中心思想
脑机接口市场潜力巨大，政策驱动加速产业发展
脑机接口（BCI）技术作为连接生物大脑与智能机器的直接信息通道，正处于爆发式增长的前夜。该技术不仅能够解读脑部信号以控制外部设备，还能将信息编码输入大脑，实现对脑功能的替代、修复、增强或改善，从而达成大脑与智能机器的双向交互、协同工作及功能融合。市场研究机构麦肯锡在2020年的报告中指出，到2030-2040年，全球脑机接口市场规模有望达到每年700亿至2000亿美元，显示出其巨大的商业潜力。同时，各国政府，特别是中国，正密集出台鼓励政策，为脑机接口行业的发展注入强劲动能。例如，2024年1月，工信部等七部门联合发布《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，明确提出要突破脑机融合、类脑芯片等关键技术，并鼓励在医疗康复、无人驾驶、虚拟现实等典型领域探索应用，这为脑机接口的产业化落地提供了明确的指引和支持。
技术创新与应用场景拓展并进
脑机接口技术的快速发展得益于多学科的交叉融合，包括脑科学、材料学和计算机科学等。硬件方面，电极技术正朝着柔性、小型化、无线化、高通量和集成化方向发展，芯片技术则不断提升信号处理质量。软件和算法方面，机器学习尤其是深度学习方法在信号处理中的应用日益频繁。介入式脑机接口作为一项创新突破，通过血管植入避免了开颅手术的创伤，显著提高了安全性和患者接受度，其信号质量也优于非侵入式技术。在应用端，脑机接口已从科研走向实际应用，尤其在医疗康复领域展现出广阔前景，可用于神经、精神系统疾病的诊断、治疗与康复，并能实现肢体替代、功能改善、能力增强及作为研究工具。国内外头部公司如Neuralink、Synchron、BrainGate、Mindmaze以及国内的诚益通、翔宇医疗、三博脑科等，在技术研发和临床试验方面捷报频传，共同推动着脑机接口技术从实验室走向更广泛的社会应用。
主要内容
一、脑机接口概念与技术前沿
脑机接口的定义、原理与分类
脑机接口（BCI）被定义为在生物大脑与智能机器之间建立直接信息交流的通道。其核心原理基于脑科学，通过采集大脑不同功能区和深度的电信号，并运用预处理、特征提取和模式识别技术，实现对大脑活动状态或意图的解码。解码结果、大脑活动状态以及与外界通信或控制的结果可以反馈给用户，从而形成闭环，调节大脑活动以优化性能。传统或狭义的BCI系统主要通过中枢神经系统产生的信号，在不依赖外周神经或肌肉的情况下，将用户的感知觉、表象、认知和思维等直接转化为动作，在大脑与外部设备之间建立直接的交流和控制通道，其主要目的是为疾病患者、残障人士和健康个体提供与外部世界通信和控制的方式，以改善或提高生活质量。
根据电极连接方式，脑机接口可分为侵入式和非侵入式。侵入式脑机接口需要通过神经外科手术将采集电极植入大脑皮层、硬脑膜外或硬脑膜下。这类接口的电极长期稳定放置，直接记录神经元电活动，信号衰减小，信噪比和空间分辨率高。然而，侵入式技术难度大，存在继发感染、电极故障或寿命结束需二次损伤取出的风险。微创脑机接口（基于ECoG）相较于完全植入式更易实用化，但总体仍需深入研究。非侵入式脑机接口则通过附着在头皮上的穿戴设备（如脑电帽、近红外头盔或磁共振头线圈等）测量大脑的电活动或代谢活动，无需手术，安全无创。其中，脑电帽是最常用的非侵入式传感器，时间分辨率高，但空间分辨率低，且信号易受大脑容积导体效应影响而衰减，信噪比低。除了脑电信号，非侵入式脑机接口系统还可采用功能近红外光谱（fNIRS）、功能性磁共振成像（fMRI）和脑磁（MEG）等技术进行信号采集，这些技术在时间分辨率和空间分辨率上各有特点。
介入式脑机接口：技术突破与优势
介入式脑机接口代表了侵入式BCI领域的一项新突破。与传统侵入式BCI需要开颅手术不同，介入式BCI通过神经介入技术将植入物送达大脑血管内部，例如Synchron公司发明的“Stentrode”装置，通过颈静脉将电极送达大脑运动皮层上方的血管位置，膨胀后将电极压在血管壁上记录神经信号，并发送到胸部设备。这种方式无需开颅手术，显著降低了手术风险、创伤和炎症反应，大大提高了安全性和患者的可接受性。在国内，南开大学团队于2023年5月牵头完成了全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验，通过介入手术将介入脑电传感器贴附在猴脑血管壁上，成功采集到颅内脑电信号并实现了动物主动控制机械臂，标志着介入式脑电信号从被动采集到主动控制的技术飞跃。相较于非侵入式BCI，介入式BCI在识别稳定性上更高，信号质量更优。
