1.1 全球各國腦計劃風起云涌，美國技術暫時領先

理解大腦的結構與功能是21世紀最具挑戰性的前沿科學問題，有著廣闊的應用前景。近年來世界多國相繼提出基于腦科學、神經科學和信息科學相結合的人類腦計劃，搶占全球科技競爭戰略高地。

美國作為全球科技創新的領導者，對于腦科學研究較早且投入較大，在腦科學基礎研究領域技術暫時領先。

圖片來源：蛋殼研究院

1.2 中國腦計劃底層布局完善，腦機融合列為研究重點

中國腦計劃以腦認知的神經基礎為主體，以腦疾病的診治及腦機智能技術為兩翼開展底層布局，從認識腦、保護腦、模擬腦三個方面開展腦科學與類腦研究，形成“一體兩翼”的完善戰略布局。

國家“十四五”規劃部署五項研究重點領域，其中腦機融合納入重點技術研究范疇；2021年，我國正式啟動了百億級的科技創新2030重大項目“腦科學與類腦研究”，當前中國腦計劃研究已進入實際落地階段。

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1.3 行業市場規模大，以非侵入式技術和醫療場景應用為主

2020年全球腦機接口的市場規模達到14.6億美元，預計到2027年市場規模達36億美元，年復合增長率約為14%，行業市場規模大，增速快，腦機接口行業未來具有很大發展空間。

2020年，非侵入式腦機接口占腦機接口市場規模的86%。目前，受到腦機接口技術和倫理、安全等因素的制約，無論是各國科研院所還是企業，研究重點都側重非侵入式腦機接口；當前腦機接口技術主要應用于醫療及健康保健場景，數據顯示2020年腦機接口在醫療領域的市場規模占比達62%。

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2.1 腦機接口技術功效多，當前主要應用于醫療健康領域

腦機接口技術的功效可以歸結為（監測/替代/改善恢復/增強/補充），對應的應用方向主要有醫療健康、娛樂、智能家居、軍事和其他，其中醫療健康是當前最主要且最接近商業化的領域。

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2.2 基于神經調控的腦機接口聚焦疾病治療，已實現商業化

神經調控是腦機接口信號閉環中向大腦寫入信號的過程，通過不同類別信號的刺激，可以改善和治療一些神經系統的疾病狀態。當前，基于電、聲、光、磁刺激神經調控的腦機接口已經實現商業化，從人工耳蝸，到腦深部電刺激再到經顱磁刺激和近紅外功能成像，未來可以期待擴展到其他疾病的改善或治療。

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2.3 技術改變傳統康復手段，可幫助神經受損患者實現主動康復

腦機接口技術能夠實時檢測患者腦電狀態，通過訓練調控大腦信號，影響皮質活動，從而使患者鍛煉大腦神經，提高其功能性和連接性，實現了患者“意念控制”下的主被動協同康復訓練。打破了傳統康復方式被動且單一的問題，實現患者意念控制下的主動康復，顯著提升康復治療效果。

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2.4 不同功能的可穿戴產品，已實現部分消費類場景的應用

當前，針對非侵入式腦機接口技術已經開發出各種可穿戴設備，可以實時的監測用戶的腦電狀態。基于不同的用戶需求，已經可以幫助進行日常解壓、小孩專注力提升及睡眠障礙人群進行改善，在一些場景已經實現消費端的應用，未來可期待擴展到更多的健康消費場景。

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2.5 實現對外部設備的控制，改善肢體運動障礙患者生活質量

非侵入式腦機接口的智能義肢：通過人工智能算法處理神經-肌肉信號并結合內置傳感器識別用戶意圖，實現“心隨手動”及走路跑步隨意切換的狀態，可為殘障人士創造高品質生活。

集成式顱頂半植入BCI產品+高頻腦電信號處理儀：產品面向明確的適應癥如漸凍癥，高位截癱等，腦虎科技將按照醫療產品的合規和流程逐步推進臨床計劃，未來可期待改善這些絕癥患者生活質量。

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3.1 侵入式：新一代腦機接口植入體技術正逐步走向成熟

過去的10-20年間，由于相關技術的躍遷帶來的價值正在快速推動新?代腦機接?技術的落地。從人工耳蝸到DBS再到RNS，國內植入體技術正在逐步成熟。

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3.2 長期穩定的記錄大規模信號是侵入式技術的核心挑戰

如何在最低限度損傷大腦和最大限度利用大腦之間達到平衡，是腦機接口技術的核心挑戰。如何解決植入電極后信號衰減、如何最大限度避免芯片植入對大腦的損傷、如何采集更多的神經元信號是侵入式腦機接口技術目前面臨的三大核心技術瓶頸。

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3.3 新材料、新植入方式和新制造技術可解決當前技術困境

當前侵入式腦機接口技術面臨電極在體工作壽命短、植入創傷大、信息采集帶寬不足三大技術困境，針對侵入式腦機接口當前存在的技術挑戰，研發三大關鍵技術可以有效解決。

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3.4 非侵入式：無創腦機電極需兼顧電特性/舒適性/便捷性

無創腦電采集電極挑戰：傳統的無創腦電采集系統是采用濕電極，其電特性良好，但是使用不方便；梳狀干電極使用方便，但界面阻抗較高，使用時有輕微的痛感，舒適性較差；半干電極可保持濕性接觸，舒適性和電特性適中，當下自潤濕、新型凝膠等半干電極是研究熱點。

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3.5 腦電信號的傳輸率決定了腦機接口系統的性能

腦機接口采用的范式主要有P300（事件相關點位）、SSVEP（穩態視覺誘發電位）和MI（運動想象），實驗范式是獲得腦機接口特征的一些技術手段，最具挑戰性的環節是信息的解碼。腦電信號的編解碼是系統穩定的核心，其中信息傳輸率是衡量腦機接口系統的一個黃金標準，通過增加腦機接口目標的數量、提高分類的正確率以及縮短目標識別時間，可以提高系統的信息傳輸率，同時也提高了腦機接口系統的性能。

3.6 設計訓練方式識別微弱信號，提升腦機操控交互的自然性

關鍵技術-精辨識：基于事件相關電位，針對難以識別的微弱信號，通過發現背景腦電空間對稱性演進模式，可以對背景腦電噪聲增大抑制效果提升，可以實現亞uV級極微弱腦電信號（約0.5uV)的解碼和應用，提升腦機操控交互的自然性。

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4.1 信息交互手段從原來的以電為主，轉為多模態聯合應用

在腦機接口應用領域，由于腦電信號本身的空間分辨率較差，時間分辨率較好的特點，腦機信息交互手段預計將從原來的以電為主，走向電、光、磁、聲等各種手段的綜合，通過不同交互手段的聯用，提升了腦機接口技術應用的效果。

4.5 柔性腦機接口，是未來腦機技術的重點發展方向

隨著人機交互技術的不斷前行，特別是混合現實、元宇宙等新技術場景需求的不斷涌現，傳統用于信息獲取感知單元的剛性接口硬件已經難以滿足需求。與之相比，柔性腦機接口使用材料與人體組織之間更加緊密地融合，能夠快速交換神經信息、運動信息和環境信息等，是未來重點發展的技術方向。

4.6 未來將從經典腦機接口到腦機交互再到腦機智能的技術演變

在腦機接口技術領域，未來腦機接口的發展按照信息傳輸方向分類，將從經典的腦機接口逐漸演變為腦機交互最后到腦機智能的模式。

資料來源 ：蛋殼研究院