馬斯克旗下的腦機(jī)接口公司Neuralink宣布已獲得美國(guó)FDA批準(zhǔn)啟動(dòng)首次腦植入物人體臨床研究，這一事件引發(fā)市場(chǎng)關(guān)注。

Neuralink表示，F(xiàn)DA的批準(zhǔn)是團(tuán)隊(duì)與FDA密切合作的難以置信的結(jié)果，代表了重要的第一步，未來公司的技術(shù)將幫助許多人。

馬斯克提出的一個(gè)經(jīng)典論述是“人類不能被AI淘汰，要與AI融合，在大腦和電腦之間創(chuàng)建一個(gè)接口”。隨著我們對(duì)腦科學(xué)的不斷認(rèn)識(shí)和腦機(jī)接口技術(shù)下對(duì)人類肢體限制的不斷突破，人腦的潛能或得到釋放。

被稱作“腦機(jī)接口之父”的尼可萊利斯教授在其《腦機(jī)穿越》一書中提到，在腦機(jī)接口的幫助下，思想或能轉(zhuǎn)化為有形的動(dòng)作、印象或情感，人可以用思想操控電腦、駕駛汽車、與他人進(jìn)行交流，可以完美的轉(zhuǎn)化為納米工具的精細(xì)化操作，或者是應(yīng)用了尖端科技的機(jī)器人的復(fù)雜動(dòng)作。#腦機(jī)接口##人工智能##人機(jī)交互#

腦機(jī)接口原理：

料來源：CSDN

腦機(jī)接口當(dāng)前已成全球科技前沿?zé)狳c(diǎn)，世界主要國(guó)家和地區(qū)都在加快腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)布局，積極開展相關(guān)技術(shù)研發(fā)。

根據(jù)Data Bridge Market Research數(shù)據(jù)顯示，2022年腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)模為17.40億美元，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到56.92億美元，主要為科研相關(guān)設(shè)備，缺乏衍生產(chǎn)業(yè)。

量子位報(bào)告顯示，到2040年，我國(guó)腦機(jī)接口行業(yè)綜合市場(chǎng)規(guī)模有望超過1200億元，CAGR26%，直接市場(chǎng)規(guī)模（主要為設(shè)備）可能超過500億元。

量子位預(yù)測(cè)2040消費(fèi)級(jí)腦機(jī)接口具有千億市場(chǎng)空間：

面向未來，腦機(jī)接口技術(shù)有望在科技創(chuàng)新發(fā)展中占有重要地位，并引發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈的變革。

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腦機(jī)接口行業(yè)概覽

腦機(jī)接口（Brain Computer Interface，BCI）1976年由加州大學(xué)洛杉磯分校的雅克·維達(dá)爾(Jacques J. Vidal)提出。

是指在人腦與外部設(shè)備間建立直接連接通路，通過測(cè)量和采集中樞神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)，并將其直接轉(zhuǎn)譯為可被外界人工設(shè)備識(shí)別的信號(hào)或指令，從而實(shí)現(xiàn)大腦與外部設(shè)備的直接交流與控制，現(xiàn)階段主要應(yīng)用集中在醫(yī)療與診斷領(lǐng)域。

腦機(jī)接口作為橫跨了多個(gè)學(xué)科的研究方向，除幫助無自主活動(dòng)能力的病人改善生活外，還有望應(yīng)用于商業(yè)、工業(yè)、娛樂等領(lǐng)域，乃至最終實(shí)現(xiàn)元宇宙世界中的數(shù)字孿生。

腦機(jī)接口的結(jié)構(gòu)：

資料來源：經(jīng)濟(jì)學(xué)人

腦機(jī)接口的輸出可替代由于損傷或疾病喪失的自然輸出，有助于神經(jīng)系統(tǒng)和肌肉系統(tǒng)癱患者表達(dá)自己的意愿和康復(fù)訓(xùn)練。使用腦機(jī)接口，可以用腦電波替代計(jì)算機(jī)傳統(tǒng)外設(shè)設(shè)備完成控制，這種方式不僅對(duì)殘疾人/精神障礙患者恢復(fù)計(jì)算機(jī)操作/駕駛具有意義，也可能創(chuàng)造全新的娛樂形式，如VR游戲、意念購物、腦電耳機(jī)等，此外國(guó)外眾多政府和研究結(jié)構(gòu)也在探索腦機(jī)接口軍事應(yīng)用。

腦機(jī)接口重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域：

資料來源：《創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)集群行動(dòng)計(jì)劃》

一個(gè)完整的腦機(jī)接口過程包括腦電信號(hào)采集、信息解碼處理、信號(hào)輸出/執(zhí)行、反饋四個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)。

腦機(jī)接口系統(tǒng)從大腦皮層采集信號(hào),并轉(zhuǎn)換為可以被計(jì)算機(jī)識(shí)別的信號(hào),提取信號(hào)特征、識(shí)別并轉(zhuǎn)化為對(duì)外部設(shè)備的控制指令,實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制。

