:2023中国脑机接口行业研究报告

研究问题 一、脑机接口概述 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 三、投融资分析 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 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 四、投资建议 行业总结 投资建议与风险提示 目录 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（braincomputerinterface，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。 信号采集 •脑机接口（BrainComputerInterface，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。 诱发范式 信号解析 信号预处理 特征提取 识别模型与 机器学习 控制器 输出反馈 设备控制 脑机接口 硬件层 软件层 脑电信号采 集设备 脑电信号处 理设备 脑电信号分 析 核心算法 核心材料和 器件 电极 芯片 电源 通信计算 安全隐私 ▲脑机接口硬件和软件示意▲脑机接口基本原理和框架 资料来源：创业邦研究中心综合整理 •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。 0.3 0.2 0.1 诊断试剂 0 2011年~2020年各种类疾病药物从临床期到上市的成功率 14 23.9%12 15.5% 7.9% 5.9% 10 8 6 4 2 0 心血管 血液病代谢疾病所有适应症神经科学疾病 成功率 2022年FDA批准药物的治疗领域分布 6 5 3 3 2 2 2 2 1 1 10 眼科 内分泌代谢 自身免疫性疾病 感染 血液 皮肤 肿瘤 神经 消化 数量 ▲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：BIO、QLSAdvisors、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：NatureReviewsDrugDiscovery） •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。 按脑机接口范式 激发大脑运动皮层脑电节律变化的脑电信号作为输入。 运动想象BCI 单一范式 SSVEP AEP P300 混合范式 稳态视觉诱发电位听觉诱发电位 脑诱发电位 ▲不同种信号采集方式的区别 侵入式 半侵入式 非侵入式 侵入式脑机 半侵入式脑机 非侵入式脑机 机理 通过手术等方式将电极直接植入患者大脑皮层 通过手术方式植入电极，但电极处于颅腔内，未达到大脑皮层 无需手术，只需将电极附着在头皮上 优势 可以获得高强度、高质量的信号 相较于侵入式脑机接口，免疫反应和炎症反应发生率均更低，安全系数更高。 避免昂贵的手术费用和不良反应的发生 劣势 经济成本和安全风险均较高，极有可能引发免疫反应和炎症反应从而导致信号质量下降 相较于侵入式脑机接口，采集到的信号较弱 采集信号弱 对科学研究的贡献 更微观更精确，擅长提取控制类信号，但采集数据量少，个体特征差异大 更宏观，擅长反映趋势性和用户行为，但不够精确 按脑信号采集的方式 ▲不同种信号采集方式的优劣势比 较 资料来源：创业邦研究中心综合整理 • • 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。 证实猴可快速学会控制单个神经元 放电频率找到猴肢体 2021年，FDA批准Synchron的BCI进行人体试验 2020年，Neuralink给猪植入脑芯片 2021年7月，中国电子标准院正式发布了《脑机接口标准化白皮书 （2021版）》 运动方向和神经元放电 2018年，DARPA以 BCI操控无人机 2017年，Facebook 2020年，中国浙大植入式BCI协助患者喝可乐 关系及编码运动 实时捕捉复杂神经信号并控制外部设备 实现意念打字2016年，瘫痪病人用BCI+VR实现行走 2014年，巴西世界杯用机械外骨骼开球 2019年天津大学脑语者芯片发布，清华助力渐冻人意念打字 2023脑机接口大事件 •5月4日，由南开大学段峰教授团队牵头的全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京取得成功； •5月25日，Neuralink宣布已获美国食品和药物管理局批准开展人体试验； •7月13日，联合国教科文组织在巴黎召开会议，讨论如何规范读脑技术以保护隐私等人权 2018年，BCI领域山东企业首获医疗器械产品注册认证 1999年，清 华发表脑机接口论文 2004年，BrainGate实现侵入式治疗瘫痪病人 2016年，天津大学促成中国天宫二号太空脑机交互实验 19241970 198019902000 学术探索科学论证应用实验 •发现脑电波 •DARPA国家力量介入 •BCI首发论文 •为盲人制造光幻觉 •BrainGate技术实现脑机互连 •国际会议召开指明方向 •多国科研高校纷纷研究脑机接口，科研论证已经非常充分 •Neuralink为代表的初创公司推出概念产品 资料来源：信通院知产中心，《脑机接口技术创新与产业发展白皮书》 •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； 接口交互智能 •脑信号产生 •脑信号获取 •脑信号解析 •神经调控 •闭环控制 •协同适应 •人机共融 •协同决策 产品将从单一模式向组合模式发展； 脑电信号采集设备将具备小型化、无线化等特征。 资料来源：华兴资本，创业邦研究中心 •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。 硬件+软件 数据+算法 技 术流 程 核心技术壁垒 脑电信 号采集 脑电信 号处理 上游 中游 下游 芯片 应用端 软件 应用端 外设 脑电信 号分析 手术 电极 产业链 硬件软件实验算法 ·脑电采集设备 ·芯片 ·相关算法 ·外部嵌套 •脑电采集平台 •脑机接口设备 •娱乐 •教育 •医疗机构 •科研机构 供应商资源 设计经验 良品率提升 成本控制 软件开发 内容管理 了解用户 实验团队 实验经验 实验范式 实验数据 特征提取 算法模型 数据结构 ▲脑机接口核心技术壁垒 •军事 …… ▲脑机接口产品研发生产环节攻克难点 资料来源：创业邦研究中心综合整理 •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。 脑机接口系统关键指标 衡量指标 性能指标 响应时间识别正确率可输出指令数量菲茨吞吐量 可用性指标 易用性长效性 应用层 脑机应用标准 解析层 脑机算法标准 数据层 神经数据标准(格式、共享、通讯等) 信号采 集层 反馈层 脑机I/0接口标准 安全伦理 安全与隐私保护标准 伦理标准 术语标准 系统参考架构标准 基础共性 / ▲脑机接口标准框架 ▲脑机接口系统关键指标 ▲脑机接口产品通常所需政策审批 资料来源：创业邦研究中心综合整理 •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 脑机接口是跨学科交叉领域 大脑神经元数量庞大且复杂，研究有限 系统稳定性，自适应性较差 信号采集方法需改进 缺乏统一的基础理论框架 侵入式接口存在挑战 非侵入式信号较差 商业化，监管无先例可循 进一步提高神经记录的长 期稳定性和信噪比，实现具有高精度和细胞类型特 异性的神经调控。 安全伦理问题存在 ▲脑机接口技术和应用存在的问题错综复杂 机 遇 ▲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）。 资料来源：创业邦研究中心综合整理 •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。 2022-2023年8月中国脑机接口核心期刊论文发表数量趋势 250 200 150 100 50 2021 2022 2023H 0 2004-2023年8月中国脑机接口专利发表数量趋势 132 134 93 66 68 50 25 33 28 110 2 0 7 6 9 15 20 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 文献数（篇） 221 数据来源：中国知网 •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。 中国主要机构名称 科研实践 中国科学院及系列分院 多项脑机接口项目实现产业化。 浙江大学 脑机接口团队与浙江大学附属第二医院共同合作在2020年初完成国内首例侵入式接口手术，开启国内侵入式接口的市场 电子科技大学 率先开展了无创脑接口的脑电理论与神经影像机制的研究，推出调控脑状态的脑波音乐系统、脑瘫康复系统和注意功能调控系统等，开辟多个独具特色的新方向。