近年來，腦機接口技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用探索呈現(xiàn)加速趨勢，全球各國普遍關(guān)注和重視，以Neuralink為代表的公司研究成果發(fā)布屢屢將腦機接口熱點話題推向公眾視野。腦機接口技術(shù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有戰(zhàn)略意義，目前呈現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新不斷迭代、產(chǎn)業(yè)生態(tài)不斷壯大、應(yīng)用范圍不斷拓展的態(tài)勢。

發(fā)展腦機接口技術(shù)和產(chǎn)業(yè)勢在必行

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腦機接口的技術(shù)發(fā)展已被多國提升至國家戰(zhàn)略高度，對健康醫(yī)療、科技民生等方面將產(chǎn)生深遠影響。

就其發(fā)展意義而言，一是提高科技原創(chuàng)能力和夯實科技強國根基。在腦科學(xué)領(lǐng)域，人類對腦功能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作原理認知仍然較淺。植入式腦機接口技術(shù)有助于人們理解大腦機理，促進神經(jīng)技術(shù)與類腦計算的融合，提高基礎(chǔ)研究能力。

二是推動應(yīng)用數(shù)字化和支撐經(jīng)濟發(fā)展。腦機接口技術(shù)能在多種應(yīng)用場景下將腦狀態(tài)進行數(shù)字化呈現(xiàn)，從而為娛樂游戲增加互動性，為體育訓(xùn)練提供科學(xué)指導(dǎo)，為商業(yè)增加營銷手段。

三是拓展老齡化應(yīng)對手段和保障人民生命健康。我國60歲以上人口達2.67億，國家衛(wèi)健委預(yù)測2035年可突破4億，占總?cè)丝诘?0%，老齡化導(dǎo)致腦疾病風(fēng)險攀升且造成沉重的社會負擔(dān)。世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)顯示腦疾病在所有疾病里社會負擔(dān)最大，達到28%。腦機接口技術(shù)也有助于新生兒和低幼患兒的神經(jīng)疾病篩查與預(yù)防，無須言語表達即可通過監(jiān)視神經(jīng)活動獲取信息。腦機接口技術(shù)已被證實比傳統(tǒng)藥物治療更精確且副作用較小，面向特定神經(jīng)疾病療效優(yōu)于傳統(tǒng)療法。

腦機接口關(guān)鍵技術(shù)穩(wěn)步推進

腦機接口的關(guān)鍵技術(shù)包括采集技術(shù)、刺激技術(shù)、范式技術(shù)和解碼技術(shù)等。

采集技術(shù)方面，侵入式和非侵入式兩種技術(shù)路線并行。隨著微納加工技術(shù)和材料技術(shù)的不斷革新進步，帶動侵入式技術(shù)不斷革新，植入電極朝柔性化、小型化、高通量、多功能和集成化方向發(fā)展。非植入式技術(shù)受益于機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等算法的廣泛普及，信號解析能力不斷提升，抗擾降噪性能不斷加強，且凝膠等新材料的應(yīng)用也使得腦信號采集設(shè)備更具舒適度；近紅外等光學(xué)檢測手段也為腦信號檢測提供了新的解決思路。

以腦深部電極刺激為代表的神經(jīng)調(diào)控技術(shù)正在探索閉環(huán)自適應(yīng)控制，往往通過連續(xù)監(jiān)視反映疾病狀態(tài)的特異性生物標志物來啟動自適應(yīng)控制。結(jié)合機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等解碼手段實現(xiàn)動態(tài)精準刺激。植入式視覺調(diào)控技術(shù)對盲人群體提高生活質(zhì)量具有重大意義，相關(guān)研究已經(jīng)開展，研究也逐漸從較為淺層的視網(wǎng)膜刺激向視覺重建效果更好的腦皮層刺激深入。

范式技術(shù)的產(chǎn)生是因為大腦的各種思維與響應(yīng)活動千變?nèi)f化，因此很難直接從中準確解碼特定類型的活動。在腦機接口系統(tǒng)中，用范式來表征對預(yù)定義的大腦意圖的編碼方案。范式編碼技術(shù)在發(fā)展過程中日益重視納入用戶感受，向更加友好和高效的方向發(fā)展。例如視覺誘發(fā)電位刺激范式的界面布局更加優(yōu)化，提高用戶的舒適度，同時引入人臉圖像刺激及融合音視頻等物理刺激手段，有效提升了使用者的腦機接口性能表現(xiàn)；穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位范式通過降低亮度、減少刺激面積等方式避免使用者的視覺疲勞，并通過對頻率、時間、空間的混合編碼優(yōu)化，實現(xiàn)腦機接口系統(tǒng)性能的提升；運動相關(guān)皮層電位范式和運動想象范式通過主動式的運動意圖誘發(fā)人腦響應(yīng)信號，從而使腦機接口系統(tǒng)的使用狀態(tài)更加真實自然。