腦電采集是BCI的關(guān)鍵步驟，采集的效果、信號(hào)強(qiáng)弱、穩(wěn)定性及帶寬大小直接決定后續(xù)的處理及輸出。由于大腦的中樞神經(jīng)元膜電位的變化會(huì)產(chǎn)生鋒電位，或動(dòng)作電位，并且神經(jīng)細(xì)胞突觸間傳遞的離子移動(dòng)會(huì)形成場(chǎng)電位，通過在大腦皮質(zhì)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)位置外接或植入微型電極，可以采集并放大這些神經(jīng)生理信號(hào)。

運(yùn)用腦機(jī)接口技術(shù)可通過大腦控制的無人機(jī)：

資料來源：EEGSmart官網(wǎng)

信號(hào)處理是將轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的大腦活動(dòng)，去除干擾電波以及其他信號(hào)，并將目標(biāo)分類并處理，轉(zhuǎn)化為可以執(zhí)行輸出的對(duì)應(yīng)信號(hào)。

在信號(hào)執(zhí)行后，設(shè)備將產(chǎn)生動(dòng)作或顯示內(nèi)容，參與者將通過視覺、觸覺或聽覺感受到第一步產(chǎn)生的腦電波已被執(zhí)行，并觸發(fā)反饋信號(hào)。

根據(jù)“侵入性”可將腦機(jī)接口分為侵入式腦機(jī)接口、半侵入式腦機(jī)接口和非侵入式腦機(jī)接口三類。

侵入式腦機(jī)接口是國(guó)際主流的腦機(jī)接口技術(shù)路線，需植入大腦皮層內(nèi)，優(yōu)點(diǎn)是更加靠近腦組織，腦電信號(hào)更加清晰準(zhǔn)確，缺點(diǎn)是容易引起腦出血以及疤痕組織等免疫反應(yīng)，從而導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降。

將微小的侵入式腦機(jī)接口植入：

非侵入式腦機(jī)接口無需手術(shù)，是對(duì)人體創(chuàng)傷最小，采集方法最為簡(jiǎn)單的腦電信號(hào)采集方式，將信號(hào)采集電極置于頭皮外部的非侵入式腦機(jī)接口，但由于電極與神經(jīng)元距離較遠(yuǎn)，測(cè)得的信號(hào)噪聲較大，對(duì)信號(hào)后期的處理要求較高。

半侵入式則是將腦機(jī)接口植入頭皮與大腦皮層之間。通過手術(shù)方式植入電極，但電極處于顱腔內(nèi)，未達(dá)到大腦皮層，相較于侵入式腦機(jī)接口，雖采集到的信號(hào)較弱，但免疫反應(yīng)和炎癥反應(yīng)發(fā)生率均較低，安全系數(shù)較高。

在腦控機(jī)器人系統(tǒng)中，根據(jù)人和機(jī)器之間的互動(dòng)程度，腦機(jī)接口控制系統(tǒng)有兩種典型的交互方式：直接控制和共享控制。

直接控制方式下，腦機(jī)接口控制系統(tǒng)完全由腦機(jī)接口控制，其性能完全取決于腦機(jī)接口的性能，并不需要機(jī)器人額外的智能。

但當(dāng)前腦機(jī)接口控制系統(tǒng)準(zhǔn)確率和信息傳輸率欠佳，輸出的控制命令有限，同時(shí)當(dāng)前腦機(jī)接口直接控制完成較為復(fù)雜的控制任務(wù)時(shí)，給使用者帶來巨大壓力和精神負(fù)擔(dān)。

腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)鏈

腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展仍在初期階段。

腦機(jī)接口硬件層包括腦電采集設(shè)備和外控設(shè)備。

腦電采集設(shè)備包括核心部件和器件、電極、芯片、電源和材料。

腦電采集設(shè)備若為非侵入式主要為采用干電極/濕電極的腦電采集帽（或?yàn)槎鷻C(jī)、頭箍形態(tài)），若為侵入式則為微電極/探針。

外控外聯(lián)設(shè)備包括機(jī)械臂、仿生手、無人機(jī)等。軟件層包括生物信號(hào)分析、核心算法、通信計(jì)算和安全隱私。

腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)鏈概覽：

腦機(jī)接口上游設(shè)備尚未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化量產(chǎn)，自研BCI芯片和算法成為核心技術(shù)壁壘。

其高門檻體現(xiàn)在模擬電路設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)大、低功耗要求高以及同時(shí)具備無線能量傳輸?shù)臒o線通信技術(shù)。

BCI芯片涵蓋模擬、數(shù)字、通信多種功能，中美角力高端芯片設(shè)計(jì)。

目前BCI芯片主要有通用和ASIC兩種方案，美國(guó)如Neuralink、布朗大學(xué)，國(guó)內(nèi)如復(fù)旦大學(xué)等均設(shè)計(jì)了自己的專用芯片。

