【按】脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI）是一种将人的大脑与计算机或其他外部设备连接起来的技术。随着科技的不断发展，脑机接口技术在医疗、教育、娱乐等领域的应用前景广阔。近年来在医疗领域，脑机接口被视为恢复和增强人类能力的新途径，它不仅为治疗神经功能失调提供了有效手段，如瘫痪、中风和帕金森等疾病，而且是全面解析大脑以深化我们对其理解的核心关键技术。通过脑机接口技术趋于成熟，可以更多方位的了解脑机接口前沿技术。中国神经科学学会学会牵头“科创中国”脑科学与生命健康产业科技服务团，在服务上海市、广州深圳等中国科协“科创中国”试点城市过程中，组织专家调研论证，形成建议报告。现予编发，供参阅。

一、脑机接口突破点及产学研融合进展

随着脑机接口及类脑智能的迅速发展，特别在国家“脑科学”计划的推进和支持下，脑机接口相关应用进入临床场景的周期也将逐步缩短，未来用于术中功能定位诊断的脑机接口应用有望率先进入临床试验、获批拿证，这一领域的新进展也值得持续关注。

比如脑虎科技经过两年多的发展，于2023年中发布了最新研究结果，特别是动物试验、探索性人体试验相关成果都走在我国脑机接口领域前列，升至在世界舞台也属于突破性进展。其中包括脑机接口植入犬类并完成运动解码实验，在拉布拉多犬Neo身上中植入脑机接口产品NeuroInterface第二代，配合256通道的皮层电极，放置在其M1运动区，后端通过数字脑电图机来做信号采集跟处理，并配合以算法跟解码软件，以预测它的腿部运动轨迹跟脑电解码出来轨迹之间的相关性。结果显示两者轨迹相关性为80%以上，解码延迟在30毫秒内。而恒河猴实现通过意念打游戏实验中，恒河猴“悟空”经过学习之后，植入256通道的皮层电极加上NeuroInterface植入体，通过脑电仪、算法跟云平台做解码。通过RNN模型（300万参数集的回归神经网络）来做训练，实现游戏指令的控制。另外，其发布3项探索性人体临床试验：2023年2月；完成一项256通道柔性深部电极的植入手术，成功实现单神经元Spike信号记录；2023年5月，基于柔性皮层脑机接口技术，实现汉语言解码与合成，通过术中临时植入256通道柔性皮层电极，结合后端脑电采集设备，术中记录受试者发音过程中的脑电信号，实现汉语语音解码和合成; 2023年6月,基于柔性皮层脑机接口技术，实现重要脑功能区定位，通过植入256通道皮层电极，结合自主开发的后端脑电采集设备和处理软件，采集并分析受试者语言任务中的脑电信号，实现患者术中语言区实时定位，指导外科医生精准切除脑区病灶，保留患者的重要脑功能。

为实现脑机接口的商业化应用，脑虎科技始终围绕“如何最大限度利用大脑和最低限度损伤大脑”的核心理念，我们认为这两大要素也是实现脑机接口的商业化应用的关键所在。

二、脑机接口技术的行业融合及步入临床研究

整体来说对行业是利好。自脑机接口（BCI）概念提出至今，已经有50年历史，当下已经进入多个医疗场景，开始探索性人体临床试验。随着Neuralink今年5月获得FDA批准进行人体临床实验，对行业来说主要利好的必然也是采用柔性电极系统从事脑机接口的子赛道。柔性电极系统，通过MEMS技术做高通量电极，脑电采集通道可实现成千上万的跨越，也是“科技狂人”马斯克的Neuralink，与国内脑虎科技在内的多家脑机接口公司选择的技术路径。Neuralink能够获得FDA批准，侧面印证了柔性电机系统的巨大潜力，因为FDA批准必然是建立在安全性和有效性证据过硬的基础上。

获批临床实验到产品推向市场，可以参照脑深部刺激（DBS）技术的时间轴，在国内一般来说完成拿证需要5-7年时间。

三、意念打字/行走、语音解码等方面的研究突破

具体案例需要具体分析，但总体来说行业在走向更高的性能和可靠性和更好的用户体验和实用性。比如得益于更先进的算法和技术，以及对大规模数据集的更广泛应用，最新的研究突破可能在性能和可靠性方面取得了显著的改进。另外研究人员在设计脑机接口系统时越来越注重用户体验和实用性，通过提高系统的易用性、舒适性和适应性，以确保用户能够轻松使用和接受脑机接口这项新兴技术。

