传媒行业元宇宙系列深度研究：脑机接口现状与未来.pdf

请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告|2022022 2年年1111月月1111日日行业研究行业研究 深度报告深度报告 传媒传媒 传媒传媒投资评级：超配（维持评级）投资评级：超配（维持评级）元宇宙系列深度研究：脑机接口现状与未来元宇宙系列深度研究：脑机接口现状与未来证券分析师：张衡021-S0980517060002证券分析师：夏妍021-S0980520030003请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容核心观点核心观点脑机接口（脑机接口（Brain-Computer InterfaceBrain-Computer Interface，BCIBCI）：狭义上是在大脑与外部环境之间建立一种全新的不依赖于外周神经（PNS）和肌肉的交流与控制通道，通过测量和采集中枢神经系统（CNS）活动，并将其直接转译为可被外界人工设备识别的信号或指令，从而实现大脑与外部设备的直接交流与控制（输出式BCI）。技术发展上，脑机接口已经从早期的学术探索进入到应用实验的阶段；根据信号采集过程对大脑的侵入程度，其可以被分为侵入式和非侵入式；从信息传输方向，可以分为从脑到机、机到脑、脑到脑和脑机融合四个方向。脑机接口应用领域与市场前景广阔脑机接口应用领域与市场前景广阔。1）根据Mckinsey的研究报告，预计脑机接口相关市场规模在2030-2040期间可达700亿-2000亿美元，具备广阔的市场应用前景；2）应用场景上来看，一方面对脑机制的根本理解可为脑疾病带来新型疗法，另一方面，依托脑机接口的意念控制机器、脑控开关等新一代交互方式在医疗、教育和消费品等市场具备较大的应用潜力。具体来看，脑机接口技术有望在医疗健康、游戏娱乐（VR/AR、游戏等）、教育等场景大放异彩；长期来看，脑机接口有望成为连接现实世界与数字世界重要入口，构建元宇宙时代的核心技术底座；3）产业发展上，目前全球提供脑机接口产品和业务的公司有两百余家，主要集中在美国和中国；互联网科技巨头纷纷介入脑机接口领域。谷歌、微软、Facebook 等科技巨头也开始布局开发底层技术。2014年后阿里、百度、科大讯飞等公司以投资并购方式入局脑机接口领域，陆续推出各自人工智能脑计划。例如，科大讯飞研究课堂教学方法改进和效果评估；淘宝研究意念购物下单；游戏公司米哈游与大学合作打造结合脑机技术的“虚拟世界”游戏等等；4）产业政策上，2016年我国启动中国脑计划脑科学和类脑科学研究。在十四五规划和 2035 年远景目标纲要中，人工智能和脑科学为国家战略科技力量，规划中进一步指出需要加强原创性和引领性科技攻关，集中优势资源攻关科技前沿领域。2022年10月上海市则发布上海打造未来产业创新高地发展壮大未来产业集群行动方案，加速非侵入式脑机接口技术、脑机融合技术、类脑芯片技术、大脑计算神经模型等领域突破。加强脑科学相关研发创新，探索脑机接口技术在医疗康复领域的运用。部分头部公司在场景和产品上迈出重要里程碑部分头部公司在场景和产品上迈出重要里程碑。1）海外市场来看，Synchron于2021年成为第一家从美国FDA获得临床研究性器械豁免（IDE）以进行永久植入BCI临床试验的公司。创立于2012年的MindMaze已经推出MindMotion Go（家庭神经系统康复平台）、MindPod（通过动画游戏体验促进患者运动技能和认知功能的恢复）、Elvira（具有AR、VR、手部跟踪和神经传感器的混合现实头显）三大产品平台，并有众多头部公司、创业团队、科研机构持续加入；2）国内亦出现了以脑陆科技、博睿康等为代表的创业团队、以清华大学、中科院等为代表科研机构持续加大投入。投资建议：关注技术进展，把握上下游投资机会及场景落地可能。投资建议：关注技术进展，把握上下游投资机会及场景落地可能。当前脑机接口相关技术尚处于早期，但是从应用领域和未来商业价值上均具备较大潜力，建议重点关注两条主线：1）技术驱动下的软硬件领域，关注采集、外控、医疗设备、消费电子等领域进展；2）长期来看，脑机接口相关软硬件技术有望在VR/AR、元宇宙等领域成熟落地并带来全新交互体现，持续看好元宇宙、VR/AR等领域发展，关注a）在脑机接口领域布局的相关标的三七互娱（旗下产业基金投资脑机 AI 技术公司华南脑控）、汤姆猫（与杭州妞诺霄云战略合作，设立金科汤姆猫生命科技与浙江大学等机构合作）等标的；b）元宇宙/VRAR受益标的：游戏（恺英网络、宝通科技、完美世界、三七互娱等），视频（头部视频平台、影视内容公司、直播电商等场景，关注芒果超媒、星期六、华策影视、奥飞娱乐、光线传媒、中文在线、捷成股份等），数字藏品（视觉中国、浙文互联、三人行等）。