当科幻走向现实——脑机接口行业研究报告

文/马屹峰 摘要 脑机接口（BCI）作为神经科学与信息科技交叉融合的战略性新兴技术，通过建立大脑与外部设备的直接通信通路，突破了传统人机交互的生理局限，在医疗康复、消费电子等领域具有广泛应用前景。本文系统阐释了脑机接口行业的定义、分类标准与技术体系，梳理了中央与地方协同的政策支持体系，剖析了产业链结构和市场规模增长趋势，分析了产业发展面临的挑战，并提出分阶段的发展建议。 正文 一、脑机接口行业的定义、分类及构成 脑机接口（Brain-ComputerInterface,BCI）是神经科学与信息科技交叉融合的领域，通过特定技术手段在生物大脑与外部设备之间建立直接通信通路，达成脑信号与设备指令的双向转换，绕过神经肌肉等常规传导路径，实现人机交互。脑机接口技术打破了传统人机交互对肢体动作或语言输入的依赖，使大脑与设备的直接交互从科幻走向现实，为多个领域的发展提供了新的可能。 从分类看，脑机接口通常可分为非侵入式、半侵入式和侵入式三类。 从构成来看，脑机接口系统的工作流程主要包含五个环节：其一是信号采集，通过电极或传感器捕捉大脑神经元活动产生的相关信号；其二是信号处理，对采集到的微弱信号进行放大、滤波、去噪等预处理，去除干扰因素；其三是解码转换，利用算法将预处理后的神经信号转化为设备可识别的指令；其四是执行控制，外部设备接收指令并完成相应操作；最后是反馈环节，将设备执行结果通过适当方式回传至大脑。这五个环节共同构成了脑机接口技术的基本框架和循环通路，以保障信息传输的顺畅与有效。 图1脑在环路通信系统 资料来源：清华IDG麦戈文脑科学研究院高小榕/高上凯教授，大公国际整理 二、未来的产业——脑机接口行业的政策支持 脑机接口作为具有战略意义的新兴技术，其发展离不开政策的引导和支持。当前，中国已构建起多层次的政策支持体系，覆盖技术研发、临床转化、市场培育等多个环节，形成了国家战略引领、部门协同配合、地方精准落实的特点，搭建了全方位的政策保障网络，为产业发展提供了明确的方向指引和制度支撑。 三、脑机接口行业市场概况 随着技术突破的持续推进和政策支持的不断加强，脑机接口市场逐步从培育期进入发展期，形成了较为完整的产业链结构，应用场景不断拓展，市场规模逐步扩大，竞争格局也逐渐清晰，逐步形成了以中美为主，其他国家跟进的产业格局。其中，中美两国在脑机接口领域的专利数占全球总数的七成，企业数占全球总数的六成，融资占全球总数的七成。 资料来源：中国信息通信研究院、脑机接口产业联盟，大公国际整理 3.1产业链结构 脑机接口产业链主要包括技术研发、产品制造和场景应用，形成了上游核心器件与技术、中游系统集成与方案提供、下游应用场景的产业链结构。 上游核心器件与技术是产业链的基础，主要包括电极材料与制造、芯片与硬件平台、算法与软件三个细分领域。电极材料与制造领域，侵入式电极以柔性电极、高密度微电极阵列为主要发展方向，非侵入式电极则以干电极、柔性传感器为主；芯片与硬件平台领域，信号采集芯片主要用于多通道信号同步采集，信号处理芯片主要是专用智能芯片；算法与软件领域，信号处理算法多用于降噪、特征提取等，解码模型分为专用算法和普适算法，开发平台则为相关技术研发和应用提供工具支持。 中游系统集成与方案提供是产业链的核心，负责将上游核心器件整合为完整的脑机接口系统，并根据下游应用场景的需求提供定制化服务。具体分为三类：一是侵入式系统提供商，多用于医疗的植入式系统研发与生产；二是非侵入式系统提供商，多用于消费电子和大众健康领域的产品开发；三是综合解决方案提供商，提供从硬件设备到软件算法的一体化服务。 下游应用场景是产业链的需求端，决定了市场规模的增长潜力和产业发展方向。