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脑机接口

脑机接口(BCI)作为人机交互领域的革命性技术,通过在人脑与外部设备间建立直接通信通道,实现信息双向交互。其核心机制是捕捉大脑神经元电信号,经算法解码转化为机器指令,或反向输入感知信息。技术分侵入式与非侵入式:前者如Neuralink植入电极实现高精度信号采集,已助瘫痪患者操控机械臂、打字;后者通过头戴设备采集脑电波,应用于注意力训练、睡眠监测等场景。当前,脑机接口在医疗康复领域加速落地,辅助卒中患者运动重建、抑郁症情绪调控,同时向娱乐、教育、军事等领域延伸,推动“意念操控”从科幻走向现实。

中文名:

脑机接口

英文名:

Brain-Computer Interface

别名:

脑机交互,“脑控”

运用领域:

康复工程、军事、机器人、娱乐等

主要分类:

侵入式脑机接口、半侵入式脑机接口、非侵入式脑机接口

关键技术:

采集技术、刺激技术、编码技术、解码技术

脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI),又称脑机交互,俗称“脑控”,是一种在生物(人或动物)大脑与外部设备或环境之间建立的新型实时通讯与控制系统,实现脑与外部设备的直接交互。该技术允许用户通过思想控制特殊计算机设备,是一种变革性的人机交互技术。

脑机接口(图1)

概述定义

脑机接口技术结合了神经生理学、计算机科学和工程学的方法,致力于在生物大脑和机器装置之间建立实时双向联系。其作用机制是绕过外周神经和肌肉,直接在大脑与外部设备之间建立全新的通信与控制通道。

  • “脑”:指有机生命形式的大脑或神经系统。
  • “机”:主要指可感知、计算及执行的外部设备。

脑机接口通过双向信息传输通道连接大脑和机器,机器端通过记录和解码大脑信号来感知生物端的意图和状态,生物端通过接受机器端的编码刺激来获得命令和反馈。

发展历程

科学幻想阶段

  • 1857年:英国生理学家卡通(Caton)在兔脑和猴脑上记录到了脑电活动,并发表了《脑灰质电现象的研究》论文。
  • 1872年:贝克(Beck)发表关于脑电波的论文,掀起研究脑电现象的热潮。
  • 1924年:德国精神病学家汉斯·贝格尔(Hans Berger)发现脑电波,脑机接口研究由此出现。
  • 1963年:英国拜登神经病学研究所医生格雷·沃特(Grey Walter)进行首次成功的脑机接口实验,通过脑电信号控制幻灯片自动换片。
  • 1968年:雯达·威尔威卡(Wanda Wyrwicka)和M.B.斯特曼(M.B.Stenman)首次在神经生理学基础上进行控制大脑信号的尝试。
  • 1973年:美国加州大学洛杉矶分校的雅克·维达尔(Jacques Vidal)教授发布首篇脑机接口研究论文,创造“脑机接口”术语,并搭建世界上第一个脑机接口系统。
  • 1980年:美国神经科学家乔戈普斯发现猴子脑内神经细胞集体活动能控制其手的运动方向。
  • 1989年:美国科学家蔡平(Chapin)领导的研究团队记录大鼠脑上的多电极信号,杜克大学的尼科莱利斯选取猴子进行实验,以控制更复杂的行为。

科学论证阶段

  • 20世纪90年代:以杜克大学的尼科莱利斯为首的科学家提出新型闭环脑机接口架构,标志着脑机接口技术的真正成型。
  • 1999年:美国NIH在纽约召开首届脑机接口技术的国际会议,回顾研究历程及现状,定义研究与应用的基本目的,明确关键技术问题,考虑研究规程和评估方法标准。
  • 2000年:美国罗切斯特大学的杰西卡·贝利斯(Jessica Bayliss)的研究显示,受试者可以通过P300信号控制虚拟现实场景中的物体。
  • 2004年:布朗大学研究团队将BrainGate系统植入瘫痪者脑中,实现通过意识控制外部设备。
  • 2006年:德国黑尼斯研究组建立高级脑机接口技术,利用功能性磁共振成像“读出”受试者的抽象思维活动。
  • 2008年:尼科莱利斯实验室实现用意念控制机器人的行为动作。
  • 2012年:美国西北大学实现功能性电刺激控制瘫痪肌肉;美国匹兹堡大学实现人脑ECoG信号控制机械手。
  • 2015年:加州理工大学和荷兰乌特勒支大学的研究团队使高位截瘫病人通过意念控制机械手臂完成精细任务,并在计算机上打字,准确率达到95%。