qRyQrQmMoMrMyRqOrOyQtPbRdNaQsQqQnPsQiNpOrQjMoPpR7NmNpOMYsOqOuOpOpM请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容脑机接口：定义与历史0101应用场景广阔，产业发展方兴未艾0202典型场景与公司0303投资建议0404目录目录请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容脑机接口概况0101请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容1.1 1.1 什么是脑机接口什么是脑机接口 人的神经系统可以大致分为中枢神经系统（Central Nervous System，CNS）和外周神经系统（Peripheral Nervous System,PNS)。通常情况下，脑中枢神经系统（CNS）的活动通过外周神经系统（PNS）连接身体的感觉、运动、语言等信息收发器官实现身体内部与外部环境的信息交互。脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI）狭义上是在大脑与外部环境之间建立一种全新的不依赖于外周神经（PNS）和肌肉的交流与控制通道，通过测量和采集中枢神经系统（CNS）活动，并将其直接转译为可被外界人工设备识别的信号或指令，从而实现大脑与外部设备的直接交流与控制（输出式BCI）。除了狭义上的输出式BCI，广义的BCI还包括输入式BCI和交互式BCI。其中，输入式BCI主要由外部设备或机器绕过外周神经（PNS）或肌肉系统直接向大脑输入电、磁、声和光的刺激等或神经反馈，以调控中枢神经活动。交互式BCI则是通过输出式BCI和输入式BCI由神经反馈构成交互式的闭环系统。最初研究脑机接口的主要驱动力是期望将其用作运动障碍患者的新型辅助技术。随着脑机接口的快速发展也逐渐激发了其他领域的强烈兴趣。目前，脑机接口的应用范围已远远超出了临床医学领域，拓展应用到情绪识别、虚拟现实和游戏等非医学领域。脑机接口理念示意图脑机接口理念示意图资料来源：康橙投资，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容1.2 1.2 脑机接口的发展历史脑机接口的发展历史以脑机接口的基础理论及应用里程碑为标准，脑机接口的发展可以分为三个阶段：学术探索期学术探索期（20世纪20年代70年代）1924年德国精神医学家Hans Berger首次检测发现了脑电波（Electroencephalogram,EEG），为大脑研究奠定了基础；发现了脑电分析重要指标，即脑电图、与大脑不同状态相关的波和波。科学论证期科学论证期（20世纪70年代2000年）1970 年美国国防高级研究计划局（DARPA）开始组建团队研究脑机接口技术；1973年首篇以“脑计算机通讯”命名（brain-computer communication）的论文；1998 年 Emory 大学的 Philip Kennedy 和 Roy Bakay 以侵入式脑机接口协助脑干中风患者控制电脑光标，布朗大学同年实现电脑芯片和人脑连接的 BrainGate 技术；1999 年和 2002 年两次脑机接口国际会议的召开为脑机接口技术的发展指明了方向。应用实验期应用实验期（2000年至今）进入21世纪后，随着神经科学与相关技术的不断突破，脑机接口技术开始快速发展，脑机接口技术进入科学论证阶段。脑机接口技术的发展历程脑机接口技术的发展历程资料来源：中国信息通信研究院，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容1.3 1.3 脑机接口的原理脑机接口的原理 大脑和意识的物理本质是电活动。脑神经在遇到刺激或思考时，细胞膜外大量钠离子会涌入细胞内，进而打破原有电位差形成电荷移动，从而出现局部电流，电流传递过程中继续刺激其他神经元，最终形成意识，这些意识或被解读，或形成运动指令输出给身体。大脑不同状态下脑电信号特点各异，使脑电分析成为可能。大脑功能的分区对应于人体不同器官和肢体功能。大脑不同分区负责感知觉、运动、注意、记忆、认知、语言、思维、情绪等各种功能。脑机接口技术通过采集这些不同脑功能区位置与不同深度的电信号，通过预处理、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。解读脑信号是搭建脑机接口系统的关键环节。