二、应用领域与产业生态
市场规模、政策支持与技术发展历程
脑机接口的全球市场发展潜力巨大。麦肯锡2020年的研究报告预测，在接下来的10到20年里，脑机接口全球每年的市场规模可能在700亿到2000亿美元之间，尤其在恢复人类听力或视力健康和表现的神经义肢以及消费产品和服务中监测压力水平的头带等领域已产生影响。目前，最先进的脑机接口主要应用于医疗保健领域。
国家和地方层面鼓励政策密集落地，为脑机接口行业振兴注入强劲动能。在“十四五”期间，中国大部分省份将脑机接口和脑科学的发展重点放在基础研究和技术突破方面。随着技术逐渐成熟，脑机接口在医疗康复、虚拟现实等领域的产业化应用将成为行业发展的重点。例如，2020年8月，发改委、科技部、工信部等发布《国家新一代人工智能标准体系建设指南》，规范人与信息系统多通道、多模式和多维度的交互途径。2024年1月，工信部等七部门发布《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，明确提出要突破脑机融合、类脑芯片、大脑计算神经模型等关键技术和核心器件，研制易用安全的脑机接口产品，并鼓励在医疗康复、无人驾驶、虚拟现实等典型领域的应用。2024年2月，科技部发布《脑机接口研究伦理指引》，强调研究应具有社会价值，主要致力于修复型脑机接口技术，服务公众健康需求。
脑机接口技术的发展经历了从科学幻想、科学论证到技术爆发的阶段。二十世纪七八十年代，Jacques J. Vidal开发了基于视觉事件相关电位的脑机接口系统（1977），德国学者提出了基于皮层慢电位的脑机接口系统（1980）。八九十年代，L.A. Farwell和E. Donchin提出了著名的“P300拼写器”（1988），Erich E. Sutter提出了高效的基于视觉诱发电位的脑机接口系统（1992）。进入二十一世纪，脑机接口技术迎来爆发期，专门针对脑机接口领域的学术期刊《脑机接口》于2013年创刊，国际脑机接口协会于2015年成立，这些都标志着该领域从科研走向应用。
BCI技术构成与应用前景
脑机接口技术的发展依赖于多学科的综合进步，主要涉及硬件、软件和算法。硬件方面，用于脑电信号采集或神经刺激的电极、用于信号采集处理的芯片以及外部设备是关键组成部分。电极的研发方向趋向于柔性、小型化、无线化、高通量和集成化，例如犹他电极、Neuropixel探针、SiMNA—1024通道穿透硅微针阵列等侵入式电极，以及基于弹性体-水凝胶复合物的柔性电极、导电聚合物-水凝胶脑电电极、预置凝胶、柔性电极网格等非侵入式电极，旨在突破和改善不同电极的固有缺陷，在信号质量和安全性之间找到平衡。芯片则决定了信号处理质量的上限。软件方面，主要涉及刺激呈现、数据采集、信号处理与输出、系统级操作协议等多个关键技术环节，目前多为自研自用，市面缺乏高兼容性的底层平台系统，但天津大学团队发布的MetaBCI等开源软件平台正在促进各种脑机接口方法的实施、验证和传播。算法方面，经典的机器学习方法和深度学习方法正愈发频繁地应用于脑机接口，决定了脑电信号的处理质量。
脑机接口的应用前景广阔，尤其在医疗康复领域占据重要地位。随着现代医学对大脑结构和功能的不断探索，人类对视觉、听觉、运动、语言等大脑功能区有了更深入的研究，通过脑机接口设备获取这些信息并进行分析，在神经、精神系统疾病的诊断、筛查、监护、治疗与康复领域拥有广泛的应用前景。科研实验平台也高度重视神经创新技术的研发，提供交叉融合特色实验支撑，开展神经影像技术、神经计算软件、神经电子技术等多方面研发，为神经感知、神经调控和神经计算提供技术支持。研究方向布局包括神经数字疗法、神经电子药物和智能神经康复。具体而言，脑机接口可以实现以下功能：替代（如机动轮椅控制）、改善（如中风康复中的BCI辅助）、增强（如行驶过程中监测注意力集中程度）、恢复（恢复丢失的脑功能）和作为研究工具（用于研究临床和非临床疾病中的脑功能）。在医疗场景中，输入式BCI的成功案例包括人工耳蜗、深脑电刺激和经颅磁刺激；输出式BCI可恢复全身瘫痪患者的交流能力或控制机器人肢体；交互式BCI则有Neuropace公司研发的自主式癫痫治疗系统和带触感反馈的机械手，实现大脑与机器的双向通信。