技术爆发阶段

  • 2016年:美国约翰·霍普金斯医学院建立基于大脑皮层脑电信号控制的机械手指;斯坦福大学利用脑机接口技术让猴子敲打出莎士比亚的经典台词。
  • 2018年:斯坦福大学发表论文宣布,瘫痪患者可以通过简单想象精准控制电脑屏幕上的光标。
  • 2019年:Neuralink公司的脑机接口技术取得突破性进展,研发的植入技术对被试脑损伤更小,传输数据更多。
  • 2020年:Neuralink公司研究的脑机接口排异概率更小、更安全,在原则上可修复任何大脑问题。
  • 2021年:神经科学家通过电极记录与大脑神经相连的信号,成功实现将手写信号实时翻译成文本,打字速度达到每分钟90个字符。
  • 2023年:全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京获得成功;加州大学戴维斯分校的医生团队在渐冻症患者大脑中植入电极,旨在恢复其语言沟通能力;中国清华大学与首都医科大学宣武医院联合研究团队完成首例无线微创脑机接口临床植入试验。
  • 2024年:Neuralink公司为首位人类患者植入脑机接口芯片,植入者恢复良好;天津脑机海河实验室通过非侵入式脑机接口技术实现意念打字;中国国家药监局批准发布《采用脑机接口技术的医疗器械 术语》行业标准。
  • 2025年:

    • 3月5日:一位因渐冻症导致失语的患者成功植入“北脑一号”,可以通过脑机接口输出短句。
    • 3月20日:北京脑科学与类脑研究所所长罗敏敏介绍,“北脑一号”智能脑机系统完成128通道微型、无线、低功耗全植入系统的研发。
    • 5月:第20届亚洲神经肿瘤年会(ASNO)在上海召开,脑机接口临床队列研究正式启动患者入组工作。
    • 6月:中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心联合复旦大学附属华山医院,成功开展中国首例侵入式脑机接口的前瞻性临床试验;中国科学院脑智卓越中心研制及生产的神经电极成为全球最小尺寸、柔性最强的神经电极。
    • 9月:中国国家药监局批准发布《采用脑机接口技术的医疗器械 术语》行业标准,于2026年1月1日正式实施。
    • 11月21日:一名因渐冻症导致失语的患者在首都医科大学宣武医院接受全球首例无线植入式中文语言脑机接口手术后,可以“开口说话”。
    • 11月26日:中国首例按照政府核定医疗服务价格项目执行的脑机接口手术顺利完成。
    • 12月17日:中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心发布第二例侵入式脑机接口临床试验取得进展,实现从二维的屏幕光标控制到三维的物理世界交互的重大转变。



脑机接口(图2)

基本分类

按侵入方式分类

脑机接口技术可以分为非侵入式、半侵入式和侵入式三种。

  • 非侵入式:基于脑电图(EEG)与脑磁图(MEG),利用附着在头皮上的智能设备解读大脑信息,无需侵入大脑。成本和风险较低,但信号分辨率较低,主要应用于教育、娱乐与智能家居等方面。
  • 半侵入式:将脑机接口植入颅腔内,但仍在大脑皮质之外,主要基于皮质脑电图进行信息分析。信号分辨率高于非侵入式,但低于侵入式,对大脑的负面影响较小。
  • 侵入式:通过手术将电极植入大脑皮层,成本和风险较高,但可以获得较高质量的神经信号。主要用于重建特殊感觉(例如视觉)以及瘫痪病人的运动功能。

按输入信号分类

脑机接口技术可以分为基于运动想象的脑机接口(MI-BCI)、基于P300的脑机接口(P300-BCI)和基于稳态视觉诱发电位的脑机接口(SSVEP-BCI)三种。

  • 基于运动想象的脑机接口:基于脑电信号,通过处理和分析某一具体的人脑意识任务信号,将模式识别结果转化为控制外部设备的指令。广泛应用于康复医学。
  • 基于P300的脑机接口:诱发式脑机接口系统,受试者利用额外的刺激装置,通过感觉通路实现与外界的沟通和交流。应用电位具有较强的稳定性和规律性。
  • 基于稳态视觉诱发电位的脑机接口:每个目标按照不同的刺激属性进行闪烁,通过分析由目标刺激诱发的SSVEP信号识别受试者所注视的目标。

