風(fēng)口洞察·腦機(jī)接口系列(一)-腦機(jī)接口：讓大腦連接未來

索引索引內(nèi)容目錄一、腦機(jī)接口概念及運(yùn)作原理 3腦機(jī)接口運(yùn)作原理 3侵入式or非侵入式？腦機(jī)接口電極分類及運(yùn)用 4未來電極系統(tǒng)的主要路徑 5臨床試驗(yàn)進(jìn)展：Neuralink進(jìn)行了可植入式電極的動(dòng)物實(shí)驗(yàn) 7可植入式電極面臨的核心技術(shù)問題 8二、腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)鏈分析 9上游：硬件和軟件設(shè)備供應(yīng) 9中游：腦機(jī)接口產(chǎn)品開發(fā) 9下游：腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用 10三、腦機(jī)接口前景廣闊 腦機(jī)接口應(yīng)用未來可期 醫(yī)療會(huì)是核心應(yīng)用領(lǐng)域 12四、風(fēng)險(xiǎn)提示 15圖表目錄圖1：腦機(jī)接口技術(shù)流程圖 3圖2：硅基電極示意圖 5圖3：血管支架電極示意圖 6圖4：柔性電極的分類與植入位置 7圖5：左下角的Neuralink公司演示者描述了一只猴子如何使用無線發(fā)射器在鍵盤上“輸入”字符 7圖6：腦機(jī)接口技術(shù)流程及產(chǎn)業(yè)鏈 9表1：腦機(jī)接口類型，運(yùn)作原理及優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比 4表2：腦機(jī)接口發(fā)展規(guī)律 一、腦機(jī)接口概念及運(yùn)作原理腦機(jī)接口運(yùn)作原理腦機(jī)接口（BCI）信號(hào)采集在信息分析（EG、皮層腦電圖（C）等模P300控制外部設(shè)備反饋環(huán)節(jié)圖1：腦機(jī)接口技術(shù)流程圖資料來源：億歐智庫(kù)，侵入式or非侵入式？腦機(jī)接口電極分類及運(yùn)用侵入式腦機(jī)接口半侵入式腦機(jī)接口非侵入式腦機(jī)接口通過附著在頭皮上的穿戴設(shè)備記錄和解讀大腦信息，如腦電圖表1：腦機(jī)接口類型，運(yùn)作原理及優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比侵入式腦機(jī) 半侵入式腦機(jī) 非侵入式腦機(jī)侵入式腦機(jī) 半侵入式腦機(jī) 非侵入式腦機(jī)機(jī)理 通過手等方將電直接入者大腦層

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

無需手術(shù)，只需將電極附著在頭皮上優(yōu)勢(shì) 可以獲高強(qiáng)、高量的號(hào)

相較于侵入式腦機(jī)接口，免疫反應(yīng)和炎癥反避免昂貴的手術(shù)費(fèi)用和不良反應(yīng)的發(fā)生應(yīng)發(fā)生率均更低，安全系數(shù)更高。經(jīng)濟(jì)成本和安全風(fēng)險(xiǎn)均較高，極有可能引發(fā)免疫反劣勢(shì) 相較于入式機(jī)接集到信號(hào)較采集信弱應(yīng)和炎癥反應(yīng)從而導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降對(duì)科學(xué)研究的貢獻(xiàn)

