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技术研究不平衡、产品落地艰难 出海是否能成为脑机接口行业破局之路?

1、脑机接口是大脑与外部环境之间的全新交互模式

根据观研报告网发布的《中国脑机接口行业发展趋势研究与投资前景分析报告(2024-2031年)》显示,脑机接口(brain-computerinterface,BCI)是在大脑与外部环境之间建立一种全新的不依赖于外周神经或肌肉的交流与控制通道,从而实现大脑与外部设备的直接交互。其工作流程包括脑电信号的采集、处理、输出和执行,最终再将信号反馈给大脑。按照采集模式来分,通常将脑机接口技术分为侵入式和非侵入式两类,部分论文中还存在半侵入式的技术路径。

脑机接口分类

<strong>脑机接口分类</strong>

资料来源:观研天下整理

2、脑机接口市场规模持续扩大,行业快速发展

数据显示,2022年,全球脑机接口市场规模达17.4亿美元,预计2027年市场规模将达到33亿美元,其中中国脑机接口市场规模约10亿元。我国脑机接口行业虽然起步较晚且国外存在一定差距,但近几年在各大科研院校及相关企业的努力下,行业正在加快追赶步伐,具有较大发展潜力。

数据显示,2022年,全球脑机接口市场规模达17.4亿美元,预计2027年市场规模将达到33亿美元,其中中国脑机接口市场规模约10亿元。我国脑机接口行业虽然起步较晚且国外存在一定差距,但近几年在各大科研院校及相关企业的努力下,行业正在加快追赶步伐,具有较大发展潜力。

数据来源:观研天下整理

3脑机接口行业技术发展不平衡

但是,总体从企业竞争技术研发来看,由于脑机接口技术是一个从信号采集到解码、编码到反馈的过程,所以技术发展不平衡,如工科领域需攻克信号处理、编解码等难题,而神经编码以及信息传递则需要深厚的生物学知识为基础。根据相关资料可知,截至2024年4月,我国脑机接口相关研究累计235篇文献,主要集中在技术研究层面,而在技术开发、临床研究以及应用基础研究等方面文献数量匮乏,这也造成脑机接口研究不均衡状态。

近年来,在硬件领域我国科研人员已有显著突破,脑机接口脑机接口相关的专利申请数量显著提升,其中关于电极、信号采集以及处理等硬件相关专利随之增加。例如,2023年10月,首都医科大学宣武医院赵国光教授团队、清华大学医学院洪波教授团队,共同完成了无线微创植入脑机接口NEO首例临床植入试验,将两枚硬币大小的脑机接口处理器植入高位截瘫患者颅骨中,成功采集感觉运动脑区颅内神经信号。该临床试验让一位因车祸造成脊髓损伤、四肢瘫痪长达14年的患者在术后进行3个月的康复训练后,通过脑电活动控制气动手套,完成了自主喝水等日常活动,其抓握准确率超过90%。本项目在无线微创方面实现了两大突破,一方面通过植入脑机接口NEO,将内机埋在颅骨内,电极覆盖在硬膜外,在保证颅内信号质量的同时,不破坏神经组织;另一方面它采用了近场无线供电和传输信号,植入颅骨的体内机无需电池。但由于起步较晚,国产厂商与海外企业相比仍有一定差距。

也正是因为脑机接口技术与研究层次不平衡,再加上研究本身门槛较高,导致行业技术、应用研究进展缓慢,也导致大部分资本家驻足观望。

4政策支持加强,但脑机接口行业的临床、审批带来不确定

因此,近几年国家对政策持续加强,旨在推动脑机接口产业的发展。例如,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》,脑机接口被列入未来产业十大创新标志性产品,明确要“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,研制一批易用安全的脑机接口产品,鼓励探索在医疗康复、无人驾驶、虚拟现实等典型领域的应用”。

中国脑机接口行业相关政策汇总一览

时间

政策文件名称

相关内容

20244

《加快北京市脑机接口产业发展行动方案(2024-2030)(征求意见稿)》

构建脑机接口先进技术和培育产业生态体系;培育形成重点应用场景和推广应用示范;夯实共性支撑服务基础和搭建完备标准测评体系

20242

《脑机接口研究伦理指引》

明确开展脑机接口研究,应确保研究具有社会价值,应主要致力于修复型脑机接口技术,强调通过技术的发展服务公众的健康需求。

20241

《关于推动未来产业创新发展的实施意见》

2025年和2027年的发展目标,公布6项重点任务,包括前瞻布局6个新赛道、10大标志性产品等。其中就包括加速类脑智能、群体智能等产业

20239

《元宇宙产业创新发展三年行动计划(2023-2025)