三、临床进展
国内外侵入式与非侵入式临床研究
在侵入式脑机接口的国外临床研究方面，自1999年Chapin等首次通过大鼠实验证明运动皮层集群神经元信号可直接控制外部设备以来，该领域取得了显著进展。Nicolelis团队在2000年表明猴子运动皮层信号能准确预测手部运动轨迹。2006年，Donoghue团队实现了瘫痪病人利用皮层脑电控制鼠标收发邮件。2012年，该团队进一步在瘫痪病人身上实现了皮层脑电控制8个自由度的机械手，完成自主喝咖啡的任务。2019年，约翰斯·霍普金斯大学的研究参与者通过植入微电极阵列，获得了同时控制两个假肢的能力。2023年，瑞士洛桑大学通过大脑和脊髓之间的脑机接口，使慢性四肢瘫痪患者能够在社区环境中自然站立和行走。最引人注目的是，2024年1月29日，马斯克的Neuralink公司宣布完成首例人类大脑设备植入手术，接入者“恢复良好”，初步结果显示神经元相关活动的检测效果良好。
非侵入式脑机接口的国外临床研究也取得了重要进展。1988年，Farwell和Donchin提出了著名的“P300拼写器”实验范式。1992年，Erich E. Sutter提出了一种高效的基于视觉诱发电位的脑机接口系统，并首次用于临床，帮助肌萎缩侧索硬化症患者以高于10个单词/分钟的速度向外界传递信息。21世纪初，侵入式BCI的研究速度明显加快，一度超越非侵入式。然而，Bin He研究团队在2016年成功应用非侵入式脑机接口技术，实现了对物体的多类别任务指令控制，并在2019年与卡内基梅隆大学合作，成功开发出非侵入式的意念控制机械臂，预示着人机交互领域进入新的转折阶段。
国内脑机接口临床研究的突破
中国在脑机接口临床研究方面也取得了多项突破。2014年，浙江大学研究团队首次在四肢瘫痪患者颅内植入半侵入式脑机接口，并在2020年完成了首例植入式脑机接口临床研究，患者能够利用大脑运动皮层信号精准控制外部机械臂与机械手实现三维空间运动，同时证明高龄患者利用植入式脑机接口进行复杂而有效的运动控制是可行的。国家层面也积极布局，2017年成立类脑智能技术及应用国家工程实验室，2018年成立北京脑科学与类脑研究中心。2023年，上海交大医学院附属瑞金医院脑机接口及神经调控中心正式成立，主要针对“难治性抑郁症”的临床研究。同年，南开大学段峰教授团队完成了全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验。2024年，清华大学科研团队公布，两位高位截瘫患者分别通过无线微创脑机接口实现了意念控制光标移动、意念控制手套外骨骼持握，其中一名患者在四肢瘫痪14年后，第一次实现了“用手喝水”，这些成果标志着国内脑机接口技术在临床应用方面取得了里程碑式的进展。
四、相关标的
国外脑机接口代表公司
Neuralink： 成立于2015年，2016年被马斯克收购。专注于侵入式脑机接口研究，主要研发将人工智能植入人类大脑皮层的脑机接口技术。2020年将芯片植入猪脑并实现神经信号读写，2021年发布猴子通过意念玩游戏的研究成果。2023年9月19日，Neuralink宣布开始招募首次人体临床试验，并于2024年1月完成首例人类大脑设备植入手术，初步结果显示神经元相关活动检测效果良好。
Synchron： 成立于2012年。致力于开发通过微创手术避免开颅的解决方案。其核心产品是血管内电极阵列Stentrode，设计用于从血管内部记录或刺激大脑。Synchron于2021年获得FDA批准在美国开始试验，2022年7月完成了在美国患者的第一例BCI植入手术。2023年9月5日，Synchron完成脑机接口COMMAND试验患者入组。
BrainGate： 由布朗大学、埃默里大学、麻省总医院、斯坦福大学、加州大学戴维斯分校和弗吉尼亚州普罗维登斯医疗保健系统的临床医生、科学家和工程师组成的研究团队。致力于促进对人脑功能的理解，并为患有神经系统疾病、损伤或肢体丧失的人开发神经技术。2004年获得美国食品和药物管理局（FDA）颁发的研究设备豁免，2009年获得BrainGate2试点临床试验的IDE。2023年8月，BrainGate研究合作的科学家在恢复因瘫痪而失去说话能力的人的言语方面达到了一个重要的里程碑，使用植入与语音相关的大脑皮层区域的传感器可以准确地将ALS患者的大脑活动转化为屏幕上的单词。