解碼技術(shù)用于了解采集記錄的信號含義。解碼技術(shù)依托分解算法、機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、黎曼幾何等方法不斷提升解碼精度和解碼效率，為腦機接口系統(tǒng)解決跨用戶和跨時間的可變性難題，提供新的解決思路。

腦機接口應(yīng)用需滿足五大需求

腦機接口廣泛應(yīng)用的前提是滿足“準確、高效、穩(wěn)定、易用、安全”五大需求。即腦機接口系統(tǒng)應(yīng)具有準確的大腦意圖解碼算法；高效的信息解碼效率，快速地反饋響應(yīng)和執(zhí)行任務(wù)；穩(wěn)定的設(shè)備性能與抗干擾能力；易用、輕便、舒適的使用體驗；安全的植入、采集和信息傳送保障。

是否滿足五大需求的評判指標，可分為性能指標與可用性指標。性能指標主要體現(xiàn)為響應(yīng)時間、識別正確率、可輸出指令數(shù)量和菲茨吞吐量四個易量化指標；可用性指標主要體現(xiàn)為易用性、長效性、魯棒性、安全性和互操作性五個指標。

腦機接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

腦機接口產(chǎn)業(yè)當前發(fā)展的特點為：一是市場規(guī)模小但增速快。2020年全球腦機接口市場規(guī)模為14.88億美元，多家咨詢機構(gòu)預(yù)測該領(lǐng)域市場的年復(fù)合增長率不低于10%，增長周期會超過20年甚至更長。二是企業(yè)數(shù)量較少但增長速度快。當前全球腦機接口公司大約有300家，但該領(lǐng)域備受政府和投資界的關(guān)注，高校孵化企業(yè)數(shù)量不斷攀升，市場活躍力量不斷加強，投融資金額不斷增加。2020年即便受疫情影響，腦科學(xué)企業(yè)仍迎來融資高峰，從之前的每年不到10起增加至2021年的38起。三是應(yīng)用剛起步但前景廣大。當前腦機接口市面銷售的產(chǎn)品多為采集設(shè)備和神經(jīng)調(diào)控設(shè)備，主要集中在醫(yī)療和科研應(yīng)用領(lǐng)域，但實際已在小范圍內(nèi)開展多應(yīng)用領(lǐng)域探索和面向個人、企業(yè)與政府的多層次市場開發(fā)，如利用腦電波頭盔監(jiān)控高危作業(yè)人員狀態(tài)、利用運動想象和虛擬現(xiàn)實等技術(shù)輔助卒中運動康復(fù)、利用腦波監(jiān)測反饋用戶睡眠狀態(tài)和冥想狀態(tài)。

仍需加強創(chuàng)新協(xié)同和推動應(yīng)用落地

腦機接口產(chǎn)業(yè)在發(fā)展中對“多學(xué)科協(xié)作、多行業(yè)協(xié)同”的訴求非常強烈。有必要面向腦機接口領(lǐng)域形成“產(chǎn)學(xué)研用金政”協(xié)同創(chuàng)新體系，一是以科研資源共享機制推動學(xué)術(shù)和研發(fā)協(xié)同。促進數(shù)據(jù)、儀器、人才等科研資源共享。二是以聯(lián)盟合作方式推動產(chǎn)業(yè)協(xié)同，使政府、企業(yè)、投資機構(gòu)和科研高校之間形成密切溝通合作模式，促進產(chǎn)業(yè)問題突破、科技成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用場景探索與開拓。

為加快應(yīng)用落地，有必要全面、系統(tǒng)地支持和鼓勵各項工作并行推進，包括關(guān)鍵技術(shù)突破、工程技術(shù)革新、科研工具平臺建設(shè)、標準測試驗證體系搭建、科技倫理共識形成。尤其是應(yīng)盡快組織腦機接口產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟和技術(shù)試驗，促進關(guān)鍵技術(shù)不斷演進成熟和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用不斷發(fā)展豐富。要盡快建立健全本領(lǐng)域科技倫理審查和風(fēng)險評估防控機制，從而促進應(yīng)用安全落地，讓科幻成真改變現(xiàn)實、腦機協(xié)同造福民生。

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