拓展元字宙入口,加速XR头显、裸眼3D等沉浸显示终端的规模化推广,丰富基于手机、计算机、电视机等终端的元宇宙应用,支持脑机接口等前沿产品研发。

20238

《新产业标准化领航工程实施方案(2023-2035)

开展脑机接口标准化路线图研究。加快研制脑机接口术语、参考架构等基础共性标准。开展脑信息读取与写入等输入输出接口标准,数据格式、传输、存储、表示及预处理标准,脑信息编解码算法标准研究。开展制造、医疗健康、教育、娱乐等行业应用以及安全伦理标准预研。

202210

《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划(2022~2026年)》

重点推动由内向外追踪定位技术研究,发展手势追踪、眼动追踪表情追踪、全身动捕、沉浸声场、高精度环境理解与三维重建技术加强肌电传感、气味模拟、虚拟移动、触觉反馈、跨机接口等多通道交互技术研究,促进感知交互向自然化、情景化、智能化方向发展。

20228

《“十四五“国家科学技术普及发展规划》

面向关键核心技术攻关,聚焦国家科技发展的重点方向,强化脑科学、量子计算等战略导向基础研究领域的科普,引导科研人员从实践中提炼重大科学问题,为科学家潜心研究创造良好氛围。

20213

《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》

在事关国家安全和发展全局的基础核心领域,制定实施战略性科学计划和科学工程。瞄准人脑科学等前沿领域,实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。

20208

《国家新一代人工智能标准体系建设指南》

解决语音、手势、体感、脑机等多模态交互的融合协调和高效应用的问题,确保高可靠性和安全性交互模式。人际交互标准包括智能感知、动态识别、多模态交互三个部分。

201812

《工业和信息化部关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》

研发自内向外追踪定位装置、高性能3D摄像头以及高精度交互手柄、数据手套、眼球追踪装备、数据衣、力反馈设备、脑机接口等感知交互设备。

资料来源:观研天下整理

然而,受伦理及审批规定及流程的限制,我国脑机接口行业落地仍然需进一步探索。从采集技术来看,脑机接口可分成三类,即侵入式、半侵入式和非侵入式,三种技术的安全性及作用效果各有千秋。同时,由于三类技术的不同,我国脑机接口技术审批也有所不同。按照《医疗器械分类目录》规定,与脑机接口相关设备主要被划分为Ⅱ类和Ⅲ类,而侵入式脑机接口毫无疑问需通过Ⅲ类审批,其难度以及监管要求等远高于Ⅱ类审批。

脑机接口类型、运作原理及优劣势对比

类别

侵入式脑机

半侵入式脑机

非侵入式脑机

机理

通过手术等方式将电机直接植入患者大脑皮层

通过手术方式植入电极,但电板处于颅腔内,未达到大脑皮层

无需手术,只需将电极附着在头皮上

优势

可以获得高强度、高质量的信号

相较于侵入式脑机接口,免疫反应和炎症反应发生率更低,安全系数更高

避免昂贵的手术费用和不良反应的发生

劣势

经济成本和安全风险均较高,极有可能引发免疫反应和炎症反应从而导致信号质量下降

相较于侵入式脑机接口,采集到的信号较弱

采集信号弱

对科学研究的贡献

更微观更精确,擅长提取控制类信号,但采集数据量少,个体特征差异大

更宏观,擅长反应趋势性和用户行为,但不够精确

资料来源:观研天下整理

因此,80%的国产脑机企业选择非侵入式采集技术路线,而大部分侵入式脑机设备处在临床性研究和动物实验阶段。目前,我国仅品驰医疗和景昱医疗有侵入式脑机接口产品申报Ⅲ类并成功获批,但尚未大范围商业化。

5脑机接口在多领域具备应用潜力,但是医疗市场难以落实

当前,医疗领域是脑机接口技术最初且最主要的应用领域,也是离商业化最近的应用领域,其应用市场占比约为47.62%,但是大部分落地产品为Ⅱ类医疗器械,并以非侵入式为主,涉及功能包括脑电图机、睡眠监测、运动康复评价等以及家用或康复中心。III类医疗器械在注册难度、监管要求、申请受理部门层级和申请时长等方面都远高于II类医疗器械,所以对于侵入式脑机设备,绝大多数都处在临床性研究和动物实验阶段。

当前,医疗领域是脑机接口技术最初且最主要的应用领域,也是离商业化最近的应用领域,其应用市场占比约为47.62%,但是大部分落地产品为Ⅱ类医疗器械,并以非侵入式为主,涉及功能包括脑电图机、睡眠监测、运动康复评价等以及家用或康复中心。III类医疗器械在注册难度、监管要求、申请受理部门层级和申请时长等方面都远高于II类医疗器械,所以对于侵入式脑机设备,绝大多数都处在临床性研究和动物实验阶段。