Mindmaze： 成立于2012年。致力于加速人类恢复、学习和适应的能力。公司目标是将获得FDA批准和CE认证的数字疗法与一流的运动分析、人工智能和云技术相结合，为大脑健康创建一个通用平台。其主要产品包括MindMotion™Pro（2013年发布）、MASK技术（2017年发布）和MindMotionGo远程神经康复平台（2020年建立）。2023年，公司推出超灵敏控制器Izar，在手部运动功能障碍护理方面获得突破性进展。
国内脑机接口代表公司
诚益通： 成立于2003年，2015年深交所创业板上市。业务涵盖智能制造和康复医疗设备。其子公司龙之杰自2020年起开启基于脑科学的康复领域探索，与华南理工大学等合作成立智能康复技术联合实验室，并与海南大学、澳门圣若瑟大学展开多中心研究，积累了与脑科学领域相关的技术和产品模型。目前已研发了经颅磁导航系统及脑部磁刺激治疗仪等产品，并与多家医院开展临床验证合作。2024年3月11日，诚益通加入由中国信息通信研究院牵头成立的脑机接口产业联盟。经颅磁刺激（TMS）技术是一种非侵入性脑刺激方法，利用磁场脉冲穿透头皮和颅骨，直接作用于大脑皮层，影响神经元活动，进而影响认知功能或治疗某些神经系统疾病。经颅磁导航技术能实现TMS的精准定位刺激和定量重复刺激，有效提升TMS临床应用水平。
翔宇医疗： 中国康复医疗器械行业内的研发引领型企业。主要为全国各级医疗机构、养老机构、残疾人康复中心等提供全系列康复产品及整体解决方案。公司始终以技术创新为第一驱动力，致力于康复评定、训练、理疗、辅具、护理、医养结合等领域智能康复医疗器械设备的自主研发、生产、推广与销售。2023年8月10日，翔宇医疗成立“捷创睿（上海）机器人科技有限公司”，定位高端康复机器人、智能机器人、养老照护机器人、脑机接口康复机器人等的研发、中试及批量化生产。2024年3月17日，翔宇医疗联合脑机接口产业联盟、天津大学等单位，共同举办“2024中原脑机接口与神经康复创新发展论坛”，并启动了国家重点研发计划“生物与信息融合（BT与IT融合）”重点专项“高精度生物感知觉反馈操纵技术与系统”项目。目前，翔宇医疗在脑电采集、新生儿脑功能监测等方面申报了众多专利，并已推出新生儿脑功能监测、微电流及团体脑功能训练相关产品，形成脑功能诊疗一体化解决方案。
三博脑科： 以医疗投资、医院管理、品牌运营为主导，集“医疗、教学、科研”于一体的医疗集团。目前运营6家医院，其中4家为神经专科三级医院。集团以神经学科为龙头，强专科、小综合的发展模式，形成覆盖全国核心区域的医疗服务网。公司利用脑磁图、头皮脑电图、术中电生理、电极植入等技术进行癫痫和帕金森病等功能神经疾病的诊断和病情监测，同时通过迷走神经刺激、DBS等技术方法用于治疗癫痫和帕金森病患者。
总结
脑机接口产业正处于盛放前夜，未来已至。该行业展现出广阔的市场前景，预计到2030-2040年全球市场规模可达700亿至2000亿美元。在政策层面，中国政府密集出台鼓励政策，推动脑机融合、类脑芯片等关键技术突破，并鼓励在医疗康复、无人驾驶、虚拟现实等典型领域的应用，为产业发展提供了坚实支撑。
技术创新是脑机接口发展的核心驱动力。从侵入式到非侵入式，再到介入式脑机接口的突破，电极、芯片、软件和算法等关键技术不断演进，尤其介入式脑机接口以其低创伤、高安全性、优信号质量的特点，成为当前研发的热点。应用领域广泛，特别是在神经、精神系统疾病的诊断、治疗与康复方面，脑机接口能够实现替代、改善、增强、恢复脑功能，并作为重要的研究工具。
国内外临床进展迅速，Neuralink、Synchron等国际巨头在人体植入和临床试验方面取得里程碑式突破，国内浙江大学、清华大学、南开大学等科研团队也在半侵入式、无线微创和介入式脑机接口领域取得显著成果，成功帮助高位截瘫患者恢复部分运动功能。国内外的代表公司如诚益通、翔宇医疗、三博脑科等，正积极布局脑机接口相关技术和产品，推动产业化落地。
然而，脑机接口行业仍面临研发风险（临床试验早期阶段，进度扰动或失败）、政策风险（新兴产业法律法规缺失，伦理边界模糊）和市场风险（下游需求短期难以形成，成本高昂，技术推广存在不确定性）。尽管存在挑战，但随着技术持续进步和政策环境的优化，脑机接口产业有望迎来更广阔的发展空间，实现更多场景的落地应用。
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