCI）专有名词1973年创立，现在正好50年。 作为人机交互的特殊形态，脑机接口颠覆传统的人机交互必须有肌肉组织参加的方式，可直接从大脑提取信号控制外部设备，替代、恢复、补充或改善大脑的功能，在医疗健康、教育、游戏娱乐等领域拥有广泛的应用场景。 定义：人脑和外界环境间新的交互方式 •脑机接口（Brain Computer Interface，BCI )，旨在大脑与外部环境之间建立一种不依赖于外周神经系统的交流与控制通道，从而实现大脑与外部设备的直接交互。•分类：脑机接口系统可以根据脑信号采集的方式，分为侵入式和非侵入式脑机接口；也可以根据脑机接口范式/感觉刺激/采用的信号进行分类，可分为单一范式/单一感觉刺激/单一脑信号的脑机接口和混合脑机接口。 意义：脑疾病患者群体规模增多，但基础研究相对落后 •脑机接口在医疗领域的疾病治疗、功能恢复上展现出巨大的价值。首先，全球范围内脑疾病患者群体规模庞大，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。数据显示，仅我国各种脑疾病患者人数近1.3亿未能满足的临床需求持续存在。•其次，脑部疾病的药物研发难度很大，很多神经、精神疾病的致病机理尚未明确，临床试验设计的难度也很高，且神经类药物也常常伴随着较明显的副作用。 ▲脑部疾病相关药物从临床试验最终走向上市的概率仅5.9%，在所有疾病药物中的研发成功率最低，并且近年来批准的神经系统疾病药物的数量也维持在 个 位 数 。 （ 数 据 来 源 ： B I O 、 Q LSA dvi sor s、Biomedtracker） ▲肿瘤药物继续在批准名单中占据主导地位，而感染性疾病和神经疾病的批准数量相对较少。（数据来源：NatureReviews DrugDiscovery）自身免疫性疾病 分类：侵入式信号采集质量更高，非侵入式更安全 •脑机接口系统可以根据脑信号采集的方式，分为侵入式和非侵入式脑机接口；•也可以根据脑机接口范式/感觉刺激/采用的信号进行分类，可分为单一范式/单一感觉刺激/单一脑信号的脑机接口和混合脑机接口。 发展沿革：诞生于50年前，近年来在应用实验阶段持续深入 •50年前，美国加州大学洛杉矶分校的计算机科学家雅克·维达尔设想，通过放置在头皮上的电极可检测到大脑发出的实时信号翻译后用于控制计算机，首次描述了脑机接口的科学概念与设想，“脑机接口”概念诞生。•根据睿兽分析数据，2015年~2020年成立的中国脑机接口企业逐年缓慢攀升，至2021年达到顶峰，说明产业化进程逐渐加速，近两年随着头部企业进入临床阶段，行业技术迭代有利于消费级脑机接口找到落地场景，一系列行业标准和政策也在不断跟进。 未来发展趋势：从脑机接口向脑机智能进阶 •随着相关技术的不断进步和创新，脑机接口在硬件、软件、算法等方面将会不断完善和提升，显现出三种发展趋势。 逐渐从简单的单向脑机接口（产生、获取解析脑信号）到人机交互，最后达到人机共融、协同决策的高智能状态； 行业现状：技术壁垒众多，产品研发和迭代需平衡兼顾各种因素 •从宏观的产业化角度看，脑机接口系统核心技术壁垒很多：非侵入式主要在脑科学的基础研究、AI算法等；侵入式主要在电极、芯片、临床诊疗，产品研发和上市流程相对更复杂。•从微观的企业生产角度看，包括良品率提升等关键环节都成为研发和量产优质脑机接口产品的必修课。 行业现状：技术壁垒众多，产品研发和迭代需平衡兼顾各种因素安全与隐私保护标准 •同时，在产品研发和迭代的过程中，目前最大的技术挑战之一是平衡性能、可用性、可商业化等因素，同时符合政策审批要求，未来有可能会涉及伦理、隐私安全等社会问题，更加考验企业的市场化策略和资源整合能力。