目前，脑机接口的应用场景已覆盖医疗健康、消费电子、工业与专业应用、科研等领域。医疗健康是目前规模较大的应用领域，主要包括神经康复、神经疾病治疗、辅助沟通、精神健康监测等，是当前市场发展的主要驱动力；消费电子领域的应用包括娱乐互动、智能设备控制、健康监测等，随着技术的普及和成本的降低，市场潜力逐步增长；工业 与专业应用领域包括高危环境作业辅助、精密操作支持等，具有特定的市场需求；科研领域的应用主要为脑科学研究提供技术工具，助力基础研究的开展。 3.2市场规模与增长预测 全球脑机接口市场正处于逐步增长阶段，技术进步、政策支持和需求释放共同推动市场规模扩大，根据PrecedenceResearch发布的数据，2024年全球脑机接口市场规模约27.4亿美元。据麦肯锡测算，2030年全球脑机接口在医疗应用领域的市场规模或达400亿美元，随着临床应用的逐步推广和消费电子产品的不断普及，市场将进入稳步增长阶段。 资料来源：PrecedenceResearch，大公国际整理 中国市场的增长势头较为明显，2024年中国脑机接口市场规模为32亿元，年增长率为18.8%。得益于政策支持力度的加大、临床应用的加速推进和消费市场的逐步兴起，根据Precedence Statistics预测，2040年中国脑机接口行业市场规模有望超过1200亿元，复合年均增长率约26%，保持在较高水平，成为全球脑机接口市场的关键增长极。分应用场景来看，医疗健康领域仍是中国市场的主要组成部分，随着医保覆盖范围的扩大和临床应用的普及，医疗健康领域将保持稳定增长；消费电子领域是增长较快的细分市场，预计在未来几年进入规模扩张期，相关产品将逐步走向大众消费市场；工业与专业应用领域目前规模较小，但具有特定的发展潜力，未来有望成为市场增长的补充。 市场增长的主要驱动因素包括四个方面：一是技术进步降低了应用门槛，侵入式技术的安全性和有效性逐步提升，非侵入式技术的精度和成本控制取得进展，推动技术在更多场景的应用；二是政策支持为市场发展创造了良好环境，多个国家和地区出台相关 政策，支持技术研发和临床转化，加速产品上市进程；三是医疗健康领域的需求为市场提供了稳定支撑，相关患者的康复需求较为迫切，为医疗级脑机接口产品提供了持续的市场需求；四是消费电子市场的潜力逐步释放，随着消费者对新兴科技产品的接受度提升，相关消费级产品将迎来更广泛的应用。 四、脑机接口产业面临的挑战及解决方案 尽管脑机接口产业发展势头良好，技术突破和政策支持为产业发展提供了重要支撑，但当前产业仍处于发展初期，面临技术、临床应用、人才、伦理安全等多方面的挑战。 4.1技术挑战 技术层面的挑战是当前脑机接口产业面临的主要问题，主要集中在信号质量与稳定性、功耗与续航两个方面。 在信号质量与稳定性方面，不同技术路线面临各自的问题：非侵入式技术受颅骨和头皮组织的影响，信号强度较弱、空间分辨率不高，难以捕捉深层脑区的神经元活动；侵入式技术虽然信号质量更优，但植入物可能引发脑组织的炎症反应和组织增生，导致信号随时间变化而衰减；同时，由于人体的脑电信号模式存在差异，算法的通用性不足，使用者往往需要经过长时间的训练才能熟练操作，增加了技术普及的难度。 在功耗与续航方面，植入式设备通常需要通过手术植入体内，电池寿命有限，到期后需要再次手术更换，增加了使用者的痛苦和医疗成本；无线传输模块为了实现数据的实时传输，能耗相对较高，进一步缩短了设备的续航时间，限制了设备的功能复杂度和使用场景。 4.2临床应用与商业化的挑战 临床应用与商业化是产业发展的核心目标，但当前脑机接口在临床验证、审批流程、成本控制等方面面临诸多障碍，技术难以快速转化为产品，产品难以大规模普及。 