天风医药产业前沿专题系列研究：脑机接口产业：盛放前夜，未来已至

行业报告：行业专题研究 证券研究报告 2024年03月29日 医药生物 天风医药产业前沿专题系列研究 脑机接口产业：盛放前夜，未来已至 作者： 分析师杨松SAC执业证书编号：S1110521020001分析师李慧瑶SAC执业证书编号：S1110522080004分析师张雪SAC执业证书编号：S1110521020004 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 行业评级：强于大市（维持评级）上次评级：强于大市 摘要：脑机接口行业市场前景广阔重点把握场景落地可能 脑机接口（BrainComputerInterfaces,BCI）是在生物脑与智能机器之间建立信息交流的直接通道，既可以解读脑部信号、控制外部设备，也可以将信息编码输入大脑，实现替代、修复、增强或改善脑功能的作用，以实现大脑与智能机器的双向交互、协同工作及功能融合。 未来市场发展潜力巨大，鼓励政策频出，应用场景广阔。市场端：据麦肯锡2020年研究报告显示，2030-2040年脑机接口全球每年的市场规模可能在700亿到2000亿美元之间；政策端：2024年1月，工信部等七部门发布《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，突破脑机融合、类脑芯片、大脑计算神经模型等关键技术和核心器件，研制一批易用安全的脑机接口产 品，鼓励探索在医疗康复、无人驾驶、虚拟现实等典型领域的应用；应用端：科研实验平台重视神经创新技术的的研发，具有交叉融合特色实验支撑的能力。神经影像技术研发、神经计算软件研发、神经电子技术研发等多方面神经技术的研发，对神经感知、神经调控和神经计算的研究提供技术支持，开展以脑疾病诊治与康复为核心的重大基础科学问题和智能决策、人机交互等关键技术应用基础研究，布局神经数字疗法、神经电子药物和智能神经康复三个研究方向。 海外头部公司技术迅猛发展。1）Neuralink：2023年9月19日，Neuralink宣布开始招募首次人体临床试验；2）BrainGate：2023年8月，研究合作的科学家在恢复因瘫痪而失去说话能力的人的言语方面达到了一个重要的里程碑，使用植入与语音相关的大脑皮层区域的传感器可以准确地将ALS患者的大脑活动转化为屏幕上的单词；3）Synchron：2023年9月5日，完成脑机接口 COMMAND试验患者入组；4）Mindmaze：2023年，公司推出超灵敏控制器Izar，手部运动功能障碍护理获得突破性进展。 国内代表公司捷报频传。1）诚益通：2024年3月11日，加入由中国信息通信研究院牵头并联合几十家脑机接口领域高校、科研机构、企业共同发起成立的脑机接口产业联盟；2）翔宇医疗：2024年3月17日，由翔宇医疗联合天津大学、中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院等8家国内从事脑机接口、生物感知反馈、人机交互和系统研发的优势单位共同申报的“国家重点研 发计划”生物与信息融合（BT与IT融合）“重点专项”高精度生物感知觉反馈操纵技术与系统项目启动会顺利召开。3）三博脑科：公司用脑磁图、头皮脑电图、术中电生理、电极植入进行癫痫和帕金森病等功能神经疾病的诊断和病情监测，同时通过迷走神经刺激、DBS等技术方法用于治疗癫痫和帕金森病患者。 风险提示：研发风险、政策风险、市场风险 目录 一、脑机接口概念 二、应用领域 三、临床进展 四、相关标的 脑机接口定义 定义：脑机接口（BrainComputerInterfaces,BCI）是在生物脑与智能机器之间建立信息交流的直接通道，既可以解读脑部信号、控制外部设备，也可以将信息编码输入大脑，实现替代、修复、增强或改善脑功能的作用，以实现大脑与智能机器的双向交互、协同工作及功能融合。 原理：脑机接口的原理基础是脑科学，通过采集不同脑功能区位置与不同深度的电信号，并利用预处理、特征提取和模式识别，从而实现对大脑活动状态或意图的解码，并可以把大脑活动状态、解码结果、与外界通信或控制结果反馈给用户，进而调节其大脑活动以获得更好的性能。 