工作原理

脑机接口的工作原理是通过信号采集设备从大脑皮质采集脑电信号,经过放大、滤波、转化等处理过程,转化为计算机可识别的信号,然后对信号进行预处理,提取特征信号,再利用这些特征信号进行模式识别,最后转化为控制外部设备的具体指令,实现对外部设备的控制。同时,脑机接口系统还能接收来自外部设备的反馈信号,将执行结果传递回大脑,构成交互式闭环系统。一个完整的脑机接口系统主要包括信号采集、信号处理、控制设备、反馈环节四个部分。

信号采集

通过硬件设备采集受试者的脑电信号并记录。采样硬件决定脑电信号质量及最终的脑机接口控制效果。脑电信号获取方式包括将电极直接接触头皮表面或将电极植入大脑皮层内。成功采集的脑电信号应具有可测量、可区分、稳定可靠、可重复等特点。

信号处理

对收集到的信号进行分析处理。脑电信号在采集过程中会受到诸多因素干扰,需通过解码和再编码排除干扰因素。例如,通过算法过滤心跳、肌肉抖动等噪声,提取与特定意图相关的有效信号特征。

脑机接口(图3)

控制设备

将信号解码后再编码,使控制设备按照大脑意志自如行动。

反馈环节

将从环境中获得的信息反馈给大脑,是脑机接口系统的最后一个环节。人通过视觉、触觉、嗅觉感知环境变化,并将信息传递给大脑进行反馈。

关键技术

硬件技术

脑机接口的硬件主要包括采集与处理脑信号的一系列器件,包括采集脑信号的传感器、信号放大器和模数转换器以及处理脑信号并将其转换指令的器件。

  • 电极技术:电极是脑机接口的关键器件,决定采集脑信号的空间分辨率和质量。电极分为植入式电极和非植入式电极,植入式电极直接植入大脑获取高分辨率神经信号,非植入式电极包括干电极、凝胶半干电极等,用于无创采集头皮上的脑电信号。
  • 芯片技术:将脑信号直接转化为数字信号的核心硬件。
  • 刺激设备:如脑深部电极刺激(DBS)设备、植入式视觉调控设备等,用于向大脑提供电刺激。
  • 无线通信技术:实现多种脑信号的无线传输,推动脑机接口硬件无线化程度提升。

软件技术

脑机接口软件涉及刺激呈现、数据采集、信号处理与输出、系统级操作协议等关键技术环节。核心目的是促进各种脑机接口方法的实施、验证和传播。

  • 闭环解码器适应技术:根据闭环脑机接口使用期间记录的数据实时改进解码器,根据用户当前神经信号性质决定解码器结构。
  • 融合式脑机接口技术:在神经信号不稳定时依然输出稳定,仅需少量校准即可即插即用,鲁棒性极高,提高脑机接口系统在实际应用中的可能性。

算法技术

算法是脑机接口系统的关键组成部分,对脑信号进行分析与处理,准确快速解读用户意图。

  • 范式编码技术:包括视觉诱发电位刺激范式P300、稳态视觉诱发电位(SSVEP)刺激范式、运动想象(MI)范式、运动相关皮层电位范式(MRCP)等,用于表征大脑意图的编码方案。
  • 解码算法技术:包括卡尔曼滤波器、类脑解码器、神经学习、分解算法、黎曼几何算法、深度学习算法、迁移学习算法等,用于将脑信号转化为控制信号或信息输出。优化算法用于优化脑机接口系统性能,如参数调整、自适应算法等。

脑机接口(图4)

技术指标

性能指标

脑机接口系统的性能评价指标是信息传输速率(Information Transfer Rate,ITR)。ITR大小与系统响应时间、识别正确率与可输出指令数量相关。综合评估脑机接口系统性能时,从响应时间、识别正确率、可输出指令数量和菲茨吞吐量四个方面进行。