数据来源:观研天下整理

我国医疗器械分类目录

分类

器械类型描述

说明

分类目录相关产品类别

相关产品举例

III

侵入式脑机

对于人体的伤害性大、风险性大

12有源植入设备-02神经调控设备-01植入式神经刺激器、02植入式神经电刺激电极

植入式(可充电)脑深部神经刺激器植入式脑深部神经刺激电极、植入式脑深部神经刺激延伸导线

具有增强或刺激类等辅助治疗功效的非侵入式脑机

虽然其不植入人体但基于对机体施加的直接影响应参考对于预期用途为如刺激瘫痪部位运动及抑郁症等疾病的辅助治疗的“动磁场治疗设备”,纳入第三类医疗器械监管

09物理治疗器械-05磁疗设备/器具-01动磁场治疗设备

经颅刺激仪、磁刺激器

II

其他一般类型的非侵入式脑机

/

07医用诊察和监护器械-03生理参数分析测量设备-06生理参数诱发诊断设备

脑电图机

09其他测量、分析设备-03睡眠呼吸监测设备-脑电电极

睡眠监测记录仪

10附件、耗材-03体表电极-脑电电极

脑电电极

19医用康复器械-02运动康复训练器械、05关节训练设备

肢体运动康复仪、肢体功能康复评定与训练系统

21医用软件-03数据处理软件-02生理信号处理软件

脑电分析处理和/或传输

资料来源:观研天下整理

而且在功能方面,当前国内大部分落地的脑机接口产品属于服务运动功能,并以消费医疗为主,但实际上临床对脑机接口的期待是运用至精神类疾病领域。不过,由于病因理论尚不成熟,精确靶点难以确定等因素影响,医疗领域尚未实现。

6海外脑机接口加速落地,出海是否能成为国产企业破局之路?

不过,国内脑机接口行业发展阻碍众多,倒不如把眼光放入海外市场,或许有可能得到新的突破口。具体来看:第一,从脑机接口研究类型来看,海外脑机接口研究主要可分为干预性和观察性两种(干预性即通过脑机接口技术,改善患者受损功能,起到治疗的效果,进而提高患者的生活质量,观察性是指观察特定疾病患者在受脑机接口技术影响后,会发生哪些改变,其主要目的为推动后续疾病诊疗,扩展脑机接口应用),其中干预性研究占到超过80%。从适应症来看,海外脑机接口科研人员对中风、肌萎缩侧索硬化症、脊髓损伤等神经系统疾病颇为关注,这一点也与国内脑机接口研究呈互补之势。

干预性和观察性脑机接口适应症及研究数量、内容

研究类型

适应症

数量

内容

干预性

中风

38

改善运动功能和语言沟通方面

四肢瘫痪

12

帮助运动障碍患者恢复-定的自主性和生活质量

脊髓损伤

11

恢复脊髓损伤患者运动功能

偏瘫

6

改善中风后遗症患者的运动功能

闭锁综合征

5

治疗运动和沟通障碍以及在健康人群中进行基础研究,用于多样化应用

四肢麻痹

4

进一步证明脑机接口技术对辅助运动功能严重受损患者的重要性

运动障碍

4

进一步证明脑机接口技术对辅助运动功能严重受损患者的重要性

观察性

肌萎缩侧索硬化症

3

观察疾病自然进程、长期影响及患者管理

中风

3

观察疾病自然进程、长期影响及患者管理

创伤性脑损伤

2

关注疾病的长期影响和康复过程

脑瘫

1

观察在特定疾病或状态下的应用

脑干中风

1

观察在特定疾病或状态下的应用

语言障碍

1

观察在特定疾病或状态下的应用

资料来源:观研天下整理

第二,在技术方面,越来越多海外企业逐渐尝试侵入式脑机接口。以美国为例,Synchron、Paradromics、Precision、Blackrock等企业采用侵入式技术,并且凭借着美国临床审批等政策利好,相关产品相继落地。

那么面对国内脑机接口落地的不确定,出海是否能成为破局之路?脑机接口更多的是“出海”进行临床试验与注册,如南京医科大学附属医院及天坛医院等都有项目正在海外进行注册临床试验,甚至科研团队选择与海外机构进行合作研究。

国产脑机接口出海的优势

<strong>国产脑机接口</strong><strong>出海的优势</strong>

资料来源:观研天下整理

整体来看,目前,脑机接口行业尚未出现技术雄厚、产品大面积应用等企业,所以对脑机接口的开发是一个长期且需要持续努力的过程。未来,随着科技快速发展和研究不断深入,相信脑机接口行业商业化前景将逐渐愈发明朗。(WYD)

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