术语标准 ▲脑机接口产品通常所需政策审批 ▲脑机接口标准框架 行业痛点：当前技术成熟度低，遵循脑机接口“摩尔定律” •当前脑机接口技术成熟度低，面临着种种难关，既是挑战，也是机遇。 挑战 ▲脑机接口的摩尔定律（Stevenson定律）。神经信号记录规模的增长趋势平均每7.4年可同时记录的神经元数量可翻倍（犹他阵列电极研究范式）。 技术驱动：中国脑接机口研究加快国产替代与自主创新步伐 •我国脑机接口行业起步较晚，与国外存在5~10年的差距，而且目前世界主要科技大国在脑机接口领域加速设立技术壁垒，限制技术对外出口。例如，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。•但是，在各大科研院校及相关企业的努力下，我国脑机接口行业正在加快追赶步伐。近10年左右，中国脑机接口核心期刊论文发表数量和专利发表数量逐年攀升。 技术驱动：主要研究机构通过产学研联动协同发展 •近年来，在国内脑机接口主要研究机构产学研联动下，细分领域的技术和应用有所突破。 技术驱动：以临床试验为主，人工智能为辅，相互促进 需求侧：为超级智能重要的缰绳。 人工智能 脑机接口 类脑智能 产业侧：1.研发环节：受限于数据规模，目前对模型、 中 国 科 学 院自 动 化 研 究 所类 脑 认 知 智 能团 队 类 脑 认 知智 能 引 擎 “ 智脉” ·传感器：金 属 材 料 通 常 较 算法的贡献相对有限；但当AIGC能采集到全周期数据，脑机接口将可以预测、回想和联想。2.应用环节：可以用AIGC来生成报告。 硬，可能会导致脑损伤；非金属材料通常更柔软，可以减 小 对 组 织 的 冲击，但可能由于生物降解或组织包络等原因在体内的保持 时 间 较 短 或 失效。 芯片分类：通用芯片和ASIC两种方案。芯片技术难点：低功耗且高通量，侵入式要求更高。国产替代情况：目前芯片领域仍以国外芯片为主。但已有国产芯片小规模化落地。 资料来源：部分观点采自中科院自动化研究所资料，广东省智能科学与技术研究院黄涌博士，创业邦研究中心 政策驱动：“中国脑计划”提出一体两翼，各地方跟进促进发展 •2020年，国家《十四五》规划中指出，强化国家战略科技力量，加强原创性引领性科技攻关，明确把“脑科学与类脑研究——类脑计算与脑机融合技术研发”纳入其中，“脑科学与类脑科学研究”又简称为“中国脑计划”。•上海早在2015年就提出了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，并于2015年开始实施；北京也加大了政策支持，2018年发布的通知中明确了认知与类脑技术作为第一大领域。对比上海与北京的地方政策，虽均涉及类脑智能，但北京更强调脑机接口的技术研发攻坚，上海则增加了医疗、元宇宙等消费场景的内容。（详细中国各地方政策见附录）发布时间重大事件 政策驱动：国外美、日、韩、加、欧盟等均有布局 加拿大 韩国 •加拿大脑科学家于2017年发起了脑科学研究战略倡议。•致力于改善加拿大神经与精神健康状况，构建加拿大神经科学创新合作平台。 •2022年12月7日，政府发布《数字生物创新战略》。自2023年起的未来十年，计划投入4000亿韩元（约合21亿元人民币）研发经费。•重点研发脑机互动、脑功能和疾病可视化、脑电信号处理和分析技术、电子药物、数字疗法等。 中国 美国 欧盟 •科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目在2021年正式启动。•首批资金为30亿，后续资金规模可达数百亿。 •2013年“人脑计划”（HBP）启动，实施周期为10年。•旨在模拟和理解完整的人脑。•2023年9月底，HBP将停止发放资金，正谋划下一阶段任务重点——使用个性化的大脑模型来推进药物发现和改善大脑疾病的治疗。 日本 •2014年启动，计划每年投入3600万美元，实施周期为10年。•其目标是建立绒猴大脑发育和疾病发生的动物模型，加快对人类大脑疾病的研究。 综合对比世界各国家和地区的“脑计划”，我国在脑机接口领域的布局呈现以下几项特征：•重视脑机接口的科技前沿攻关，但缺少配套发展政策，建议健全可重复、透明的监测和评估程序；•重视战略目标和资金支持，但缺少明确具体的实施方案和主体，建议加强顶层设计，探索战略性政企合作模式；•跨学科发展模式上缺少整合，建议细化研究方向，构建跨学科交叉融合研究网络；•脑机接口神经伦理问题的研究和治理尚处萌芽期，建议加强脑科学伦理研究。 市场驱动：头部企业的示范效应，Neuralink加速商业化进程 临床试验 成立时间： 2017-03，加利福尼亚弗里蒙特融资轮次：D轮，Founders Fund专注领域：侵入式脑机接口技术证书情况：人体试验已获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准。团队构成：马斯克聚集了包含生物学家、工程学家以及人工智能学家等不同领域的7位创始人。 核心技术 手术机器人通过单个8毫米颅骨开口精确有效地插入许多螺纹。 芯片能够更好的保证神经信号的实时性，以便于外设在更短的时间差内做出反应。 植入物“link” 通过自动外科手术机器人将Link以开颅的方式植入大脑内部，然后Link通过蓝牙将处理后的神经信息传递，并与外部设备（Neuralink-App）相连，进而做出打字、移动等反应，最终实现用思考去操作外设的效果。 算法：正在设计自适应算法 技术应用 •医疗健康：为大脑创造一个通用的I/O平台，可以帮助患有衰弱症，例如肌萎缩侧索硬化症 ALS或中风后遗症的人完成日常交互。•其他：用大脑控制其他设备，例如智能手机、电视或电脑。 线 程 （ n e u r a lthreads）：当前的（称为 0.9 版）“线”尺寸为 23 毫米x8毫 米 ， 并 附 有1024 个电极。 市场驱动：最重要最刚需的应用场景-医疗 •市场驱动：脑机接口最初因康复需求而产生，在我国老龄化趋势背景下，能应用于神经系统疾病治疗的脑机技术有较大市场空间。•解决痛点：中国矿业大学机电工程学院唐玮等学者研究表明，脑机接口对脑卒中患者上肢运动功能恢复具有良好的应用前景，并且被证明可以产生常规治疗无法实现的效果，但是其机制尚未被完全阐释清楚；贺斌教授团队研究表明，冥想可以增强人的精神控制能力，并可能促进非侵入性脑机接口技术的广泛应用。•分类：按照疾病类型和面向用户主要分为五类：肢体运动障碍、神经发育障碍、精神疾病、意识与认知障碍、感觉缺陷；按患者需求可大致分为两类：健康、康复。 ▲全球认知障碍数字疗法市场规模。随着全球老龄化加剧，普遍认为认知障碍数字疗法市场的未来增长空间十分可观。（数据来源：弗若斯特沙利文） 市场驱动：更长远更广阔的应用场景-下一代交互 1.注意力监测；2.压力监测；3.教学设计4.智能学习和记忆增强…… 1.“意念控制”为智能家居的控制和操作提供更加便捷、自然和个性化的方式；2.实现智能家居的自适应调节；3.智能床。 智 能 家 居 1.游戏领域的应用较为突出。通过采集玩家的大脑信号，游戏开发者可以设计出更具有沉浸感和互动性的游戏；2.音乐和电影。 1.脑控无人作战装备；2.增强对危险的态势感知；3.更高效、保密的军事通信 02