  • 响应时间:指脑机接口系统对使用者单次脑意图响应所需时长,包括信号采集时长、脑信息解码时长(计算时长)和系统通信时长三部分。理想响应时间在脑状态检测场景下不大于10秒,在神经调控场景和对外交互场景下不大于1秒。
  • 识别正确率:指脑机接口系统为识别人脑意图进行解码的正确率,是衡量系统性能的核心指标。脑状态检测场景下不应小于85%,神经调控场景下不应小于95%,对外交互场景下不应小于95%。
  • 可输出指令数量:指脑机接口系统可以解码的脑意图种类,反映系统交互能力。睡眠检测场景下建议检出睡眠种类不应小于5种,情绪识别场景下建议检出情绪种类不应小于4种,脑机打字场景下建议输出字符种类不应低于40种。机器人、机械臂、无人机等复杂外部设备控制中,自由度不应小于6种。
  • 菲茨吞吐量:衡量脑机接口系统控制能力和工作效率的指标,同时考虑运动速度和控制准确度,数值越高体现控制效果越好。通常达到0.7bits/s可实现较为流畅的控制效果,1bits/s是更为理想的指标。

可用性指标

可用性是脑机接口系统走向产业落地的关键,是除性能指标之外的另一系统评价维度。脑机接口系统可用性衡量指标包括易用性、长效性、鲁棒性、安全性和互操作性。

  • 易用性:通过脑机接口系统的使用准备时长、轻便性和舒适性三个指标反映。
    • 准备时长:指人员在脑机接口系统使用前所需的准备时长和人机协同训练时长之和。非植入脑机接口系统理想准备时长不大于3分钟,植入式脑机接口系统准备时长较长,需优化植入手段提高易用性。
    • 轻便性:指脑机接口系统的轻质与便携。头戴式脑机接口系统(含外设)重量不应大于500克,不超过200克更为理想。
    • 舒适性:以可定量定性的体验感、满意度等作为主要衡量指标,对消费级产品落地具有重要意义。
  • 长效性:指脑机接口系统可稳定持续使用的时间,衡量系统稳定性的重要考量。非植入场景下单次稳定可用时长不小于3小时;植入场景下,医疗器械理想植入时间为10年以上。
  • 鲁棒性:衡量脑机接口系统对抗外部扰动变化的能力。在各类外部干扰环境下使用,需有效屏蔽大部分外界干扰,保证性能指标维持高水平。同时,具有一定自适应能力,随用户状态变化自适应调整,确保性能指标波动较小。
  • 安全性:重要指标,一是保障系统整体安全和数据安全;二是确保人身健康安全;三是符合科技伦理安全。
  • 互操作性:体现脑机接口系统之间实现跨系统访问、双向连接和交互控制的能力。一方面同类型系统之间保持框架一致和接口一致,另一方面能在电脑、手机、增强现实(AR)设备、虚拟现实(VR)设备等其他智能终端上互通互用和即插即用。根据技术标准要求开发相关接口和可互通的系统平台,通过系统符合互操作标准的程度衡量互操作性能力指标。

应用领域

康复工程

生物工程领域特别是康复和辅助控制领域是脑机接口的研究热点,为思维正常但有严重功能障碍的群体提供语言交流与环境控制途径,提高生活质量。运动功能康复手段包括通过物理治疗提高残存运动功能;通过功能性电刺激(Functional Electrical Stimulation,FES)系统代替神经系统直接控制瘫痪肌肉。在神经工程研究中,脑机接口技术应用于信号检测与处理,在感觉神经修复过程中起辅助作用,如人工耳蜗植入。

军事领域

脑机接口技术在军事领域的价值主要体现在三个方面:一是利用外界干扰技术手段,实现对人的神经活动、思维能力等进行干扰甚至控制,导致出现幻觉、精神混乱甚至做出违背己方利益的行动;二是通过大脑实现对外界物体或设备的直接控制,减少或替代人的肢体,提高作战人员操作控制武器装备的灵活性和敏捷性;三是借鉴人脑构造方式和运行机理,开发全新的信息处理系统和更加复杂、智能化的武器装备,研发与人类非常接近的智能机器人。

机器人领域

基于脑机接口技术的智能机器人研究涉及智能机器人、脑机接口应用、仿生学和行为控制多个领域,是人机交互机器人的新发展方向。其发展经历计算机光标的脑控二维运动、脑控机电系统的运动导航和脑控机器人的人机协作三个阶段。

娱乐领域

脑机接口技术在娱乐领域有广泛应用前景。通过采集大脑信号并分析,实现电影、游戏和音乐等方面的人机交互应用。在游戏领域,通过采集玩家大脑信号,设计更具沉浸感和互动性的游戏。如根据玩家注意力水平调整游戏难度和挑战性。此外,在音乐和电影方面也有应用潜力。