脑信号的解读通过事先在脑信号与思维任务之间建立映射模型，实时处理在线记录的脑信号并将其转化为机器指令从而控制外部设备。与此同时，大脑实时接收脑机接口的反馈结果。部分脑电信号种类及特点部分脑电信号种类及特点资料来源：蛋壳研究院，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容1.4 1.4 脑机接口系统流程脑机接口系统流程 脑机接口的目的是把大脑活动转变成对设备的控制指令，或者通过刺激大脑提供感觉反馈或修复神经功能。脑机接口的实现通常涉及下述多个处理步骤：1.脑信号采集：感知和测量大脑信号，获得足量的脑电数据，将信号传递给信号处理单元组件。2.脑信号处理与解码：信号处理功能包括脑信号预处理、特征提取和模式识别三个步骤。脑信号预处理旨在去除信号噪声以提升信号质量，提高信噪比。特征提取根据特定的BCI范式所设计的心理活动任务相关的神经信号规律，采用时域、频域、空域方法或相结合的方法提取特征。模式识别通过采用先进的模式识别技术或机器学习算法训练分类模型，针对特定的用户定制特征提取和解码模型。3.控制接口：根据具体的通信或控制应用要求，控制接口把上述解码的用户意图所表征的逻辑控制信号转换为语义控制信号，并由语义控制信号转化为物理控制信号。4.机器人等外设：与脑机接口通信或可控制的外部设备可以是多种多样的，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）。5.神经反馈：实现双向脑机交互的关键技术，其应用了条件反射和人脑可塑性通过神经反馈可以把用户的脑活动特征、解码结果以及与外设通信或控制的结果以视觉、听觉或触觉等方式可视化地反馈给用户，以调整用户的心理活动，从而调节用户的脑信号，最终提升脑机交互的性能。脑机接口系统示意图脑机接口系统示意图资料来源：中国人工智能产业发展联盟，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容1.51.5 脑机接口的分类脑机接口的分类 根据脑机接口信号采集过程对大脑的侵入程度，可以被分为侵入式侵入式和非侵入式非侵入式。侵入式：需要借助一定形式的外科手术来实现，其过程为移除一部分颅骨，在大脑中植入电极或植入物，再将移除的颅骨部分放回原处。因为大脑没有内部疼痛感受器，所以记录本身并不会带来痛苦。主要技术为皮层脑电（ECoG）和单个神经元记录（Spikes）。优点：高质量和高信噪比的神经信号，细胞水平的空间分辨率和时间分辨率较高；缺点：1）穿透血脑屏障可能导致感染；2）免疫反应组织对电极形成的包围能使电信号质量随时间下降；3）植入过程中，可能对完好无损的大脑回路产生损害。非侵入式：无需动手术，直接从大脑外部采集大脑信号。常用的非侵入式信号有头皮脑电（EEG）、功能近红外光谱(fNIRS)、功能性磁共振成像(fMRI)、脑磁(MEG)等。优点：安全性高、成本低、可接受度高，成为面向消费应用市场的主流；缺点：由于颅骨导致的信号衰减作用和电场分散模糊效应，导致信号分辨率低，很难确定发出信号脑区或相关放电的单个神经元，导电膏失效时信号也无法传输。三种不同的检测脑电活动方式三种不同的检测脑电活动方式资料来源：中国人工智能产业发展联盟，国信证券经济研究所整理不同脑信号采集技术的分辨率不同脑信号采集技术的分辨率资料来源：中国人工智能产业发展联盟，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容1.51.5 脑机接口的分类脑机接口的分类 未来脑机技术的创新发展按照信息传输方向分类，或将是从脑到机脑到机、机到脑机到脑、脑到脑脑到脑和脑机融合脑机融合四个方向发展。“脑到机”的信息传输方向是由大脑到机器。通过脑信号检测技术获取神经系统的活动变化，识别信号类别和动作意图，用计算机把思维活动转变成命令信号驱动外部设备，实现大脑直接控制外部环境。“机到脑”的信息传输方向由机器到大脑。对生物大脑或其他神经系统特定部位施加精细编码的外部刺激(如微电刺激、光刺激)，来唤醒或控制生物的某些特定感受和行为。“脑到脑”是大脑与大脑之间的网络通信。通过对一个大脑的神经信号实时解码并重新编码后直接传输到另一个大脑，从而对另一个大脑产生作用。大脑间直接通信可作为新型生物体交互手段，对神经康复、脑机协同具有重要参考价值。目前相关研究较少。“脑机融合”是大脑和机器的深度融合。大脑与机器互相适应、协同工作，把生物脑的感知能力与机器的计算能力结合，生物和机器在信息感知、信息处理、决策判断，甚至记忆、意图多个层次相互配合。