脑机接口专家交流

脑机接口专家交流 1.探讨脑机接口技术发展趋势 脑机接口是连接大脑活动与外部设备的技术，能将人的意图和思维转换为机器可识别指令，实现交互 ；分为单向和双向类型，后者还能调控大脑状态。 脑机接口发展已进入商业化阶段，代表性公司新链接等推进产业化，Facebook等进入市场 ，标志性技术包括支架电机等信号采集方式。 脑机接口包括侵入式和非侵入式两种，侵入式涉及人体内植入电极，非侵入式设备电极位于体外。不同位置的电极发展各有特色，代表不同的研究方向和公司产品。 2.脑机接口技术突破与挑战 脑机接口技术的关键在于通过柔性电极采集神经元的电信号，并建立电信号与大脑意图之间的对应关系，实现人机交互功能。 技术挑战主要包括电极长期在体内的安全性和有效性，以及信号采集的可靠性。实现这些要求需解决电极材料柔软性、绝缘性和结实度等问题。 产业化过程中，硬件平台搭建是难点之一，需要集成多通道电极并确保通道可靠。CMOS等芯片制作工艺关键在于低成本开发和产品化。 3.脑机接口跨学科集成难题探讨 脑机接口技术涉及众多学科融合和顶尖技术集成，如电极材料、电子软件、神经工程等，需要多领域工程师协作。 国内植入式电池产业刚起步，常采用外置电池形式，而顶尖技术如Neuralink需通过跨界合作优化，投入巨资做安全性和有效性实验。 美国领先，在侵入式脑机接口领域进展较快，Neuralink临床实验推进中，产业化需要约5-6年；国内预计落后美国2-3年。 4.国内脑机接口技术及市场进展 国内外脑机接口技术进展：清华大学使用八通道技术实现基本鼠标操控，美国公司已获FDA临床许可，产品化速度接近。 国内脑机接口公司动态：脑虎科技、脑科学、阶梯医疗和自然医疗等在脑机接口领域活跃，西美医疗和硬核脑科学有电解支架布局，中华脑机等于电极应用有潜力，新公司加入竞争。 脑机接口与应用场景整合趋势：初创脑机接口公司可能先专注平台开发，后期将与机器人整合，以及与元宇宙等产业融合的潜力较大。 5.布局脑机接口投资未来趋势 脑机接口（BMI）产品的多样性：开发以肢体康复为核心的产品，例如结合脑电和康复设备、机器人，或与智能仿生手相结合的产品，以满足患者对智能假肢的需求，推动基于机电神经肌肉信号的技术开发。 脑机接口技术与美国公司evolution的融合：美国公司evolution推出的IDCN通过IPA认证，通过脑电信号辅 助瘫痪患者控制外部机械手套，是康复产品市场的重要玩家，国内康复市场规模约100亿。 人工智能（AI）与脑机接口的结合：脑机接口通过收集脑电信号，与人工神经网络结合进行深度学习，提高脑机接口在不同个体之间的泛化性，通过迁移学习和元学习提升精度，等等。 6.脑机接口行业发展现状与趋势 融资能力与技术投入：Neuralink作为拥有较强融资能力的企业，能够投入大量资金研发脑机接口技术，而国内公司面临融资挑战，难以像Neuralink一样支持长达七八年的技术开发周期。 人才背景与企业起源：创业公司创始人多数来自技术背景，尤其是电极技术领域，如中科院微性能所 、美国超级Steve实验室等；公司起源通常基于高校或研究所的技术转化。 市场与政策环境：市场年复合增长率预计达20%，到2035年市场规模有望达到100 0亿美元。中国和美国等国的政策对脑机接口技术持支持态度，中国十三五期间强调脑科学、脑疾病治疗及人工智能发展；美国和欧盟亦有相关研究资金投入。 7.国内脑机接口领军企业分析 重点关注公司：建议关注技术成熟和具备商业能力的国内脑机接口公司，如脑虎科技、脑科学阶梯医疗、微瓴医疗、格瑞康。 商业能力重要：公司的融资能力和商业实施战略是决定中短期成功的关键，尤其是产品融合与市场里程碑(milestone)的实现对于融资至关重要。 考验科研公司商业化：科研背景公司在商业化方面可能面临挑战，后期发展能力是一个重要考察点。 Q&A Q：在目前的脑机接口技术中，是如何实现对神经元信号的采集的？