脑认知领域

脑机接口技术研究开发过程中,有助于理解大脑认知模式、信息流程和控制方式,为了解大脑思维模型和意识形成机制提供研究途径,开拓大脑信息输出新通道。可利用方式获取动物简单思维,转化为常见语言表达,衡量动物心情状态,辅助人类与动物交流。

脑机接口(图5)

技术挑战

准确脑电信号的获取

脑机接口技术需攻克嘈杂电信号处理问题,获得更多更准脑信号。大脑产生的脑电信号微弱,只有小部分与意图和思想有关,且常受噪声干扰,需研发有效信号滤波和特征提取技术。不同人大脑结构和功能有差异,需寻求个性化和适应性更强的信号采集和分析方法,提高信号准确性和实用性。植入式脑机接口虽能获得更准确脑信号,但植入电极可能引起免疫反应和组织损伤,导致电极不稳定和脑组织退化,影响脑电信号质量。解决植入式电极安全性和长期使用稳定性难题是研究热点。

不同脑电信号的解释

脑机接口技术需重点攻克识别和解释不同类型和模式脑电信号问题,理解大脑思想和意图,将脑信号转化为有用信息。破解此问题需发展高效解码技术,人工智能算法是关键,对识别和解释脑信号并转换成相应命令具决定性作用。高效算法可提高信号处理准确性和效率,提升系统性能。

友好交互界面的研发

脑机接口技术需攻克研发友好人机交互界面问题。脑机接口设备通常需对用户进行长时间训练,使其形成高度集中注意力,产生足够强脑信号被电极采集,易使用户产生不适、疲劳感。开发更简单易用、用户友好的交互界面,改善使用体验和效果,需不同领域专家跨学科协作,包括神经科学和生理学领域专家研究人类大脑结构和功能,理解脑活动模式和信号传递过程;计算机科学和机器学习领域专家开发优化算法,精准识别脑信号并转换为可执行命令;生物医学工程和材料科学领域专家研发更好植入式电极和信号传递设备,保证植入手术安全性和稳定性。

人文社会问题的解决

脑机接口技术研发和使用面临多种人文社会问题,尤其是伦理难题。需哲学和社会科学领域尤其是伦理学专家思考相关问题,确保技术应用合情合理合规。人文社会问题主要包括高性能与高风险平衡难题、效益与公平平衡难题、治疗与增强平衡难题、隐私保护难题、知情同意难题等。其中,隐私保护难题表现为脑数据泄露或滥用可能引发行为性格隐私透明化侵权、健康隐私歧视与偏见,甚至导致神经数据安全危机。

趋势与展望

根据预期长短,脑机接口技术趋势或前景分为近期、中期和远期未来。近期未来主要解决迫切技术难题,在提高安全性前提下提升有效性,成为可靠高效治疗疾病手段;中期未来主要拓展治疗广泛性,更多治愈甚至基本消除人类残疾现象;远期未来期待通过脑机融合实现人类增强,使人类智能与机器智能联结整合,协同工作形成更强大脑机融合智能,为人类开创崭新未来。

随着技术发展完善,脑机接口技术将更精准、便携、可靠和易用,治疗有效性大大提高。将被广泛应用于医疗、康复、娱乐等领域,造就“以想行事”常态化行为方式。还可能促进人机智能融合,开辟人类增强新途径。随着技术成熟和安全性提高,应用将从治疗扩展到增强,健全人用于补充、增加和强化身体功能,包括行动或运动能力、感知和认知能力。

相关事件

首个脑科学实验室落户华山医院

2020年10月23日,陈天桥雒芊芊研究院(TCCI)第一个脑科学前沿实验室在上海华山医院虹桥院区落成投入使用。实验室包括脑机接口、睡眠梦境、认知评估、数字医疗等多项内容,支持脑科学研究。重点支持全球范围内前沿研究和转化研究,如脑机接口、记忆存储、人工智能、梦境控制等,以及用数字手段提升大脑认知水平等。

“神经连接”公司开展人体临床试验

2023年,美国食品和药物管理局批准马斯克“神经连接”公司就脑机接口项目展开人体临床试验。手术过程包括去掉部分头骨,向人脑植入芯片,芯片可在人脑中存在数年。“神经连接”公司鼓励特定患者申请志愿者,9月下旬正式宣布面向全球招收“测试人员”。预估每台手术耗资1.05万美元,约合人民币7.7万元。根据提供给投资者的文件,年度营收将在5年内达到约1亿美元。