“脑到机脑到机”-渐冻症患者通过脑机接口与外界交流渐冻症患者通过脑机接口与外界交流资料来源：Nature，国信证券经济研究所整理“脑到机脑到机”-通过脑机接口将脑中笔迹转为屏幕字句通过脑机接口将脑中笔迹转为屏幕字句资料来源：MIT Technology Review，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容1.6 1.6 脑机接口的主要技术脑机接口的主要技术 脑机接口的技术体系主要分为硬件层和软件层。硬件层包括脑电采集设备和外控设备 脑电采集设备包括核心部件和器件、电极、芯片、电源和材料；外控外联设备包括机械臂、仿生手、无人机等。软件层包括生物信号分析、核心算法、通信计算和安全隐私。脑机理认知方面一定程度上也属于软件仿真和实现的重要方面。随着对脑机理的不断认知，采集获取的数据量越来越庞大，未来将陆续面临数据压缩算法和存储技术，以及高通量高速数据无线传输等方面的挑战。此外，基于脑电的信息认证及信息安全、隐私保护也将是软件层重点研究和解决的问题。脑机接口技术体系脑机接口技术体系资料来源：中国信息通信研究院，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容1.7 1.7 脑机接口产业链脑机接口产业链脑机接口产业链脑机接口产业链资料来源：量子位，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容应用场景广阔，产业发展方兴未艾0202请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2.1 2.1 脑机接口前景广阔脑机接口前景广阔 脑机接口技术市场应用广阔。随着计算机科学、神经生物学、数学、康复医学等相关学科的不断探索与交叉融合，脑机接口技术正从基础科研走向市场。一方面，对脑机制的根本理解可为脑疾病带来新型疗法，另一方面，业界认为未来10-15年或将出现新一代交互方式，用意念控制机器、脑控开关等都将会成为现实，在医疗、教育和消费品等市场应用潜力巨大。预计未来市场规模发展潜力大。根据Mckinsey于2020年出具的研究报告，预计脑机接口相关市场规模在2030-2040期间可达700亿-2,000亿美元。全球脑机接口预计市场规模（全球脑机接口预计市场规模（2030 20402030 2040）资料来源：Mckinsey，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2.2 2.2 脑机接口脑机接口 X X 医疗健康医疗健康脑机接口在医疗健康领域的应用 脑机接口技术在医疗健康领域有广阔的应用前景。脑机接口技术可以直接实现大脑与外部设备的交互，跨越常规的大脑信息输出通路，在医疗健康领域应用场景广泛。同时，随着现代医学对大脑结构和功能的不断探索，人类已经对运动、视觉、听觉、语言等大脑功能区有了较为深入的研究，那么通过脑机接口设备获取这些大脑区域的信息并分析，在神经、精神系统疾病的体检诊断、筛查监护、治疗与康复领域拥有广泛的应用。医疗健康领域是目前脑机接口最大的市场应用领域，也是增长最快的领域。脑机接口在医疗健康的领域的主要应用场景包括：1.肢体运动障碍诊疗 辅助性脑机接口：通过脑机接口设备获取患者的运动意图，实现对假肢、外骨骼或轮椅等外部设备的控制。例如2019年BrainCo旗下的BrainRobotics可以直接与肢体残端的神经和肌肉对接，用户可以用自己的大脑来控制它。康复性脑机接口：由于中枢神经系统具备可塑性，经过脑机接口设备直接作用于大脑进行重复性反馈剌激，可以增强神经元突触之间的联系，实现修复。康复性BCI常与虚拟现实（virtual reality，VR）技术结合，创建BCI同步闭环康复系统，模拟产生三维空间的虚拟场景，并通过 VR 设备向用户进行视觉反馈。BrainRoboticsBrainRobotics可以通过大脑控制的假肢可以通过大脑控制的假肢资料来源：BrainCo官网，国信证券经济研究所整理20142014年巴西世界杯截肢残疾者利用脑机接口技术开球年巴西世界杯截肢残疾者利用脑机接口技术开球请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2.2 2.2 脑机接口脑机接口 X X 医疗健康医疗健康脑机接口在医疗健康领域的应用 脑机接口在医疗健康的领域的主要应用场景包括：2.意识与认知障碍诊疗：通过脑机接口设备获取并分析“植物人”患者的脑电信号，掌握患者的意识状态，实现意识障碍诊断与评定，甚至与意识障碍患者实现交流。有助于医生判别患者是否有唤醒康复的可能，有针对性的采取治疗措施。3.