文丨头豹
在刚刚过去的2021年，随着资本市场的不断追捧、各类NFT商品持续的“热搜”冲击，“元宇宙”一词早已不再是陌生而新鲜的概念了。
然而，有一位举足轻重的科技界大佬却对各界冲破头想分羹“元宇宙”的行为不太感冒，反而对另一项被誉为“元宇宙终极形态”的技术：“脑机接口”更为看好——他就是埃隆·马斯克。
早在2020年8月，马斯克便斥资成立了一家名为Neuralink的公司，这家企业主攻的方向便是“脑机接口”这一听起来更富未来感、科幻感的技术。
2021年，马斯克继续为脑机接口技术站台。一方面，Neuralink在去年7月筹集了2.05亿美元的投资，这是该领域所有公司中最大规模的融资活动；另一方面，Neuralink的设备已在很多头猪和一只玩乒乓球的猴子身上成功试验，下一步将正式进入人体试验的阶段。
那么，马斯克如此推崇并肯定的脑机接口技术究竟怎么理解？是否正如电影《黑客帝国》中所述那般全新全异？
对标西方国家，中国脑机接口技术现处于何种阶段，行业内是否已经达到了一定的应用水平？
本文，头豹研究院将从概念、行业、应用等视角，为您梳理并解读脑机接口技术行业现状，洞察行业未来发展趋势，挖掘优秀行业标的。
脑机接口究竟是“何方神圣”？
脑机接口是指在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接，实现脑与设备的信息交换，其工作流程包括脑电信号的采集和获取、信号处理、信号的输出和执行，最终再将信号反馈给大脑。脑机接口最早在20世纪末提出，目的是帮助残疾人重新行走或支配上肢，技术发展至今已更能应用于正常人的生活和生产。
目前，医疗健康领域是脑机接口技术最初且最主要的应用领域，也是目前离商业化最近的应用领域。随着技术的发展，应用领域不断拓宽，未来将逐步应用于游戏娱乐、学习教育、智能家居和军事领域。在发展过程中，脑机接口也面临着诸多挑战，主要包括技术成熟度极低、跨多学科导致的技术复杂性、难以商业化和规模化，以及安全和伦理问题。
脑机接口工作流程
脑机接口工作流程中，信号采集是使用传感器，如脑电帽采集大脑信号；信号处理则包括信号处理、特征工程、分类回归三个步骤。
因头皮脑电信号幅值很小，且容易受到肌电、眼电、心电等干扰，因此需通过信号处理提高其信噪比；特征工程主要是特征提取，包括时域、频域、时频域、黎曼空间等；分类回归是使用机器学习算法从头皮脑电中解码其含义；信号的输出和执行是根据脑信号的含义向外界设备发送指令，以完成使用者意图。
医疗健康是最初且最主要的应用领域，各领域应用，未来可期
医疗健康领域是脑机接口最初和最主要的应用领域，也是目前离离商业化最近的应用领域。
脑机接口在医疗领域的应用主要集中在“监测”、“改善/恢复”、“替代”和“增强”四大功效上；脑机接口在游戏娱乐领域的应用主要是为游戏玩家提供有别于传统游戏控制之外的新的操作维度，通过意念并结合VR来控制游戏，获得身临其境的沉浸式游戏体验；脑机接口在学习教育领域的应用主要集中在学习状态识别、注意力水平测量、学习动机评估等方面。
目前，脑机接口技术在教育领域尚处于初步应用阶段；脑机接口在智能家居领域的应用集中在“补充”方面，通过结合物联网，脑机接口可相当于“遥控器”，人们通过意念控制灯的开关、窗帘的开关等，甚至进一步控制家庭机器人的运作；脑机接口在军事领域的应用集中在“替代”和“增强”上，通过控制各类无人机和机器人，代替士兵执行各类危险任务，减少人员伤亡。
脑机接口在发展过程中面临诸多挑战
脑机接口技术成熟度极低，从脑机接口技术的角度来看，医学上神经元数量庞大且复杂，当前对大脑反馈刺激和大脑工作机制的研究十分有限。
此外，在信号采集的过程中，非侵入式接口存在采集信号差的问题，而侵入式接口需面临对脑部损伤的问题；目前，脑机接口的发展阶段还处在实验室展示的水平，离真正的商业化还有很长的距离；同时，脑机接口技术是多学科交叉的研究领域，其涉及的学科包含信息工程、计算机工程、生物工程、运动康复和神经学等多个科学领域。
脑机接口的发展需要多个学科发展的共同支撑，然而任何一个学科的落后都会造成短板效应，制约脑机接口技术的发展；再者，脑机接口在非技术类问题上也存在诸多难点，主要为安全和伦理问题，包括黑客攻击、意念控制、数据窃取，甚至人性问题、伦理问题、审查问题等等。脑机接口的落地势必伴随着一些列相关法律法规的出台，方可规模化应用。
中国对脑机接口技术的研究起步较晚，但重视程度相较美国等西方国家不分伯仲
中国虽相对于美国等西方国家对脑机接口技术的研究起步较晚，但同样重视对其相关技术的研究，尤其是脑科学与类脑研究。
2016年，中国“脑计划”启动，其主要包括两个方向：以探索大脑秘密并攻克大脑疾病为导向的脑科学研究，以及以建立并发展人工智能技术为导向的类脑研究。
在2021年3月提出的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中同样提出，人工智能和脑科学为国家战略科技力量，而脑机接口技术是其中的关键技术之一。
深度见解：中国脑机接口行业发展趋势
以美国为代表的西方国家在早期投入大量人力、财力和物里开展对脑机接口技术的研究，在此期间也涌现了诸多行业独角兽，如Neuralink、Synchron、BrainGate等，与之伴随的也是不断增高的技术壁垒。
技术壁垒主要可分为人才壁垒和核心零部件壁垒。一方面，脑机接口技术是一门交叉学科，需要多方面的人才，包括神经学、人工智能、材料学、生物学等等，然而国内外高校并没有开设脑机接口相关的专业课，这也导致了脑机接口领域人才的匮乏；另一方面，脑机接口的信号采集涉及到各种材料和零部件，以及芯片算法等软硬件相结合的技术，技术要求极高。
目前，脑机接口平台的核心零部件仍依靠进口，其国产化水平在未来有待提升。中国要想在脑机接口领域迎头赶上，甚至弯道超车，应在脑机接口产业发展初期参与其中，加强核心零部件的国产化率。
重点关注企业
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