脑机接口概念领涨,创新医疗快速封板

2023年11月,中国A股市场脑机接口概念强势领涨,创新医疗快速封板,中科信息涨逾10%,三博脑科大涨8%,博济医药涨3%。中国信通院知识产权与创新发展中心主任李文宇指出,脑机接口技术成全球科技前沿热点,是未来产业重要构成部分,世界各主要国家和地区加快布局。中国“十四五”规划将脑科学视为国家战略科技力量,发展脑机接口技术成多省市政府共识。多省将面向脑机接口技术开展基础研究,建设交叉研究平台和促成创新成果转化。

“神经连接”公司完成首例人类脑机接口设备植入

2024年1月,脑机接口公司Neuralink完成首例人类脑机接口设备植入。被植入者恢复后展示开直播打游戏。受相关消息影响,1月30日,脑机接口概念股表现活跃,创新医疗涨停,三博脑科、东方中科等股价涨超5%。

通过植入式脑机接口用意念控制机械手臂

2020年,年过七旬曾遭遇车祸导致高位截瘫的张大伯,通过植入式脑机接口,用意念控制机械手臂,完成喝水、进食、握手等动作。基于高龄病人动态3D控制脑机接口应用在国际上尚属首次,填补中国国内该项研究空白。随着研究深入,张大伯意念控制下,外部机械臂手握马克笔,写出“浙江大学脑机接口”八个字。2024年4月23日,浙江大学脑机接口临床转化研究团队正式对外发布这一最新研究进展,首次成功实现侵入式脑机接口脑控机械臂书写汉字。

脑机接口纳入医保已立项

2025年3月12日,国家医保局印发《神经系统类医疗服务价格项目立项指南(试行)》,设立“侵入式脑机接口置入费”“侵入式脑机接口取出费”“非侵入式脑机接口适配费”三个价格项目。全球还未有一款侵入式脑机接口医疗器械获批上市。国家医保局前瞻性立项,为前沿科技产品上市后用于瘫痪、失语等患者提前铺路,减轻患者及其家庭经济负担,给科技企业“吃定心丸”。

癫痫患者植入脑机接口后可以打王者荣耀

2025年4月,在天桥脑科学研究院(TCCI)支持下,脑虎科技联合中国科学院上海微系统所陶虎/周志涛研究员团队,在复旦大学附属华山医院开展的高精度实时运动解码临床试验获重要突破。一名19岁右侧额叶癫痫患者成功植入脑虎科技自主研发的256通道柔性脑机接口,术后恢复良好,两日后顺利进入临床试验。通过累计19.87小时的Center-out、WebGrid等经典范式训练,受试者实现对经典游戏《吃豆人》《坦克大战》和大型复杂游戏《王者荣耀》《黑神话:悟空》的精准脑控操作,成为中国第一个实现100%脑控鼠标的人。

中国脑机接口实现全链条自主可控

2025年4月18日,海南大学正式发布自主研发的植入式脑机接口(BCI)核心技术与系列产品,包括全球领先的脑机接口专用芯片、神经信号采集系统、神经信号调控系统及神经元定位系统。标志中国在脑机接口领域实现全链条技术自主可控。海南大学脑机芯片神经工程团队围绕侵入式脑机接口开发多款核心芯片,有SX-R128S4高通量神经信号采集及刺激芯片、SX-S32高自由度神经调控芯片、SX-WD60低功耗无线传输芯片,实现脑机接口信号采集、调控、传输全链路覆盖,性能对标国际一线产品。

马斯克旗下公司完成12例脑机芯片N1植入试验,渐冻症患者成功自主进食

美国当地时间2025年9月9日,埃隆·马斯克旗下脑机植入技术公司Neauralink宣布,全球已有12人接受其研发的脑机芯片N1植入试验。Neuralink公司在社交媒体平台X上发帖表示,这些患者总共使用其设备达2000天,累计使用时长超过15000小时。10月11日,马斯克旗下脑机接口公司Neuralink展示渐冻症患者Nick Wray通过脑机接口控制机械臂吃东西画面。Nick Wray个人社交账户展示操作机械臂过程,仅通过思维活动操控机械臂完成“抓取杯子→将吸管送至嘴边→抿水”连贯动作,还能自主完成抓杯子、戴帽子、微波加热食物及打开冰箱等多项日常任务。