精神疾病诊疗：基于脑电信号的情感识别研究用于辅助抑郁症、焦虑症等精神类疾病发病机制的研究和治疗。4.感觉缺陷诊疗：使患者自身的感觉信息被脑机接口设备解码，实现感觉恢复，目前该项技术已经在听觉、视觉、触觉等感觉缺陷诊疗中发挥积极作用，未来可期。5.癫痫和神经发育障碍诊疗：通过脑电输出和判断大脑的功能和疾病的信号，以诱发患者功能区的响应，通过手术切除、热凝、激光损毁等技术实现改变和治疗大脑的癫痫网络，已经在临床成熟应用。无意识植物人状态患者使用脑机接口设备实现交流无意识植物人状态患者使用脑机接口设备实现交流资料来源：中国人工智能产业发展联盟，国信证券经济研究所整理资料来源：中国人工智能产业发展联盟，国信证券经济研究所整理非侵入式可穿戴脑电波康复系统被证明可改善孤独症儿童的神经调节非侵入式可穿戴脑电波康复系统被证明可改善孤独症儿童的神经调节请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容脑机接口在娱乐领域的应用 在娱乐领域，脑机接口呈现出与玩具、VR/AR 结合的发展特征。出现脑控小车、脑控 VR/AR 等产品。美国科技公司 Cognixion 在 2020年发布了基于脑机接口的 AR 头显，可在屏幕、游戏、电话、办公影音等多个场景实现沉浸式体验。云睿智能（EEGSmart）开发出了基于脑机接口技术用一年操控的意念无人机Udrone。目前脑机接口游戏产品主要以评估专注力为主的初级游戏为主。游戏模式相对简单，与移动游戏产业最初的“捕鱼”“切水果”模式类似。2.2 2.2 脑机接口脑机接口 X X 娱乐内容娱乐内容CognixionCognixion发布基于脑机接口的发布基于脑机接口的ARAR头显头显资料来源：Cognixion官网，国信证券经济研究所整理EEGSmartEEGSmart发布的发布的UdroneUdrone意念无人机意念无人机资料来源：EEGSmart官网，国信证券经济研究所整理NeuroSkyNeuroSky发布的可用于玩游戏的头戴设备发布的可用于玩游戏的头戴设备MindwaveMindwave Mobile 2 Mobile 2资料来源：NeuroSky官网，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2.3 2.3 脑机接口脑机接口 X X 教育、智能家居、汽车等教育、智能家居、汽车等脑机接口在其他领域的应用 教育领域：脑机接口技术在教育领域的应用包括注意力监测、压力监测、教学设计、智能学习和记忆增强，甚至会颠覆现有教育模式。清华大学心理学系和教育研究院联合团队已经研究发现，数学期末考试中可以记录到与学生数学焦虑特质显著相关的神经生理标志物，基于脑机接口技术和神经反馈技术，可以通过调控该神经生理标志物缓解和改善学生的数学焦虑。其他领域：被动式脑机接口技术在应急管理部门、安防、电力、铁路、交通等行业也具有广阔应用前景。其中疲劳监测是热点方向。澳大利亚的 SmartCap 公司生产的智能帽可实时采集驾驶员（尤其是采矿、物流、客运等专业司机）的脑电信号并分析，从而判断驾驶员的疲劳状态。SmartCapSmartCap通过手机实时进行疲劳监测通过手机实时进行疲劳监测资料来源：SmartCap官网，国信证券经济研究所整理BrainCoBrainCo为学生研发的专门设备为学生研发的专门设备NeuroMakerNeuroMaker STEM Kit STEM Kit资料来源：BrainCo官网，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2.3 2.3 脑机接口：元宇宙的终极入口？脑机接口：元宇宙的终极入口？Roblox：通向“元宇宙”的8个关键特征，即Identity（身份）、Friends（朋友）、Immersiveness（沉浸感）、Low Friction（低延迟）、Variety（多样性）、Anywhere（随地）、Economy（经济）、Civility（文明）VR/AR构成了当前进入虚拟3D数字世界的主要方式 黑客帝国 VS 头号玩家，脑机接口有望成为元宇宙入口的终极形态黑客帝国黑客帝国头号玩家头号玩家RobloxRoblox元宇宙元宇宙8 8个关键特征个关键特征资料来源：公司公告，国信证券经济研究所整理资料来源：豆瓣，国信证券经济研究所整理资料来源：豆瓣，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2.4 2.4 脑机接口产业发展加速脑机接口产业发展加速 脑机接口企业的增长数量加速，脑机产业迈入蓬勃发展阶段。目前全球提供脑机接口产品和业务的公司有两百余家，主要集中在美国和中国。