脑机接口技术发展与应用研究报告（2023年）

(2023年) 中 国 信 息 通 信 研 究院脑机接口产业联盟2023年12月 版权声明 本报告版权属于中国信息通信研究院，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国信息通信研究院”。违反上述声明者，本院将追究其相关法律责任。 前 言 当前，脑机接口概念越来越多地进入公众视野，人们也更加深入地接触到各种新产品和新应用。脑机接口技术创新活跃，有望成为促进经济社会发展、改善民生健康的重要力量。我国政府积极推动脑机接口产业发展，相关政策和行动方案陆续发布。随着神经科学、计算机、电子、医学等技术的发展，脑机接口技术的工程化进度加快，产业发展提速，正在形成政策积极引导和社会广泛参与的良好氛围。 当前脑机接口技术主要应用方向在医疗领域，该技术能为癫痫、帕金森、抑郁、多动症、自闭症、截瘫、卒中、阿尔兹海默症、意识障碍、疼痛、耳鸣、听力受损、视力受损和睡眠障碍等神经相关疾病诊治带来新的解决方案，相关患者如果能受益脑机接口的创新成果、享受技术发展红利，是践行“以人民为中心”发展思想的集中且生动的体现。 脑机接口技术的潜力巨大，绝不仅限于用在医疗领域，脑机接口与多种外部设备的结合能带来多种应用方案，具有更为广阔的发展空间。在教育领域能提升认知能力和协助职业规划；在工业生产领域能协助安全监测保障作业人员安全；在体育领域能辅助运动员和教练提高训练效果；在消费领域能客观评估用户体验和优化产品设计；在航天航空领域能辅助训练和客观反馈训练者感受。脑机接口技术在不断造福于民的过程中彰显科技创新的意义和价值。 脑机接口的创新生态不断完善，技术持续深入迭代，产品服务供给日益丰富，融资活水持续注入，由此推动脑机接口的应用加速向规模化发展过渡。本白皮书紧密跟踪国内外脑机接口发展动态，从技术和应用维度总结全球最新进展，重点展现应用成效，研判未来发展前景，提出举措建议。希望为关注脑机接口的相关单位以及社会人士提供参考和帮助。 脑机接口已经历经五十年发展历程，多国为期十年的前期投入已助力脑机接口技术和产业从应用萌芽期迈入普及期，有望在十年内实现“应用解决方案效果良好，多类解决方案走向成熟”的目标。脑机接口是事关经济社会发展的战略性领域，其深化发展有利于我国在未来产业科技竞争中抢占制高点。本白皮书希望引发各界对脑机接口技术的广泛关注，深入了解该技术并充分重视其基础性作用和战略性作用，遵循其综合性特点推动大科学计划、大科学工程、基地平台等一体化建设运行，从而在更大范围、更宽领域、更深层次应用，推动未来产业向高端化和智能化发展。 目 录 一、脑机接口产业全球发展欣欣向荣....................................................................... 1 （一）“脑机+”特点突出，加快融入诸多领域............................................... 1（二）发达国家高度重视，创新政策陆续出台............................................... 1（三）新生企业增速下降，中美集聚创新力量............................................... 3（四）金融投资更加谨慎，系统方案商倍受关注........................................... 5 二、脑机接口标志性技术和产品创新涌现............................................................... 8 （一）电极........................................................................................................... 8（二）芯片......................................................................................................... 14（三）神经外科手术机器人............................................................................. 14（四）脑电采集设备......................................................................................... 15（五）超高场磁采集设备................................................................................. 17（六）无创光采集设备..................................................................................... 17（七）分析设备................................................................................................. 19 三、应用解决案例日渐丰富多元............................................................................. 20 （一）医疗应用仍为主流，非医疗应用多点开花......................................... 20（二）医疗领域应用发展蓬勃，部分疾病诊疗效果喜人............................. 