脑机接口技术让渐冻症患者成功自主进食

脑瘫棋手用“意念”与象棋特级大师对弈

2025年12月29日,在海南举行的“天天象棋杯”中国象棋协会年度总决赛中,重庆脑瘫棋手韩彬彬佩戴头部设备,凝视屏幕上的棋盘,仅凭“意念”驱动棋子,与偶像中国象棋特级大师孟辰对弈。开发这套系统的上海岩思类脑人工智能研究院介绍,这是全球首次在国家级公开体育赛事中成功运用非侵入式脑机接口技术竞技对战,显示非侵入式脑机接口技术实用性和稳定性,有潜力在更多场景落地应用。

完成人类首次“太空脑机接口实验”

2026年1月12日,脑机交互与人机共融海河实验室官微称,《新型工业化》期刊刊发脑机交互与人机共融海河实验室主任、天津大学副校长明东署名文章《打通技术链 补全人才链 促进脑机接口科技成果转化应用》。明东在文章中称,天津大学脑机交互与人机共融海河实验室团队在无创脑机接口领域已形成从高性能器件、芯片、算法、平台,到系统集成和关键底座与应用集于一体的全链条布局。在临床应用领域,天津大学研制的“神工”脑机交互创新医疗器械全谱系产品逐步覆盖脑卒中康复、脊髓损伤运动辅助、抑郁诊疗、听觉障碍诊疗等临床场景应用。在航空航天领域,设计开发五代空间站在轨脑机交互系统,完成人类首次“太空脑机接口实验”,并相继在后续多次载人飞行任务中取得重要应用,服务于航天员功能状态与情绪状态等精准检测,实现航天员效能增强,为中国载人航天工程的新一代医学与人因保障系统提供关键技术支撑。

所获荣誉

相关作品

影视作品

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《黑客帝国1 - 4》1999、2003、2021影片讲述一名年轻网络黑客尼奥发现看似正常的现实世界实际上由名为“矩阵”的计算机人工智能系统控制,尼奥在神秘女郎崔妮蒂引导下见到黑客组织首领墨菲斯,三人走上抗争矩阵征途。在《黑客帝国》中,现实世界人类需通过插入连接器进入“母体”世界,这种“脑后插管”方式是典型侵入式脑机接口美国
《源代码》2011影片中科特负责调查芝加哥火车爆炸案找到恐怖分子并查出其下一个目标。每次只有八分钟调查时间,科特发现自己已在一周前去世,原来他正在参与一项“脑波原代码”秘密任务,该任务通过已死亡科特尚未完全死亡的脑细胞影像还原事件,调查真相美国/加拿大
《盗梦空间》2010影片中MIT Dream实验室研究人员开发可进入梦境的可穿戴设备 - Dormio和BioEssence。通过这些设备,人们能够进入睡眠者梦境并与之互动,甚至改变梦境美国
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动态解析

2026年开年,脑机接口(BCI)技术成为全球科技与资本市场的焦点。从政策支持到技术突破,从企业融资到临床应用,这一融合脑科学、人工智能与材料学的交叉领域正加速从实验室走向商业化。本文将从龙头股、板块布局、核心公司、发展前景及最新动态五方面,系统梳理脑机接口产业的现状与未来。

一、龙头股分类与核心企业

脑机接口产业链涵盖技术研发、硬件制造、软件算法、临床应用等多个环节,龙头股可按细分领域划分为以下六类:

  1. 侵入式技术龙头
    以创新医疗(002173)为代表,其参股的博灵医疗主导国内唯一进入III期临床的侵入式系统“BCI-4000”,技术对标马斯克Neuralink。该系统通过全植入式闭环设计,帮助37%渐冻症患者恢复交流能力,响应速度国际领先。2026年上肢外骨骼康复系统预计上市,脑机业务营收占比将超30%。

  2. 非侵入式消费级龙头
    岩山科技(002195)聚焦医疗级电极与消费场景融合,其sEEG电极中文语义识别率达91%,延迟低于10ms。2024年订单增长240%,抑郁症治疗设备进入临床,并与华为合作开发脑控耳机,切入小米生态链。

  3. 综合技术平台龙头
    科大讯飞(002230)凭借超200项脑机专利,构建“算法+硬件+场景”生态。其脑电-语音联合解码框架情绪识别准确率达92.3%,开放API赋能渐冻症沟通设备,并与华为、军方合作开发癫痫抑制系统,2025年脑机相关营收预增80%。

  4. 硬件供应商龙头
    汉威科技(300007)中标工信部专项,研发0.1mm超柔性微电极,生物相容性领先,成本比美国低50%。2024年脑机接口订单增长92%,产能达年产100万片,为华为智能床提供“意念温控”模组。