四、从产学研角度看脑机接口的核心技术

脑机接口技术已有近50年的发展历史，其概念最早由美国计算机科学家Vidal提出，发展至今已成为神经科学、计算机科学、生物医学工程、通信技术、临床应用等诸多领域关注的焦点，是脑科学与人工智能突破的前提和基础。脑机接口是在脑与外部设备之间创建的信息接口，通过检测（读）或调控（写）神经元网络活动，实现脑-机之间的直接信息通讯。脑机接口系统工作的三大核心流程包括信号采集、信号处理、以及信号的输出和执行。换言之，脑机接口关键技术包括神经信号采集技术、刺激技术、范式开发、算法能力、外设技术和系统集成等等。

从商业落地的角度来看，近几年脑机接口技术的发展主要集中在以下几个方面。首先是高精度解码算法，随着机器学习和深度学习的进展，研究人员致力于开发更高精度的大脑信号解码算法，以实现更准确和可靠的脑机接口系统。随后是实时反馈和闭环控制，为了提高用户体验和操作效果，脑机接口技术逐渐引入实时反馈机制和闭环控制，使系统能够与用户进行即时交互和调整。其次还有应用领域拓展，脑机接口技术在医疗、康复和辅助技术等领域的商业应用逐渐增多，包括但不限于针对运动障碍和神经损伤的康复训练，以及辅助通信和控制的应用等。最后是舒适性和可穿戴性改进，商业化的脑机接口系统越来越注重用户舒适性和可穿戴性，通过设计更小、更轻、更便携的设备，提高用户的便利性和接受度。

脑机接口技术仍然处于发展阶段，商业化落地面临多种挑战，如信号噪音、个体差异和伦理道德问题等。然而，近年来的技术进步和商业应用的拓展为脑机接口的发展提供了更多机遇和前景。

五、对于脑机接口技术需要全栈技术研发

相信系统研发能力比较重要，脑机接口系统由多个组成部分组合而成，包括硬件设备、信号处理算法、用户界面等。系统级研发能力意味着公司能够整合和优化各个组成部分，实现整体性能的提升，并为用户提供完整的解决方案。这方面的能力可以帮助公司更好地满足市场需求，提供用户友好的产品和服务，并在商业化应用中取得成功。

目前脑机接口公司需要攻克的核心议题是实现系统的安全性和有效性，这就要求脑电信号采集设备将小型、微型化，并实现无线传输，使植入式脑机接口的创伤最小化。比如中国科学院微系统研究所与上海脑虎科技有限公司开发的SilkTrode柔性深部电极Tetrode的大小在几毫米，可免开颅微创植入颅内，植入创伤小于0.7 mm，可自动绕过血管、减少创伤 。随着微纳加工技术和电极材料不断发展，微电极趋向于柔性、小型化、高通量和集成化发展，形成了以微丝电极、硅基电极和柔性电极为主的多元化发展。随着材料科学的发展，将开发出更加生物相容性的电极，更准确地获取脑信号。而为了使这套脑机接口系统成功运行，柔性电极只是其中一环，除此之外高通量神经信号采集系统、柔性电极植入手术机器人、脑机接口植入体、高频数字脑电图机等相关产品也均必不可少。因此系统级研发能力对脑机接口公司成功发展必不可少。

做全栈技术研发，企业需要的核心能力在于团队。以脑虎科技为例，目前已经形成了科学家（技术创新与积累）、互联网专业人员（投融资、市场运作）和医疗器械开发人员（严谨、负责脑机接口医疗器械产品开发）三方合作的高效团队，培育交叉合作的文化，以实现学术研究与商业运营双轨、技术创新与产业发展两条腿走路。

六、植入式脑机接口在研发和临床过程中保证安全

首先值得一提的是植入式脑机接口所需的开颅对神经外科医生来说并不是大手术，风险没有想象中那么高。但当然通过严格的伦理审查、安全性评估和风险管理、多学科合作、紧密的监测和随访以及透明的风险沟通和知情同意，可以最大程度地保证患者在植入式脑机接口的研发和临床过程中的安全。