22（三）非医疗领域应用多点开花，主观人为感受得以数字化..................... 31四、脑机接口迎来发展良机且未来可期................................................................. 37（一）五十载技术迭代终迎春，新阶段应用普及逢良机............................. 37（二）脑机接口前景未来可期，持续彰显科技创新价值............................. 39（三）联盟搭建平台发挥实效，跨界共协同仍需多方努力......................... 40 图 目 录 图1国外政府资助的脑机接口立项金额（2013-2022期间）................................. 2图2历年各技术路线新增脑机接口企业数量........................................................... 4图3历年重点国家新增脑机接口企业数量............................................................... 5图4脑机接口企业获得投资金额趋势....................................................................... 6图5植入式技术路线企业获投情况.......................................................................... 7图6非植入式技术路线企业获投情况...................................................................... 8图7常规ECoG和μECoG阵列比较.........................................................................10图8 HI LLC的光采集专利各受理局申请趋势........................................................19图9脑机接口下游应用解决方案企业研发方向......................................................21图10热点应用方向的脑机接口企业国家分布........................................................21图11 Orion的电极放置和植入部位......................................................................... 24 表 目 录 表1脑机接口发展规律............................................................................................ 38 一、脑机接口产业全球发展欣欣向荣 （一）“脑机+”特点突出，加快融入诸多领域 脑机接口技术能广泛适用于多种场景，并与多种外设结合。业界已广泛存在将脑机接口技术与安全帽、轮椅、外骨骼、无人机、汽车、虚拟现实头显等设备进行结合的案例。脑机接口技术与外部设备结合，一方面促成新产品诞生，比如脑控助眠仪、脑控鼠标、冥想脑状态监测等产品已经问世；另一方面为传统解决方案提供新思路，例如以神经反馈方式或神经刺激方式治疗疼痛、抑郁症、认知障碍等疾病。从全球实际应用情况看，脑机接口技术在医疗领域可辅助疾病诊断、预警发病和疾病治疗，在教育领域能提升认知能力和协助职业规划；在工业生产领域能协助监测保障作业人员安全；在体育领域能辅助运动员和教练提高训练效果；在消费领域能客观评估用户体验和优化产品设计；在航天航空领域能辅助训练和客观反馈训练者感受。 （二）发达国家高度重视，创新政策陆续出台 全球科技发达国家高度重视发展脑机接口，长期给与立项和资金支持。2013年，美国启动“推进创新神经技术脑研究计划”（简称“脑计划”），2021年该项目公布了在分子水平上绘制的哺乳动物初级运动皮层细胞类型特征图，是迄今为止绘制哺乳动物大脑最全面细致的图谱。美国在2013年脑计划之后持续进行脑机接口的科研投入，国立卫生研究院（NIH）、国家科学基金会（NSF）、国防高级研究计划局（DARPA）等政府部门资助了多家高校和公司开启脑机 接口相关研究，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“人脑计划（Human Brain Project，HBP）”，投入近6.07亿欧元，截止2023年19个国家的155个研究机构参与该计划，在人脑图谱绘制、癫痫和帕金森治疗方面有所突破。日本在2014年启动为期十年的“综合神经技术用于疾病研究的脑图谱”计划，2018年绘制出狨猴大脑的3D图谱。韩国、加拿大、澳大利亚也陆续开展类似资助计划。 我国政府陆续发文为脑机接口指引发展方向和重点。2016年我国《“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”，标志“中国脑计划”全面展开。近年来从中央到地方就发展脑机接口密集释放重要信号，指明发展重点和发展方向，并将脑机接口纳入未来产业。在发展方向方面：工业和信息 化部在2023年8月22日发布了《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。工业和信息化部在9月13日发布《工业和信息化部办公厅关于组织开展2023年未来产业创新任务揭榜挂帅工作的通知》，脑机接口芯片、系统和多方向应用被纳入揭榜挂帅的任务清单。在发展重点方面：多省市将脑机接口纳入本省十四五规划，提出开展脑机接口基础研究，推动成果转化和