这种采集到的信号与大脑的意图之间能否建立一对一的 关系？A：在脑机接口技术中，通常会使用柔性电极来采集神经元的放电信号。这些柔性电极类似于头发丝，并在每根头发丝上布置16到32个电极，组成1024通道。由于大脑神经元众多， 达到860亿以上，我们无法采集所有神经元的信号，因此只能采集一部分。尽管无法实现完全的 一对一关系，但通过建立连接和对采集信号的解读，可以让部分神经元信号与大脑的部分意图或任务相对应。例如，通过采集运动皮层的信号，并将其与特定的电脑操作（如鼠标或键盘操作）相映射，人们可以通过思考特定的动作来实现与计算机的交互。Q：在脑机接口的发展中，目前的主要技术瓶颈是什么？硬件 的搭建还是信号的解读？A：目前的主要瓶颈在于硬件平台的搭建。由于神经元信号较弱，通常需要放大处理，且伴随噪声，需要滤波。需要利用CMOS工艺制造多通道放大器，并通过微控制器或存储设备进行处理。信号 传输到 外部计算机后，需要进行编解码，进而将其转化为具体操作指令，如控制键盘或鼠标。这一过程中人工智能和机器学习算法的应用尤为重要。电极的长期安全性和有效性在体内的维持是一大挑战，需要避免人体排斥反应对电极的包裹从而影响信号的检测。电极绝缘性和强度也非常重要。在科研上，中美的进展相当，但产业化需要质量控制，确保所有通道可靠。产品化带来的一个问题是生产量相对较小，导致开发成本较高，难以形成良性生态。可靠性和信号的集成处理是另一大难点。Q：脑机接口领域的技术难点主要有哪些？A：脑机接口的技术难点主要在于需要跨多个学科领域的密切合作。涉及到的专业领域包括材料科学、电化学、纳米工程、电子工程、软件开发、嵌入式固件、神经工程、信号处理、无线通信技术等。这些领域的工程师和专家必须集成他们的知识和技能，才能共同开发出像Neuralink那样的 脑机接口产品。融合全世界最顶尖的工艺技术对于达到该行业顶尖水平至关重要。Q：在脑机接口的电池技术方面，中国目前的状况如何？A：中国在植入式电池技术方面刚刚起步，国内产业链中使用植入式电池的公司较少。多数国内公司倾向于采用外置电池的方式，例如最近清华大学的某些研究与国际合作中所采用的就是外置电池形式。Q：从产品开发到产业化，脑机接口技术大概需要多少时间？ A：侵入式脑机接口平台，如Neuralink，已经开始了临床试验并完成了首例植入。动物实 验也支持其安全性能。预计完成临床实验大约需要三年时间。再加上临床随访和产品注册，整个产业化过程可能需要大约五到六年。国内的产品可能会在美国产品获得注册后再延迟两三年才能上市。Q：侵入式与非侵入式脑机接口技术有哪些特点及优缺点？A：侵入式脑机接口技术，如Neuralink，能够解码出多个维度的信号，进行较为复杂的控制。然而，也有其他形式的侵入式技术，如 通过血管内支架电极采集大脑信号的方法。它的优势在于不破坏大脑皮层，但缺点是采集到的信号有限，目前大多只能解码出二维信息，如简单的”是”或”否”状态。非侵入式技术，例如通过在大脑表面采集信号，而不是植入皮层，虽然部署更加简单，但可能在信号质量上有所牺牲。硅基电极等其他技术则面临着植入后被大脑识别并隔离的问题，最终可能导致信号采集能力下降。Q：目前国内在脑机接口方面的研究进展如何？国内有哪些公 司在这个领域进行布局？A：在国内，清华大学的洪波教授利用硬膜外技术采集大脑信号的研究已经可以用一个八通道的设备实现鼠标的基本操作，移动不同方向。相比之下，美国position6304的技术达到了 1024通道。在国内，脑虎科技、脑科学、阶梯医疗、自然医疗等公司都在脑机接口方向进行 研发。在支架电解技术方面，西美医疗和硬核脑科学都有所布局。而在应用性电极方面，中华脑机是武汉新兴的企业，尽管目前还未看到产品。最后，在片状柔软电极方面，微型医疗和博瑞康等公司也在进行相关布局。 Q：脑机接口技术在实际应用场景中的整合情况如何？如与机器人技术的结合？ A：目前，这些脑机接口技术公司主要专注于自己平台的开发。