七、脑机接口技术对于医疗方向的适应

对于脑机接口公司来说，选择哪些适应症作为优先发展的重点可能取决于多个因素，包括技术成熟度、市场需求、商业潜力和道德考量等。虽然医疗场景是脑机接口最先落地的领域之一，但具体的适应症选择可能因公司的战略和定位而有所不同。目前来说运动功能恢复和康复是最为常见的适应症选择，脑机接口可以用于帮助运动受限的患者进行运动功能的恢复和康复。例如，对于中风患者或脊髓损伤患者，脑机接口可以通过解码大脑信号并将其转换为运动指令，从而实现肢体运动的控制。国内第一梯队的上海脑虎科技主要面向的市场有两个，一个是以“脑计划”为依托的科研市场，主要是助力“脑计划”的基础研究工具平台；另一个是明确医学价值的医疗市场，针对明确的适应症如渐冻症、高位截瘫、失明等。目前脑虎科技的创新应用成果包括国内首次的两个动物实验，脑机接口植入犬类并完成运动解码实验，及恒河猴打游戏实验；上人科研临床皮层电极临床术中功能区精准定位支持病灶切除，及完成语言解码试验。

八、脑机接口的价值

脑机接口技术的发展仍然在起步阶段，其中许多应用场景仍处于实验室研究和探索阶段。随着技术的进一步发展和成熟，正常人使用的脑机接口可能会进一步多样化和普及化。对于正常人来说，目前可以期待脑机接口的潜在价值在于扩展人类的认知和交互能力，以及提供新的体验和娱乐方式。比如正常人可以使用脑机接口进行脑机交互，实现与计算机或其他设备的直接交互，例如通过思维控制游戏、虚拟现实体验、智能家居控制等。这为人们提供了一种更直接、更自然的人机界面方式。另外非侵入式脑机接口可以用于监测和改善大脑的健康状态，例如通过脑电图（EEG）监测来提供关于注意力、放松和集中力等认知状态的反馈。此外，脑机接口还可以用于认知增强，例如通过神经反馈训练来提高学习能力和记忆力。

与服务残障人士相比，普通人使用的脑机接口在产品形态和用途上可能存在一些不同，在技术方式上非侵入性脑机接口会更受普通人欢迎，因为它们不需要进行手术植入。这样的接口通常采用佩戴式设备，如脑电图（EEG）头环或传感器帽，可以方便地佩戴和移动。另外普通人使用脑机接口的目的更多地聚焦于娱乐和个人化体验。他们可能更倾向于使用脑机接口参与游戏、虚拟现实体验、艺术创作等领域，以获得新奇和有趣的体验。而服务残障人士的脑机接口系统，通常为了保证信号的精度会优先采用侵入式脑机接口。

九、2023脑机接口领域的研发重点将是什么？

脑机接口技术是一项穿越经济周期的业务，具备长足的技术想象力。脑机接口领域在最近几年的融资情况向头部聚集，比如脑虎科技成立于2021年11月，在其成立初期便完成了9700万元天使轮及Pre-A轮融资；2022年12月28日，又完成了数亿元人民币A轮融资。融资市场的火热可以归因于三大原因。首先是技术进步，脑机接口技术在过去几年取得了显著进展，包括信号解码算法的改进、设备的小型化和可穿戴性的提高等。这些技术进步增强了人们对脑机接口商业化潜力的信心，吸引了更多的投资。其次是应用拓展，脑机接口技术在医疗康复、辅助通信和控制、虚拟现实等领域的应用前景广阔。这些应用领域的市场需求不断增长，激发了投资者的兴趣。最后是市场竞争，脑机接口领域出现了一些领先的创业公司和研究机构，它们在技术研发和商业化方面取得了一定的成绩。这种市场竞争对于吸引投资和提升整个行业的关注度起到了推动作用。

未来脑机接口领域的研发重点可能包括提高信号解码和识别的准确性和速度，也就是改进算法和技术，使脑机接口系统能够更准确地解读和识别大脑信号，并以更快的速度进行实时操作；改善用户体验，致力于提高脑机接口系统的易用性、舒适性和可穿戴性，以增强用户体验和接受度；推动商业化应用，也就是将重点放在将脑机接口技术应用于实际场景中，（如医疗康复、辅助通信、虚拟现实、智能家居等领域），通过开发切实可行的商业化解决方案，加速脑机接口技术的商业化进程；以及加强数据安全和隐私保护，在脑机接口系统设计中注重数据安全和隐私保护，采取有效的安全措施，确保用户数据的保密性和完整性。这些领域的研发进展均离不开多学科合作和跨界创新，学术及产业界需要合作思考如何促进脑科学、计算机科学、工程学等多个学科之间的合作，推动跨领域的创新和研发，以实现脑机接口技术的突破和进一步发展。

十、未来，脑机接口与人工智能和脑科学融合

人脑是世界上乃至宇宙中据我们所知的最复杂、功能最强大的计算机。目前即便是最复杂的人工智能（AI）算法才刚刚开始对大脑功能进行部分模拟，而且模拟的功能数量非常有限。因此，如果通过脑机接口技术真正实现脑机结合，是人工智能行业的最前沿领域。脑机结合的想法是利用人工智能更好地理解大脑的工作，最终更准确地模拟大脑功能。

