瞻觀前沿

當(dāng)前，在新一代生命體與非生命體融合交互的浪潮下，如何通過干細(xì)胞技術(shù)體外培養(yǎng)的大腦實現(xiàn)意念控制，片上腦-機接口研究正在引起學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

被譽為黑科技的腦機接口技術(shù)又進化了。近日，天津大學(xué)腦機交互與人機共融海河實驗室團隊與南方科技大學(xué)等團隊，協(xié)同開發(fā)了全球首個可開源的片上腦-機接口智能交互系統(tǒng)metaBOC，實現(xiàn)了培養(yǎng)大腦對機器人避障、跟蹤、抓握等任務(wù)的無人控制，完成了多種類腦計算的啟發(fā)工作。

培養(yǎng)大腦是該系統(tǒng)的指揮中心。團隊在國際上首次證實了物理場促進人源性腦類器官生長發(fā)育的作用，厘清了低強度聚焦超聲對大腦進行調(diào)控的原理機制，為片上腦智能交互系統(tǒng)metaBOC提供了具有更好智能基礎(chǔ)的培養(yǎng)大腦。該研究成果近期發(fā)表于腦科學(xué)領(lǐng)域國際期刊《大腦》上。

片上腦-機接口，是利用體外培養(yǎng)‘大腦’(如腦類器官)與電極芯片耦合形成的片上腦，通過編解碼及刺激-反饋實現(xiàn)其與外界信息交互的技術(shù)。天津大學(xué)副校長、腦機交互與人機共融海河實驗室執(zhí)行主任明東教授認(rèn)為，作為腦機接口領(lǐng)域的一個重要新興分支，片上腦-機接口有望對混合智能、類腦計算等前沿科技領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生革命性的推動。

天津大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授、腦機交互與人機共融海河實驗室片上腦-機接口團隊負(fù)責(zé)人李曉紅介紹，片上腦-機接口智能交互系統(tǒng)metaBOC涵蓋四大模塊，適用于多種維度片上腦，具備多元刺激范式，融入人工智能技術(shù)，可集成多任務(wù)。未來，團隊將進一步深化對片上腦-機接口的智能通信、智能遷移、智能融合等關(guān)鍵科學(xué)問題的探索，推動片上腦-機接口技術(shù)早日實現(xiàn)轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

圖片來源：攝圖網(wǎng)

技術(shù)價值觀察

腦機接口產(chǎn)業(yè)上游包括芯片和腦電采集設(shè)備廠商、操作系統(tǒng)和軟件廠商、數(shù)據(jù)分析商等，中游為腦機接口產(chǎn)品提供商，下游包括醫(yī)療健康、教育培訓(xùn)、游戲娛樂、智能家居、軍事國防等應(yīng)用領(lǐng)域。

我國科研團隊開發(fā)出全球首個可開源的片上腦-機接口智能交互系統(tǒng)metaBOC，完成了多種類腦計算的啟發(fā)工作。因此，從腦機接口產(chǎn)業(yè)鏈上看，該技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)鏈的中游環(huán)節(jié)。

宏觀市場觀察

——腦機接口定義及分類

腦機接口指在人或動物大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接，實現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。其工作流程包括腦電信號的采集和獲取、信號處理、信號的輸出和執(zhí)行最終再將信號反饋給大腦。

腦機接口的技術(shù)分類，按照信號采集方式劃分，主要分為侵入式、非侵入式和半侵入式。侵入式指通過手術(shù)等方式直接將將芯片、傳感器等硬件設(shè)備植入顱腔內(nèi)或電極植入大腦皮層，獲得高質(zhì)量神經(jīng)信號。非侵入式是指無需通過侵入大腦，只需通過附著在頭皮上的穿戴設(shè)備對大腦信息進行記錄和解讀。半侵入式介于侵入式和非侵入式之間，將腦機接口植入到顱腔內(nèi)，但是在大腦皮層外，降低了手術(shù)風(fēng)險和免疫反應(yīng)。

——腦機接口技術(shù)發(fā)展情況

我國腦機接口行業(yè)起步較晚，與國外存在5-10年的差距，而且目前世界主要科技大國在腦機接口領(lǐng)域加速設(shè)立技術(shù)壁壘，限制技術(shù)對外出口。例如，美國商務(wù)部在2018年發(fā)布《出口管制改革法案》，禁止包括腦機接口在內(nèi)的14項技術(shù)對我國輸出。但是，在各大科研院校及相關(guān)企業(yè)的努力下，我國腦機接口行業(yè)正在加快追趕步伐。從專利來看，2013年以來，國內(nèi)腦機接口相關(guān)專利數(shù)量持續(xù)增長，且申請量增速明顯加快;2021年我國腦機接口行業(yè)專利申請量達到了1896件，為近年來的峰值。