脑机接口不仅仅实现了大脑向外部的直接信息输出，也通过电、磁、光、声等形式的刺激向大脑实现了信息输入。因此，脑机接口是在生物脑与智能机器之间建立信息交流的直接通道，既可以解读脑部信号、控制外部设备，也可以将信息编码输入大脑，实现替代、修复、增强或改善脑功能的作用，以实现大脑与智能机器的双向交互、协同工作及功能融合。 脑机接口概念示意 脑机接口技术通过采集不同脑功能区位置与不同深度的电信号，并利用预处理、特征提取和模式识别，从而实现对大脑活动状态或意图的解码，并可以把大脑活动状态、解码结果、与外界通信或控制结果反馈给用户，进而调节其大脑活动以获得更好的性能。 与脑机接口通信或可控制的外部设备是多种多样的，视具体的应用而不同，可以是计算机系统（操作其字符输入/光标移动等），也可以是机器系统（如康复机器人、神经假肢和轮椅等）。 资料来源：《2022脑机交互神经调控前沿进展白皮书》，天风证券研究所 脑机接口系统组成及示意图 传统或狭义的BCI是指利用中枢神经系统产生的信号，在不依赖外周神经或肌肉的条件下，把用户或被试的感知觉、表象、认知和思维等直接转化为动作，在大脑（含人与动物脑）与外部设备之间建立直接的交流和控制通道，其目的主要是为疾病患者、残障人士和健康个体提供可选的与外部世界通信和控制的方式，以改善或进一步提高他们的生活质量。这类BCI系统主要由大脑向外部设备输出通信或控制指令（输出式BCI），并把结果通过神经反馈给用户或被试形成闭环以调节其脑活动信号，从而提升脑机交互的性能。 资料来源：中国人工智能产业发展联盟：脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书，天风证券研究所 这类脑机接口需要采用神经外科手术方法将采集电极植入大脑皮层、硬脑膜外或硬脑膜下。根据是否植入皮层内或创伤的程度，可分为完全植入式脑机接口（创伤性较大的皮层内记录脑机接口）和微创脑机接口 （基于ECoG的脑机接口）。侵入式脑机接口的电极长期稳定放置，直接记录神经元电活动，信号衰减小，信噪比和空间分辨率高。但这属有创伤植入，技术难度大，存在继发感染可能性，一旦发生颅脑感染、电极故障或电极寿命结束，需将电极取出，会造成二次损伤。微创脑 机接口可能比皮层内记录脑机接口更易实用化，但总的来说，侵入式脑机接口有待深入研究，突破相关技术瓶颈，具有重要的科学研究价值和潜在的应用前景。 植入式 非植入式 这类脑机接口通过附着在头皮上的穿戴设备（如脑电帽、近红外头盔或磁共振头线圈等）测量大脑的电活动或代谢活动，无需手术，安全无创。其中脑电帽是最常用的非侵入式传感器，可以在头皮上监测到群体神经元的放电活动，时间分辨率高，但空间分辨率低，且受大脑容积导体效应的影响，传递至头皮表面时衰减较大，易被噪声污染，信噪比低。 资料来源：中国人工智能产业发展联盟：脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书，天风证券研究所 侵入式脑机接口的电极长期稳定放置，直接记录神经元电活动，信号衰减小，信噪比和空间分辨率高。但这属有创伤植入，技术难度大，存在继发感染可能性，一旦发生颅脑感染、电极故障或电极寿命结束，需将电极取出，会造成二次损伤。微创脑机接口可能比皮层内记录脑机接口更易实用化，但总的来说，侵入式脑机接口有待深入研究，突破相关技术瓶颈，具有重要的科学研究价值和潜在的应用前景。 除了最常用的从头皮采集脑电信号，现今用于非侵入式脑机接口系统的脑信号采集方法还有以下几种：功能近红外光谱(fNIRS)、功能性磁共振成像(fMRI)、脑磁(MEG)等。这些脑信号采集技术的时间分辨率和空间分辨率各不相同。 资料来源：中国人工智能产业发展联盟：脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书，天风证券研究所 脑机接口不同电极连接方式的特点 侵入式脑机接口是通过手术等方式将信号采集装置（电极）直接植入患者大脑皮层，以获得高强度、高质量的信号，但此种方式经济成本和安全风险均较高，极有可能引发免疫反应和脑胶质细胞结痂等炎症反应，从而导致信号质量下降。 