未来，预计会更多地与机器人技术融合，以及在人机合一的状态中发挥作用。此外，可能会与像元宇宙这样的产业进行融合。由于这些公司大多处于创业初期，可能在早期更多地集中在一级市场，而非像现有医疗行业那样进入到二级市场。 Q：脑机接口产品目前有哪些类型，以及它们的应用情况如 何？A：当前的脑机接口产品主要包括基于脑电和康复设备的融合产品，如智能的仿生手。这类产品可以利用基于电机神经肌肉信号的采集，并将这些信号与机械手结合，以辅助失去手部的患者恢复动作功 能。美国的Evolution公司开发了IDCN技术，它可以判断瘫痪患者的手部意图， 并控制一个外部的机械手套，从而帮助重建从手部到大脑的神经链路。国内这一块的市场潜力大概在100亿人民币左右，也有公司在进行布局。Q：脑机接口与人工智能（AI）结合的趋势怎样，有哪些应用 点？ A：脑机接口与AI的结合主要集中在信号的解码、放大和滤波过程中，以及未来的应用开发上 。人工神经网络和深度学习算法被用来学习和解码大脑神经网络的信号，以实现对脑机接口的控制。AI的演进，特别是迁移学习和元学习，可以改善脑机接口技术在不同个体间的泛化能力。此外， AI能推动脑机接口产业的商业化落地。AI算法上的进步助力于智能假肢的使用。Q：脑机接口产业链上下游有哪些环节，及其中的关键玩家？A：脑机接口产业链包括电极、微制造、放大器ASIC芯片设计、微控制器、传输用蓝牙和Wi-Fi芯片、电池、封装等多个环节。如电极需要特定的材料如柔性材料，微制造可能会涉及微纳制造技术。 芯片设计方面，包括ASIC和微控制器，涉及行业如logic和ST公司。电池成 本较高且重要，电池厂商如瑞士安可能在这方面有所作为。封装技术也关键，但具体公司不详。算法和软件开发是整个产业链的后端部分，可能会有更多的公司参与。电极、微控制器、ASIC芯片、 电池等都是产业链重要环节。Q：有哪些上市公司可能受益于脑机接口技术的进步？ A：在上市公司层面，例如新美医疗在电极领域有所作为，三门脑科在治疗领域可能使用相关技术，柏林脑机在机电手环和康复设备方面有布局。还有中科信息、三部脑科、心智认知等都是该领域的相关企业。公司如新美医疗、三门脑科和柏林脑机等都在脑机接口领域有所布局。Q：中国和美国在脑机接口技术上是否存在较大差距？A：从实验室角度来看，中国和美国在脑机接口技术上的差距并不大。在通道数方面，尽管美国有的产品能达到更多通道，但如果只比较技术，中国也能制造出多通道版本的脑机接口。但要达到美国那种一千多通道的无线方案，可能还需两三年时间。尽管存在差距，但在封闭环路的实现方面中国也能完成。差距更多地在于商业和产业布局方面。技术上差距不大，但商业应用方面要努力。Q：国内外在脑机接口领域的融资情况如何？国内公司在脑机 接口技术研发上遇到了哪些挑战？A：国内公司在脑机接口领域的融资能力普遍较弱，难以像Neuralink那样投入大量资金去 开发全平台技术，包括机器人、植入数据、电机平台开发以及相关设备。此外，由于脑机接口技术的研发周期可能长达七八年，这要求投资者需要有较长的资金支持时间。Q：目前从事脑机接口技术研发的企业创始人大多有什么样的 背景？A：目前从事脑机接口技术研发的创业公司创始人主要来自以下背景：一部分创始人一般具备较强的技术背景，比如电极技术背景，如南湖科技创始人来自中科院微系统所，专注于柔性电极的研发；又如阶梯科技创始人赵真特，以及北京自然医疗的创始人，他们都在电极领域有所建树。还有一部分创始人来自硬件开发背景，例如清华大学的凝聚科技侧重于芯片研发，而微瓴医疗则更多关注基础研究和实验。另外，还包括一些非嵌入式脑机接口技术的公司，它们多由学校或者研究所中的技术开发转型的。 Q：中国及美国政府在脑机接口领域制定了哪些政策？这些政策的导向是什么？ A：总体而言，中国和美国等国家在脑机接口领域的政策都较为友好。预计脑机接口市场的年复合增长率将达到20%，