——腦機接口產(chǎn)品發(fā)展情況

腦機接口相關(guān)的研發(fā)已經(jīng)在仿生學(xué)、醫(yī)療診斷與干預(yù)、消費電子等多個領(lǐng)域展開，從產(chǎn)品開發(fā)情況來看，目前我國代表性腦機接口企業(yè)強腦科技、腦陸科技、柔靈科技等已經(jīng)推出了一系列消費級腦機接口產(chǎn)品，應(yīng)用范圍涵蓋兒童教育、娛樂、醫(yī)療、健康等多個領(lǐng)域。

——腦機接口企業(yè)布局情況

侵入式或半侵入式腦機接口需要在腦部進行芯片等硬件植入，會破壞腦部的天然物理防護系統(tǒng)，引起人腦的手術(shù)創(chuàng)傷、出血、感染等問題;若相關(guān)軟硬件設(shè)施被非法使用，還可能引發(fā)腦部混亂，嚴(yán)重情況下可能導(dǎo)致腦部受損，危及生命安全。另外，侵入式腦機接口與非侵入式相比，具有更高的技術(shù)和資金門檻，因此，目前非侵入式腦機接口仍然是市場上的主流技術(shù)路線。

根據(jù)烯牛數(shù)據(jù)，目前我國腦機接口行業(yè)獲得融資的企業(yè)中，僅腦虎科技、寧矩科技和博?？悼萍嫉壬贁?shù)幾家企業(yè)布局了侵入式腦機接口行業(yè)，其他企業(yè)均專注于研究非侵入式腦機接口產(chǎn)品。

——腦機接口市場規(guī)模較小，標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立

根據(jù)中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院的估計，目前全球腦機接口行業(yè)市場規(guī)模已經(jīng)超過15億美元，而國內(nèi)腦機接口行業(yè)市場規(guī)模僅10億元左右，占全球市場規(guī)模的比重不足10%，行業(yè)還有較大的發(fā)展空間。

與此同時，雖然國內(nèi)腦機接口技術(shù)迅猛發(fā)展，但我國在腦機接口領(lǐng)域數(shù)據(jù)、腦信號解碼算法、信號采集設(shè)備方面卻尚未建立起較為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，這可能會導(dǎo)致未來市場缺乏秩序，阻礙腦機接口行業(yè)的發(fā)展。

——腦機接口企業(yè)競爭格局

我國腦機接口行業(yè)正處于發(fā)展初期，行業(yè)內(nèi)大部分企業(yè)規(guī)模較小。依據(jù)企業(yè)的注冊資本劃分，可以大概分為3個競爭梯隊。其中，注冊資本大于1億元的僅強腦科技(Brainco)一家，注冊資本在1000萬以上的有華南腦控、念通智能、博?？悼萍肌⑿g(shù)理創(chuàng)新等6家，其余企業(yè)注冊資本均在1000萬元以下。

——腦機接口行業(yè)發(fā)展趨勢

近年來，我國腦機接口行業(yè)雖然出現(xiàn)了大量的初創(chuàng)企業(yè)，專利申請量、融資事件數(shù)量及金額都有了大幅增長，但是從應(yīng)用層面來看，腦機接口產(chǎn)品距離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化仍有一定的距離。為促進腦機接口技術(shù)進步、實現(xiàn)腦機接口的產(chǎn)業(yè)化，國家一方面提出要加強腦科學(xué)等基礎(chǔ)研究，推進腦科學(xué)科普工作，另一方面鼓勵腦機接口企業(yè)加快產(chǎn)品在醫(yī)療、康復(fù)、虛擬現(xiàn)實、教育等典型領(lǐng)域的應(yīng)用。

中國腦機接口技術(shù)賽道熱力圖

根據(jù)產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，與腦機接口關(guān)鍵技術(shù)強關(guān)聯(lián)的城市集群主要集中在華南和華東地區(qū)，并且以廣東、江蘇省為重點發(fā)展區(qū)域，未來布局腦機接口技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展路徑，極大可能性在于華南、華東地區(qū)優(yōu)先導(dǎo)入，其中可重點關(guān)注廣東省深圳市福田區(qū)、寶安區(qū)和龍崗區(qū)、江蘇省鹽城市濱?？h、江蘇省蘇州市相城區(qū)所處腦機接口的相關(guān)企業(yè)，以及該地方對于腦機接口的產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資環(huán)境、供給市場的潛力空間。

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