  5. 康复设备龙头
    翔宇医疗(688626)深耕非侵入式康复领域,产品进入全国600余家三甲医院。其脑机接口吞咽电刺激系统解决传统治疗痛点,2026年目标覆盖超千家医院,并启动侵入式技术探索。

  6. 快速成长黑马
    强脑科技(BrainCo)以20亿元融资创行业纪录,其智能仿生手、安睡仪等产品拓展教育、健康监测场景,并提交港股IPO申请。2024年营收规模达20亿元,非侵入式技术市占率全球第二。

板块布局与产业链分析

脑机接口板块呈现“软硬件一体化、横跨医工”特征,核心环节包括:

  1. 上游:核心器件与基础工具
    高德红外(002414)研发65000通道脑机芯片,信号处理性能超进口产品30%;汉威科技突破柔性电极阵列技术,实现128通道同步采集。材料、芯片、传感器等环节国产化率持续提升。

  2. 中游:产品与系统集成
    中科信息(300678)光遗传学闭环系统覆盖60%三甲医院,术中癫痫灶定位时间缩短至30分钟;三博脑科(301293)与清华共建临床转化中心,主导全球首例截瘫患者意念控制研究。

  3. 下游:应用解决方案
    医疗领域占比超60%,涵盖神经康复、情绪调节、假肢控制;消费级市场拓展至健康监测、教育增强、娱乐交互。翔宇医疗脑控轮椅、强脑科技专注力训练设备等加速落地。

发展前景:万亿市场如何实现?

  1. 政策驱动:国家战略定位
    2025年工信部等七部门发布《实施意见》,明确2027年关键技术突破目标,并将脑机接口纳入“十五五”规划六大未来产业之一。北京、上海、深圳等地出台专项补贴,单地最高达3000万元。

  2. 技术迭代:三条路径并行

    • 侵入式:阶梯医疗、脑虎科技实现毫秒级信号延迟,临床试验成功率超90%;
    • 半侵入式:芯智达“北脑一号”系统完成多例人体植入,中文解码突破;
    • 非侵入式:强脑科技、翔宇医疗占据全球80%市场份额,成本降至进口产品1/3。
  3. 市场空间:复合增长率超25%
    Grand View Research预测,2029年全球脑机接口市场规模达76.3亿美元,2024-2029年复合增长率25.2%。中国市场规模预计从2023年17.3亿元增至2027年55亿元,年增长率保持20%以上。

最新动态:商业化加速与资本狂热

  1. 企业融资与IPO潮
    2025年强脑科技完成20亿元融资,IDG、华登国际等顶级风投参与;云深处科技、宇树科技推进IPO进程。二级市场方面,翔宇医疗、创新医疗等公司因脑机接口业务受资金追捧。

  2. 临床突破与医保覆盖
    2025年国家医保局设立“脑机接口置入费”项目,四川、湖北等地明确医疗服务价格。上海华山医院、北京天坛医院等推进脊髓损伤、抑郁症治疗临床试验,验证技术安全性。

  3. 技术争议与伦理挑战
    尽管前景广阔,脑机接口仍面临信号准确性、长期安全性、数据隐私等争议。专家呼吁建立伦理审查机制,防止技术滥用。

结语:从科幻到现实的临界点

脑机接口技术正站在商业化爆发的前夜。政策、资本、技术的三重共振下,中国有望在2030年前实现技术并跑甚至领跑。对于投资者而言,需关注企业临床转化进度、医保支付配套及产业链自主可控能力;对于行业整体,解决技术瓶颈、完善伦理框架、拓展消费场景将是通往万亿市场的关键。

注:词条部分内容参考文献来源[1][2][3][4][5][6][7][8]

参考资料

5.
浙江大学将大白鼠变机器人能读懂人类的语言
. 中国新闻网
. [引用日期 2026-01-17]
6.
《科学》杂志刊登我国脑机接口新技术
. 央视新闻客户端
. [引用日期 2026-01-17]
7.
每日科技名词|脑机接口
. 学习强国
. [引用日期 2026-01-17]
8.
上海首例 瘫痪患者术后已能下床 国产脑机接口产品植入成功
. 上海市人民政府办公厅
. [引用日期 2026-01-17]

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  • 最近更新:2026-01-17 11:50:19
  • 创建者:知无不言

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