腦機(jī)接口完全閉環(huán)能力的研發(fā)不僅將大幅提升診療效果而且將成為未來“人機(jī)共生”的重要接口。

BCI需要實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)的預(yù)處理、信號(hào)通信甚至部分信號(hào)處理環(huán)節(jié)。由于目前業(yè)界對(duì)腦信號(hào)的模擬和“寫入”了解非常不充分，目前腦機(jī)接口活動(dòng)尚未實(shí)現(xiàn)完全閉環(huán)。

腦機(jī)接口市場(chǎng)格局

當(dāng)前腦機(jī)接口處于非常早期階段，近年腦機(jī)接口技術(shù)成熟度不斷提升，產(chǎn)業(yè)發(fā)展加速走向商業(yè)化早期階段。

從全球相關(guān)專利數(shù)量和企業(yè)數(shù)量來看，腦機(jī)接口專利數(shù)加速增長(zhǎng)，并逐步走出實(shí)驗(yàn)室向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用落地，目前全球提供腦機(jī)接口產(chǎn)品和業(yè)務(wù)的公司有兩百余家，主要集中在美國(guó)和中國(guó)。

此次Neuralink獲批人體臨床實(shí)驗(yàn)的最新植入式設(shè)備N1體積僅為硬幣大小，由電池供電，可進(jìn)行無線充電。

Neuralink植入物包含生物相容性外殼、電池、芯片及電子、導(dǎo)線：

在其獲批開展人體實(shí)驗(yàn)之前，Cyberkinetics公司的猶他陣列電極于2004年獲得FDA上市，并開展了首次關(guān)于運(yùn)動(dòng)皮層腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)，嘗試通過運(yùn)動(dòng)意圖來完成對(duì)機(jī)械臂的控制。

2021年，Synchron公司的血管支架電極獲得FDA批準(zhǔn)在美國(guó)開始人體試驗(yàn)，并于2022年7月宣布在美國(guó)首次植入腦機(jī)接口。

Synchron的技術(shù)是微創(chuàng)的，通過一種類似血管支架的電極放置在大腦血管的內(nèi)部，來采集血管附近的神經(jīng)信號(hào)。

Onward專注于創(chuàng)傷后神經(jīng)功能的恢復(fù)，比如用腦機(jī)接口恢復(fù)脊髓損傷后的行走能力，通過ARC療法旨在對(duì)脊髓進(jìn)行有針對(duì)性的程序性刺激，屬于“皮層表面”路線。

采用非侵入式技術(shù)的代表性企業(yè)BrainGate 致力于針對(duì)中風(fēng)、漸凍癥等疾病的腦機(jī)接口設(shè)備研究,研發(fā)了目前市面上首家被FDA 批準(zhǔn)的用于人體實(shí)驗(yàn)的大腦皮層植入式電極。

同時(shí)互聯(lián)網(wǎng)科技巨頭紛紛布局腦機(jī)接口領(lǐng)域，海外谷歌、微軟、Meta等科技巨頭布局開發(fā)底層技術(shù)，國(guó)內(nèi)阿里、百度、科大訊飛等公司也以投資并購方式入局腦機(jī)接口領(lǐng)域，陸續(xù)推出各自人工智能腦計(jì)劃，加速產(chǎn)業(yè)發(fā)展及應(yīng)用落地。

腦機(jī)接口主要研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)：

國(guó)內(nèi)布局腦機(jī)接口的各環(huán)節(jié)相關(guān)廠商還包括漢威科技、盈趣科技、湯姆貓、佳禾智能、奧譜光電、中科信息、東富龍、愛朋醫(yī)療、三博腦科等廠商。

結(jié)語

腦機(jī)接口提供人與數(shù)字世界交互的全新方式，技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。當(dāng)前腦機(jī)接口已在醫(yī)療領(lǐng)域取得眾多突破性進(jìn)展，譬如幫助植物人通過腦機(jī)接口與外界實(shí)現(xiàn)交流等。

娛樂教育領(lǐng)域上，也出現(xiàn)一些與腦機(jī)接口技術(shù)相結(jié)合的突破性產(chǎn)品，譬如腦機(jī)接口AR頭顯、通過腦信號(hào)操控的無人機(jī)等。未來，腦機(jī)接口有望結(jié)合AI、AR/AR/MR等技術(shù)全面探索。

隨著對(duì)腦機(jī)理的不斷認(rèn)知，采集獲取的數(shù)據(jù)量越來越龐大，未來將陸續(xù)面臨數(shù)據(jù)壓縮算法和存儲(chǔ)技術(shù)，以及高通量高速數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)确矫娴奶魬?zhàn)。此外，基于腦電的信息認(rèn)證及信息安全、隱私保護(hù)也將是軟件層重點(diǎn)研究和解決的問題。#6月財(cái)經(jīng)新勢(shì)力#

在腦機(jī)接口高速發(fā)展的當(dāng)下，也存在很多風(fēng)險(xiǎn)，因此需要醫(yī)師、科學(xué)家、工程師、倫理學(xué)家、政府監(jiān)督機(jī)構(gòu)和患者權(quán)益團(tuán)體密切合作，共同推進(jìn)腦機(jī)接口的健康快速發(fā)展。