更微觀更精確，擅長(zhǎng)提取控制類信號(hào)，但采集數(shù)據(jù)量少，個(gè)體特征差異大

更宏觀，擅長(zhǎng)反映趨勢(shì)性和用戶行為，但不夠精確資料來源：創(chuàng)業(yè)邦研究中心《2023腦機(jī)接口行業(yè)研究報(bào)告》，們各自在設(shè)計(jì)和應(yīng)用上的獨(dú)特考量。1月28日，馬斯克表示他旗下的腦機(jī)接口公司NeuralinkNeuralink降低了手適用于需要持續(xù)監(jiān)測(cè)或康復(fù)訓(xùn)練的情境。未來電極系統(tǒng)的主要路徑前景。剛性電極1949硅基電極icignlecdesUahara64100圖2：硅基電極示意圖資料來源：微米/納米加工技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，血管支架電極2012Synchron公同時(shí)減少了患者的術(shù)后恢復(fù)時(shí)間和并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)。Synchron20166201988Stentrode圖3：血管支架電極示意圖資料來源：中國(guó)數(shù)字科技館，其中包括兩層絕緣層和一層金屬導(dǎo)電層。絕緣層常用的材料包括聚酰亞胺（PI、聚二甲基硅氧烷（DSPaylneCSU8CAu現(xiàn)如今被研發(fā)出的柔性電極大多分為薄膜電極，柔性微絲電極和網(wǎng)狀電極三種。1）2）網(wǎng)狀電極，2015Liebar團(tuán)隊(duì)83）柔性圖4：柔性電極的分類與植入位置資料來源：植入式柔性神經(jīng)微電極最新進(jìn)展[J].微納電子與智能制造,2022,v.4(03):8-18.，臨床試驗(yàn)進(jìn)展：Neuralink進(jìn)行了可植入式電極的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)NeuralinkN1芯片5641024個(gè)把芯片固定到機(jī)器手臂的針頭上，芯片就可以借助機(jī)器手臂的針頭的硬度穿透腦膜。2017-2020Neuralink子可以通過被植入的N1ipeaehavesnaes023eurink2024320N1圖5：左下角的Neuralink公司演示者描述了一只猴子如何使用無線發(fā)射器在鍵盤上“輸入”字符資料來源：Neruallink，可植入式電極面臨的核心技術(shù)問題芯片技術(shù)問題二、腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)鏈分析腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游的硬件和軟件設(shè)備供應(yīng)商、中游的腦機(jī)接口產(chǎn)品開發(fā)商，以及下游的應(yīng)用領(lǐng)域。圖6：腦機(jī)接口技術(shù)流程及產(chǎn)業(yè)鏈資料來源：清華五道口國(guó)家金融研究院，上游：硬件和軟件設(shè)備供應(yīng)ASIC中游：腦機(jī)接口產(chǎn)品開發(fā)市場(chǎng)規(guī)模：腦機(jī)接口市場(chǎng)處于快速增長(zhǎng)階段，《2022-2027年中國(guó)腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及投資風(fēng)險(xiǎn)研究報(bào)告》顯示腦機(jī)接口市場(chǎng)年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)13.19%。投融資情況：近年來，腦機(jī)接口技術(shù)備受關(guān)注，創(chuàng)業(yè)公司數(shù)量持續(xù)上升，融資事件頻發(fā)，投資金額加大。下游：腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用腦機(jī)接口的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，涵蓋了醫(yī)療健康、教育領(lǐng)域、游戲開發(fā)和軍事等多個(gè)領(lǐng)域。智能家居：腦機(jī)接口技術(shù)可用作智能家居系統(tǒng)的遙控器，幫助人們通過意念控制開關(guān)燈、開關(guān)門、開關(guān)窗簾等，進(jìn)一步控制家庭服務(wù)機(jī)器人。三、腦機(jī)接口前景廣闊腦機(jī)接口應(yīng)用未來可期2023表2：腦機(jī)接口發(fā)展規(guī)律腦機(jī)接口發(fā)展規(guī)律基礎(chǔ)研究期1973-1992實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證期1993-2012應(yīng)用期2013-2032應(yīng)用萌芽期2013-2022 應(yīng)用普及期2023-2032基礎(chǔ)理論得到發(fā)展，相關(guān)范式被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上中游逐漸成熟，實(shí)驗(yàn)廣泛開展，技術(shù)得到積累和迭代應(yīng)用解決方案出現(xiàn)和增多，應(yīng)用范圍由應(yīng)用解決方案效果好，開始成熟商用醫(yī)療擴(kuò)展到非醫(yī)療1988年誕生基于P300的范式。1991年誕生基于感覺運(yùn)動(dòng)節(jié)律的范式。1992年誕生基于視覺誘發(fā)電位的范式植入式:2004年BrainGate非植入式:上中游開始成熟，相關(guān)廠商開始供貨以提供實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工具。植入式:特定病治成效著，機(jī)植入式域:心技逐步破，程治療診潛力斷被掘。 碑事件出。類產(chǎn)取得療械資質(zhì)走向商用。非植入式:醫(yī)療領(lǐng)域數(shù)字處方、中風(fēng)康復(fù)設(shè)備續(xù)獲上市許業(yè)育非植入領(lǐng)域:檢測(cè)、作腦和營(yíng)銷領(lǐng)已經(jīng)用康養(yǎng)娛樂交通腦的方成熟廣泛用，為機(jī)領(lǐng)域解方案漸增。 交互新式催更多用。資料來源：中國(guó)信通院，2030-2040400150醫(yī)療，應(yīng)用潛在規(guī)模則大致在250億美元。腦機(jī)接口有望取代傳統(tǒng)應(yīng)用，推動(dòng)市場(chǎng)增長(zhǎng)。2022201413D2019420197醫(yī)療會(huì)是核心應(yīng)用領(lǐng)域個(gè)領(lǐng)域。在“改善/恢復(fù)”方面，腦機(jī)接口可用于多動(dòng)癥、中風(fēng)、癲癇等疾病的恢復(fù)訓(xùn)練。例·2023·390%62高位截癱：清華大學(xué)報(bào)道了一項(xiàng)由首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)外科賈旺教授團(tuán)隊(duì)和清華大355C3-C4視覺/聽力障礙：視覺障礙是指由于眼部或視覺系統(tǒng)的損傷、疾病或功能障礙導(dǎo)致的視力下降。視覺障礙的程度可以從輕微的視力減退到完全失明不等。聽力障礙是指由于內(nèi)耳、中耳、外耳或聽神經(jīng)的損傷、疾病或功能障礙導(dǎo)致的聽力下降。Cell2020514DanielHearingResearch截肢殘疾：截肢殘疾是指由于疾病、外傷、先天性缺陷等原因?qū)е碌纳眢w部分的缺失。腦機(jī)接口技術(shù)在肢體運(yùn)動(dòng)障礙診療中主要有兩種應(yīng)用方式——輔助性腦機(jī)接口和康復(fù)性BrainCoBrainRoboticsPERCRO帕金森癥：帕金森病是一種慢性神經(jīng)退行性疾病，主要影響大腦中控制運(yùn)動(dòng)的部分，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)障礙、震顫、肌肉僵硬和平衡問題。該疾病通常發(fā)