在 2014 年以后，由于脑机接口技术成熟度提升，产品和服务广泛被市场接受,不断有新公司进入该领域，目前每年新增公司超过10家，明显高于2014年前水平。全球脑机接口专利申请近些年加速增长，成果转化践行积极。2010年至2021年期间，脑机接口的有效发明和实用新型专利许可量达到一百余件，2015年开始许可活动逐渐活跃，年许可量接近10件，一定程度体现出技术逐步走出实验室，向产业应用落地。互联网科技巨头纷纷介入脑机接口领域。谷歌、微软、Facebook 等科技巨头也开始布局开发底层技术。2014年后阿里、百度、科大讯飞等公司以投资并购方式入局脑机接口领域，陆续推出各自人工智能脑计划。例如，科大讯飞研究课堂教学方法改进和效果评估；淘宝研究意念购物下单；游戏公司米哈游与大学合作打造结合脑机技术的“虚拟世界”游戏。历年新增脑机接口企业数量历年新增脑机接口企业数量资料来源：中国信息通信研究院，国信证券经济研究所整理脑机接口全球专利申请趋势脑机接口全球专利申请趋势资料来源：中国信息通信研究院，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2.5 2.5 脑机接口政策支持脑机接口政策支持 脑科学和类脑研究已成为我国国家战略。2016年我国启动中国脑计划脑科学和类脑科学研究。在十四五规划和 2035 年远景目标纲要中，人工智能和脑科学为国家战略科技力量，规划中进一步指出需要加强原创性和引领性科技攻关，集中优势资源攻关科技前沿领域。我国脑计划分为两个方向：1）以探索大脑秘密并攻克大脑疾病为导向的脑科学研究；2）以建立并发展人工智能技术为导向的类脑研究。具体研究框架为脑科学研究指明方向。2017 年四部委联合印发“十三五”国家基础研究专项规划明确提出了脑与认知、脑机智能、脑的健康三个核心问题。目前的布局可用“一体两翼”来概括，即以研究脑认知的神经原理为“主体”，其中又以绘制脑功能联结图谱为重点，而研发脑重大疾病诊治新手段和脑机智能新技术为“两翼”。地方也重视并出台脑科学和类脑科学的相关政策。中国脑计划框架图中国脑计划框架图资料来源：中国人工智能产业发展联盟，国信证券经济研究所整理各地方脑机接口相关发展政策各地方脑机接口相关发展政策资料来源：中国人工智能产业发展联盟、政府网站，国信证券经济研究所整理时间地区具体内容2015年5月上海发布全球有影响力科技创新中心建设二十二条，将脑科学与人工智能列为重大基础工程之首。2018年12月上海脑与类脑智能基础转化应用研究市级重大专项启动实施，随之启动的还有“全 脑神经联结图谱与克隆猴模型计划”等相关专项。2018年11月北京征集 2018 年六大技术领域储备课题，其中第一大领域就是认知与类脑技术。2019年北京北京市经济和信息化局发布关于印发北京市机器人产业创新发展行动方案(20192022 年)的通知，该行动方案重点工作指出“面向养老、健康服务领域，布局机器学习、触觉反馈、增强现实、脑机接口等关键技术，推动多功能手臂、外骨骼机器人 等康复机器人以及智能护理机器人的研发生产”。2021年杭州杭州西湖区率先布局脑机智能产业，全力打造脑机智能产业链。2022年10月上海上海市发布上海打造未来产业创新高地发展壮大未来产业集群行动方案，加速非侵入式脑机接口技术、脑机融合技术、类脑芯片技术、大脑计算神经模型等领域突破。加强脑科学相关研发创新，探索脑机接口技术在医疗康复领域的运用。请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2.6 2.6 脑机接口发展的技术挑战脑机接口发展的技术挑战 脑电信号采集方法有待改进。1）侵入式接口最大的挑战是手术如何将对脑部的损伤降到最低，并且随着植入时间延长，穿刺电极被炎症细胞包裹，会导致信号缺失；2）非侵入式信号较差，脑电信号采集过程中，夹杂着不少干扰成分，如肌信号干扰等，因此设计抗干扰能力强的脑电信号采集设备等问题有待解决。软件系统稳定性、自适应性较差，信号处理方式和信息转换速度有待提升。目前，脑机接口系统的最大信息转换速度可大于300 bit/min，此速度与正常交流时所需的速度存在差距。如何改善信号处理方法使之系统化、通用化，从而快速、精确、有效地设计出实用脑机接口系统的问题也有待研究。侵入式脑机接口对植入芯片的软硬件要求较高。1）硬件设计开发上，植入芯片对集成工艺、微加工制造技术、测试技术、感应供电提出新要求；2）软件系统上，植入芯片的软件系统则对数字模块架构和逻辑设计、建模、驱动 程序、信号放大、模数转换、数据压缩、编解码提出较高的要求。如何把信号精确地传送到脑内相关技术有待探索。该技术的实现才意味着实质性的脑机互动、甚至实现脑脑互动。