脑机接口的最终目标是充分发挥人类大脑乃至生物大脑的全部优势，绕过其他器官，使大脑直接与外界装备进行高效互动。随着科学技术的不断发展，脑机接口将从单向脑机接口（即产生、获取和解析脑信号），到双向人机交互，最后实现人机共融、协同决策的高智能状态。正如脑虎科技CEO彭雷所主张的：在未来，我们需要关注如何让科学技术走向原型，再从原型到产品，最后从产品实现商业价值。无疑，脑机接口技术将应用于临床重大脑疾病诊治和脑功能的探索，可以视为是“人机物”三元共融万物感知的核心技术，是解决渐冻症、高位截瘫、癫痫等重大脑疾病的重要手段，未来进一步结合人工智能技术，通过人脑与AI的融合来增强大脑功能，实现全脑AI交互，释放人脑的全部潜能。

十一、脑机接口未来的发展趋势是什么

目前，脑机接口产业处于发展初期，尚未形成完整的产业链。脑机接口核心硬件产品的全球市场达到十亿美元规模的级别，未来随着与具体应用的结合，脑机接口有望启动数千亿规模的市场，将形成完整的产业生态，影响神经疾病治疗、功能恢复、睡眠调控、娱乐消费、能力增强等广泛的领域。面向未来，脑机接口作为人工智能、云计算、大数据等颠覆性科技的底层设备，将加速推动“人与物理世界”的二元空间向“人、物理世界、智能设备、信息世界”的四元空间转变。脑机接口的产品种类将日益丰富。随着智能终端产品的商业化普及，研发公司将开发体积更小、易于携带的新型产品，在测量、分析、解码神经信号的同时连接并控制智能终端。未来，研究人员有望在超柔性神经界面、电极与芯片系统等方面取得突破，进而开发新一代脑活动调控技术、机器学习模型和类脑计算系统、类神经元的芯片、处理器、存储器，以及智能机器人。

由于应用情景的增加和扩展，脑机接口的细分领域和产品形态将更加多样多样化，企业创新更加活跃，促使产业生态繁荣发展。为了开发相关产品，学术界、资本界、企业界将进一步加强跨界合作通过学术研究与商业运营的双轨制度，加速类脑智能、神经编解码、新型材料等组件从实验室到市场的转化。学术机构和科技公司的发展将带动推动区域创新集群的成形成与发展，也增加了对创新中心、检验测评中心、共性技术平台等公共服务和基础设施的需求。与此同时，针对脑机接口及相关神经技术的伦理研究和监管框架将进一步细化和完善，来保障未来脑机接口及相关产品应用的快速和健康发展。

十二、关于量子位智库：

量子位旗下科技创新产业链接平台。致力于提供前沿科技和技术创新领域产学研体系化研究。面向前沿AI&计算机、生物计算、量子技术及健康医疗等领域最新技术创新进展，提供系统化报告和认知。通过媒体、社群和线下活动，帮助决策者更早掌握创新风向。点击链接查看更多：#。

十三、关于量子位：

量子位（QbitAI），专注人工智能领域及前沿科技领域的产业服务平台。

全网订阅超过500万用户，在今日头条、知乎、百家号及各大科技信息平台量子位排名均为科技领域TOP10，内容每天可覆盖数百万人工智能、科技领域从业者。

专家名单

张旭 中国科学院院士广东省智能科学与技术研究院

陶虎 研究员中国科学院上海微系统与信息技术研究所

潘纲 教授浙江大学

王跃明 教授浙江大学

吴劲松 教授复旦大学附属华山医院

裴为华 研究员中国科学院半导体研究所

金晶 教授华东理工大学

殷明 教授海南大学

孙鎏炀 研究员中国科学院上海微系统与信息技术研究所

李孟 研究员中国科学院上海微系统与信息技术研究所

李远宁 教授上海科技大学

周文杰 研究员上海交通大学

周志涛 副研究员中国科学院上海微系统与信息技术研究所

杨占永 新微科技副总裁

徐宜军 脑虎科技科研事业部总监

郑立荣 研究员复旦大学/广东省智能科学与技术研究院

刘景全 教授上海交通大学

彭雷 上海脑虎科技有限公司CEO

蔡一茂 教授北京大学

方英 教授国家纳米科学中心

信息来源：中国神经科学学会