在临床验证与审批方面，由于侵入式脑机接口临床试验的风险较高，涉及侵入性操作，参与者招募难度较大，导致临床试验的样本量不足，难以形成充分的安全性和有效性数据。同时，由于涉及生命安全，审批流程较为复杂，脑机接口作为新兴医疗器械，缺乏成熟的审批标准和评价体系，审批周期较长，产品上市速度缓慢。此外，不同机构的临床试验设计和评价指标不统一，测试结果的可比性不强，审批部门对产品的客观评估的难度很大。 在成本与普及性方面，当前侵入式系统的成本较高；非侵入式设备虽然成本相对较低，但在精度和功能上存在局限，难以满足医疗的精度需求。 4.3伦理与安全 随着脑机接口技术的发展，伦理与安全问题日益受到关注，事涉隐私保护、数据安 全、认知自由等多个方面，若不能妥善解决，将影响社会对技术的接受度，制约产业的健康发展，需要通过技术保护、制度保障、行业自律等多方面构建完善的伦理安全体系。 在隐私与数据安全方面，脑机接口技术的特殊性在于其直接采集大脑信号，这些信号包含了使用者的思维、情感、意图等隐私信息，一旦泄露或被滥用，将对个人权益造成损害。当前，脑机接口数据的采集、存储、传输和使用缺乏完善的安全标准和保护机制，数据泄漏风险客观存在；同时，数据的所有权和使用权界定不够清晰，容易引发伦理争议。 在伦理争议与社会接受度上，脑机接口技术引发了多方面的伦理讨论：侵入式技术涉及大脑干预，被质疑可能影响人的认知和人格；认知增强类技术可能导致社会不平等，形成新的差异；长期使用脑机接口设备可能对使用者的神经功能产生潜在影响，其风险尚未完全明确。 4.4解决方案与实施路径 脑机接口产业面临的挑战是系统性的，涉及技术、市场、生态、伦理等多个层面，应当建立以技术突破为核心、政策支持为保障、市场机制为驱动、伦理规范为底线的脑机接口产业，分阶段推进实施。 短期来看，应优先解决临床应用和政策落地问题，提升审批速度，加速创新产品的审批进程，推动医疗级产品的临床普及；在非侵入式技术和医疗刚需方面，通过技术优化和规模化生产，降低产品成本，提升可及性；建立基本的伦理安全规范，防范数据泄露和滥用风险。 中期来看，应重点突破技术瓶颈，集中力量研发关键技术，提升产品的性能和稳定性；培育龙头企业和产业联盟，完善产业链协同机制，制定统一的技术标准和接口规范；扩大应用场景，从医疗健康向消费电子、工业等领域延伸，培育新的市场增长点；完善伦理审查体系和数据安全制度，平衡技术创新与伦理安全。 长期来看，应建立健全产业生态和伦理体系；在核心技术领域实现全面突破，形成自主可控的技术体系，培育具有国际竞争力的企业；构建脑-机-云一体化生态，推动脑机接口与人工智能、通信技术、机器人等技术的深度融合，拓展应用边界；实现技术的普惠化应用，让脑机接口技术更好地服务于人类健康和社会发展。 总体而言，脑机接口产业的发展是一个长期过程，面临的挑战需要通过持续的技术创新、政策优化和社会协同逐步解决。随着这些问题的不断解决，脑机接口产业将迎来规模化发展的阶段，为人类社会带来深远影响。 报告声明 本报告分析及建议所依据的信息均来源于公开资料，本公司对这些信息的准确性和完整性不作任何保证，也不保证所依据的信息和建议不会发生任何变化。我们已力求报告内容的客观、公正，但文中的观点、结论和建议仅供参考，不构成任何投资建议。投资者依据本报告提供的信息进行证券投资所造成的一切后果，本公司概不负责。 本报告版权仅为本公司所有，未经书面许可，任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制和发布。如引用、刊发，需注明出处为大公国际，且不得对本报告进行有悖原意的引用、删节和修改。