由于大脑对视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉等感知非常复杂，不是单一而是混合的，如何进行多模态感知的混合解析，并高效地编译为脑可“读”的“兼容数据”，这些技术挑战仍需要有待探索。请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 脑机接口在市场化落地方面不确定性较高。侵入式脑机接口技术在市场化落地时，对基础理论研究和工程实现具有极高要求，投入回报周期长，对复合型人才依赖度高，开发成本高，且需要进行临床试验等证明安全性耗时久，因此从市场角度看短时期内应用范围仍然极窄，在一定时期内仍主要集中在科学研究和重症医疗领域。从安全和伦理的角度，包括黑客攻击、意念控制、数据窃取等隐私泄露风险存在。设备安全问题、个人隐私安全问题、知情和同意权问题、自主性和责任归属问题，以及使用脑机接口设备获取某种“能力”之后可能引起的社会公平公正问题都成为脑机接口发展的潜在挑战。2.7 2.7 脑机接口发展的其他挑战脑机接口发展的其他挑战请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容国内外代表公司和研究机构0303请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容SynchronSynchron是当前BCI领域领先企业，于2021年成为第一家从美国FDA获得临床研究性器械豁免（IDE）以进行永久植入BCI临床试验的公司。公司产品stentrodeTM通过微创脑机接口技术，在减少对大脑侵入和提高大脑信号的清晰程度中实现相对平衡，以帮助失去行动和说话能力的患者通过设备实现交流。Synchron的技术仍处于开发的早期阶段，公司未来的目标是缩小设备的尺寸，同时提高它们的计算能力，最终实现能够在每个患者大脑的不同部位放置大量的支架，让它们执行更多的功能。2016年公司成立，通过对羊的实验成功展示其产品stentrodeTM实现血管ECoG的长期脑活动记录2018年公司表明可以从血管内部实现局部脑刺激而无需进行开放式脑部手术2021年公司在临床试验中对两名患者成功植入stentrodeTM，帮助患者实现通过外部设备独立控制短信、电子邮件和网上银行公司成为第一家从FDA获得临床研究性器械豁免（IDE）以进行永久植入BCI临床试验的公司2022年一名美国肌萎缩侧索硬化症（ALS）患者通过手术植入stentrodeTM成功实现通过意识操控电子设备，实现发送短信、在线购物等目的第一步：医生在病人颈部切开一个切口，通过导管将支架通过颈静脉注入运动皮层内的血管。当导管被移除时，stentrodeTM（右图圆柱形中空金属丝网）打开并开始与血管的外边缘融合。该过程与植入冠状动脉支架非常相似，只需几分钟。第二步：通过导线将stentrodeTM连接到到植入患者胸部的计算设备。外科医生须在患者皮肤下为电线创建一个隧道，并为该设备创建一个口袋，就像安装起搏器一样。当大脑神经元放电时，脑内支架读取信号，计算设备放大这些信号，并通过蓝牙将它们发送到电脑或智能手机。资料来源：Synchron官网，国信证券经济研究所整理资料来源：Bloomberg News，国信证券经济研究所整理资料来源：Synchron官网，国信证券经济研究所整理stentrodestentrodeTM 植入过程植入过程stentrodestentrodeTM 产品图产品图3.1 3.1 国内外代表公司国内外代表公司公司发展历程公司发展历程请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容NeuraLink 2016年，包括马斯克在内的共八位创始人推出了脑机接口（BCI）技术初创公司NeuraLink。公司专注于高带宽侵入式脑机接口技术，致力于将大脑和网络相连通。NeuraLink开发了马斯克称之为“神经蕾丝”的柔性电极技术，在人脑中植入细小的电极，微米级的螺纹插入大脑控制运动的区域。每根线都包含许多电极，并将其连接到植入物。根据2019年NeuraLink首次对外公布的成果，这种接口系统由一组电子芯片和一些厚度只有4至6微米、宽度比人头发丝还细的丝线组成。整个系统包含3072个传感器，分布在大约100根柔性丝线上。