半侵入式脑机接口同样是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，相较于侵入式脑机接口，虽采集到的信号较弱，但免疫反应和炎症反应发生率均较低，安全系数较高。 非侵入式脑机接口则无需手术，只需将电极附着在头皮上，虽记录到的信号强度较弱，但避免了昂贵的手术费用和不良反应的发生。 图：不同的检测大脑电活动方式 资料来源：《2022脑机交互神经调控前沿进展白皮书》，脑机接口在卒中患者上肢功能和手功能康复中的应用（郭晓辉等），天风证券研究所 2030-2040年脑机接口全球市场规模可能在700-2000亿美元 据麦肯锡2020年研究报告显示，脑机接口在某些领域产生了影响，包括恢复人类听力或视力健康和表现的神经义肢，以及在消费产品和服务中，通过电子信号监测压力水平的头带。各应用实现有所不同，目前，最先进的脑机接口应用于医疗保健领域，其中很多都不太可能在未来十年内实现商业化。 在接下来的10到20年里，脑机接口全球每年的市场规模可能在700亿到2000亿美元之间。 为失去肢体或肢体完好但因神经系统损伤而失去控制的人提供运动控制的神经义肢已取得重大进展。 资料来源：麦肯锡；天风证券研究所 图：麦肯锡2020年研究报告 图：“十四五”期间中国各省市脑机接口行业发展目标 由于脑机接口行业目前还处于起步阶段，基础技术比较薄弱，“十四五”期间，我国大部分省份仍然将发展脑机接口和脑科学的重点放在基础研究和技术突破方面，未来，随着技术的逐渐成熟，脑机接口在医疗康复、虚拟现实等领域的产业化应用将成为行业发展的重点。 2024年1月，工信部等七部门发布《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，指出要做优信息服务产品。发展下一代操作系统，构筑安全可靠的数字底座。推广开源技术，建设开源社区，构建开源生态体系。探索以区块链为核心技术、以数据为关键要素，构建下一代互联网创新应用和数字化生态。面向新一代移动信息网络、类脑智能等加快软件产品研发，鼓励新产品示范应用，激发信息服务潜能。 资料来源：各省市官网，前瞻产业研究院，天风证券研究所 表：脑机接口政府重大政策 时间政府机构政策名称内容 2020年8月发改委、科技部、工 信部等 《国家新一代人工智能标准体系建设指南》规范人与信息系统多通道。多模式和多维度的交互途径、模式、方法和技术要求，解决语音、手势、 体感、脑机等多模态交互的融合协调和高效应用的问题，确保高可靠性和安全性交互摸式。人机交互 标准包括智能感知、动态识别、多模态交互三个部分。 2020年12月科技部《长三角科技创新共同体建设发展规划）在智能计算、高端芯片、智能感知、脑机融合等重点领域加快布局，筹建类脑智能、智能计算、数字孪 生、全维可定义网络等重大基础平台。 2021年9月 人力资源社会保障部、《专业技术人才知识更新工程实施方案》瞄准量子信息、生命健康、脑科学、生物育种、空天科技、深地深海等前沿领域，攻坚关键核心技术， 工信部等推动传统产业高端化、智能化、绿色化，按照高水平、小规模、重特色的要求，主要面向中高层次专业技术人员和经营管理人员，每年举办300期左右国家级高级研修班，培养培训2万名左右高层次专业技术人才和经营管理人才，培养造就一批素质优良、创新能力强、具有较强竞争力的专业技术人才。 2021年10月国务院《“十四五”国家知识产权保护和运用规 划》 2021年12月国务院《“十四五”国家老龄事业发展和养老服 务体系规划》 促进知识产权高质量创造。健全高质量创造支持政策，加强人工智能、量子信息、集成电路、基础软件 生命健康、脑科学、生物育种、空天科技、深地深海探测等领域自主知识产权创造和储备。 发展健康促进类康复辅助器具。加快人工智能、脑科学、虚拟现实、可穿戴等新技术在健康促进类康复辅助器具中的集成应用。发展外骨骼康复训练、认知障碍评估和训练、沟通训练、失禁康复训练、运动肌力和平衡训练、老年能力评