公司发展历程公司发展历程2016年马斯克和多位专家学者一同创立公司2019年NeuraLink实现以数千电极记录老鼠脑部活动2020年将直径23mm的芯片（Link V0.9）植入了猪脑，并且实现了神经信号的读取及写入2021年发布最新研究成果让大脑植入芯片的猴子通过意念玩游戏连接器连接器植入大脑封装好的连接器，将用于在大脑中处理和传输神经信号的装置“神经蕾丝神经蕾丝”每个小而柔软的丝线都包含许多检测神经信号的电极充电器充电器紧凑感应型充电器能够无线连接植入装置，从外部为其充电资料来源：中国人工智能产业发展联盟、公司官网，国信证券经济研究所整理资料来源：公司官网，国信证券经济研究所整理NeuraLinkNeuraLink BCIBCI大脑植入物大脑植入物3.1 3.1 国内外代表公司国内外代表公司请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容MindMaze MindMaze创立于2012年，总部位于瑞士洛桑。公司致力于通过非侵入式脑机接口研究，加速人类恢复、学习和适应的能力。通过在神经科学、生物传感、工程、混合现实和人工智能等交叉领域的研究，公司提高神经系统疾病患者的康复潜力，并获得FDA批准和CE标志，致力于创建大脑健康的通用平台。公司当前主要产品主要涉及：1）MindMotion Go：家庭神经系统康复平台；2）MindPod：通过动画游戏体验促进患者运动技能和认知功能的恢复；3）Elvira：一款具有AR、VR、手部跟踪和神经传感器的混合现实头显。Elvira利用其神经技术引擎，通过神经读数预测玩家的意图，并将其与跟踪的身体运动相协调以弥补虚拟世界和现实世界的差距，以增加游戏沉浸感。同时游戏中读取的生理指标有助于专注健康的游戏和应用的开发，以促进放松和正念。3.1 3.1 国内外代表公司国内外代表公司家庭神经体统康复平台家庭神经体统康复平台MindMotionMindMotion Go GoElviraElvira头显头显资料来源：公司官网，国信证券经济研究所整理资料来源：公司官网，国信证券经济研究所整理资料来源：公司官网，国信证券经济研究所整理MindPodMindPod海豚动画游戏海豚动画游戏请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容BrainCo 强脑科技BrainCo于2015年创立，是哈佛创新实验室孵化的第一支华人团队。BrainCo最先从教育领域切入，同时也涉足医疗及游戏领域，产品包括 Focus 专注力训练系统、智能仿生手、正念舒压等，其脑机接口 AI 假肢成为时代杂志发布的 2019 年年度最佳创新产品之一。目前公司产品主要涉及两个方面：1）BrainRobotic Hand（智能仿生手）；2）Focus Calm（专注力训练设备）。BrainRobotic HandBrainCo开发的智能仿生手，这一款基于脑机接口技术的假肢不同于传统的套筒假体基本上只是在肢体残端开槽，新系统是一种神经-肌肉-骨骼假体，它可以直接与肢体残端的神经和肌肉对接，用户可以用自己的大脑来控制它，从而在使用过程中达到逼真的效果。BrainCoBrainCo当前产品服务介绍当前产品服务介绍资料来源：公司官网，国信证券经济研究所整理Focus Calm 专注力训练设备专注力训练设备产品包括硬件、软件两部分。硬件头环是信号精度领先的脑检测设备，结合FocusNow软件系统与脑神经反馈训练，以提升专注力。Focus专注力训练设备已广泛应用于脑疾病治疗与预防、运动员训练及学生专注力提升等多种场景。3.1 3.1 国内外代表公司国内外代表公司请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容BrainUp 脑陆科技 脑陆科技成立于2016年6月，总部位于北京，是一家基于神经网络算法的脑机交互开放平台，专注于突破脑机接口底层技术，将脑机接口与人工智能技术结合应用落地，以实现其产业化。公司当前主要产品为：1）可穿戴医疗级睡眠仪，通过粉噪音、白噪音等节律声波对神经实时调控，优化深度睡眠时长；2）BCI智慧安全帽，在完成安全防护的同时，对人的精神不安全状况和生理状况进行监测，实时进行安全预警，提升安全管理。2016年6月公司成立2018年12月推出C端脑机产品，与十余家医院合作2019年10月公司首个面向个人市场的脑机产品上市2020年12月公司获评“2020年度十大创新力公司”，拥有百余项专利2021年6月SleepUp脑机产品发布资料来源：公司官网，国信证券经济研究所整理资料来源：公司官网，国信证券经济研究所整理资料来源：公司官网，国信证券经济研究所整理公司发展历程公司发展历程可穿戴医疗级睡眠仪可穿戴医疗级睡眠仪BCIBCI智慧安全帽智慧安全帽3.1 3.1 国内外代表公司国内外代表公司请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所