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年度大盘点之脑机接口

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2024-02-05

作者：中关村产业研究院｜公共研究中心樊浩

进入2023年以来，脑机接口行业加速发展，取得了一系列令人瞩目的突破与进展，不仅2023年被称为产业化发展“元年”，而且脑机接口更是被评为2023年“十大科技名词”之一。作为长期关注前沿产业的智库机构，中关村产业研究院对脑机接口领域内2023年度发生的事件进行了盘点：一方面总结了2023年脑机接口产业的总体发展情况；另外一方面也梳理出了该年度值得重点关注的事项，包括重点产业化进展、关键技术进展等。在观察梳理的基础上，本文对脑机接口的未来发展提出了一些观点，旨在增加读者对脑机接口的了解并促进行业的发展。

一、脑机接口2023年总体发展情况

总体来说，2023年脑机接口领域的发展可总结为以下方面:一是前沿技术创新更加活跃。2023年脑机接口在电极、算法、芯片等方面都取得了重要突破，不仅提高了脑机接口的准确性和稳定性，还使得脑机接口应用的范围更广泛。二是政策更加积极推动脑机接口产业发展。2023年我国工信部及多个地方省市将脑机接口纳入未来产业代表之一，密集出台政策，包括实施方案、行动计划、标准化工作等，为脑机接口指明发展重点和发展方向。三是产业化进程提速。2023年非侵入式脑机接口有多个产品获得器械注册证书及侵入式脑机接口进入临床实验，标志着脑机接口产业化进程的提速。

二、2023脑机接口大事记

（一）值得关注的实验及产品进展

1. 实验进展

2023年1月9日，知名脑机接口公司Synchron公布了针对四名重症患者植入脑机接口的随访结果。在植入设备的12个月内，患者可以通过意念来控制计算机设备来完成发短信、电子邮件和在线购物等事项，并且未发生凝块或迁移等不良事件，表明该实验是安全有效的，为该技术设备的下一步发展提供了支撑依据。

2023年5月4日，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。该试验在猴脑内实现了介入式脑机接口脑控机械臂，完成物体抓取和放置等主动控制操作，促进了脑机接口从实验室前瞻性研究向临床应用迈进，对推动脑科学领域研究具有重要意义，标志着我国脑机接口技术跻身国际领先行列。

2023年5月25日，马斯克旗下的脑机接口公司Neuralink获得美国食品药品监督管理局的批准，将开始首次大脑植入物人体临床研究。

2023年5月26日，瑞士联邦理工学院在Nature发布文章，使用脑-脊髓接口（BSI）成功帮助一名下半身瘫痪了10多年的男子重新连接了大脑和脊髓，使得患者可以平稳走路以及爬楼梯。

2023年6月8日，脑机接口公司Precision Neuroscience完成其神经植入系统Layer 7 Cortical Interface System的首次人体临床试验。Layer 7 Cortical Interface System含有1024个微型电极，覆盖1平方厘米的面积，厚度仅为人类头发的五分之一。

2023年9月19日，Neuralink正式招募临床试验患者进行大脑植入物的人体试验。实验对象为颈脊髓损伤或肌萎缩侧索硬化症患者，期限为6年，计划植入人数超过100例。

2. 产品进展

2023年3月8日，康复机器人公司司羿智能研发的“脑机接口康复训练与评估系统”获得国家药监局二类医疗器械注册证。该产品基于运动想象原理，通过脑机接口识别并解读患者的脑电信号，控制软体手功能康复机器人辅助患者进行康复训练，可激发患者主动运动意识，实现“感知-控制”双向闭环神经刺激，重塑患者的神经通路。同时该产业是国内首款也是目前唯一一款拥有医疗器械注册证的脑机接口手功能康复机器人产品，斩获红点、iF两大全球设计大奖。

2023年3月8日，澳大利亚脑电采集设备商Compumedics的便携式脑电图放大器OKTI^®系统获美国FDA批准上市。OKTI^®系统是世界上第一款高密度动态脑电图放大器，具有4K采样率和128通道，可用于常规和长期脑电图癫痫监测。

2023年5月5日，爱尔兰生物科技公司Cumulus Neuroscience旗下的干电极脑电头戴设备获得了FDA认证。该设备可以让患者在家中远程获取、显示和存储EEG数据，为精准中枢神经系统药物研发计划提供了便利。

2023年10月20日，燧世（天津）智能科技有限公司研发的脑机智能人工神经信息系统获得国家二类医疗器械注册证。该系统可实现脑电的高性能信号采集和数据处理，标志着国产高性能脑机交互装备在医疗领域的应用进入加速落地阶段。

2023年12月18日，柔性脑机接口公司脑虎科技自主研发的数字脑电图机获得国家二类医疗器械注册证。该设备配备8个放大器接口，每个接口可处理256通道信号，采样率高达30kHz，不仅能够监测SEEG和ECoG信号活动，还可用于药物难治性癫痫的术前有创性检查和术中定位。

（二）值得关注的技术进展

2023年1月15日，中国科学院长春应用化学研究所研发出新型植入式水凝胶电极，将这种水凝胶电极植入大鼠脑部不同区域，可实现对大鼠脑信号连续2个月实时跟踪监测，获得大鼠清醒、睡眠、疼痛等状态下脑信号信息，初步实现了大鼠脑信号与生理状态的关联分析。

2023年2月24日，瑞典林雪平大学、隆德大学和哥德堡大学研究人员利用人体分子作为触发器，首次成功地在活体组织中培育出电极。该电极在注射前是不导电的，通过与身体物质的接触会改变凝胶的结构并使其具有导电性。根据组织的不同，还可调整凝胶的成分更改导电过程。

2023年3月28日，日本株式会社村田制作所研发出一种非侵入式电极，通过利用具有层状结构的二维过渡金属碳或/和氮化物给电极镀薄膜，薄膜中的金属阳离子使得电荷转移现象易于发生，从而使电极具有较低表面阻抗和良好导电率。

2023年4月3日，浙江大学台州研究院研发构筑了一种新型的纳米粘土增强水凝胶湿电极。该电极通过结合纳米粘土能同时增强力学性能和自粘附性，可以与人体皮肤实现紧密结合，从而实现稳定的皮肤-电极阻抗，有效地抵抗运动干扰，以实现高灵敏度和长期稳定的电生理信号采集。此外，水凝胶中的甘油可以降低失水率，以提高电极的稳定性。

2023年6月1日，美国莱斯大学开发一种微创、超柔韧的纳米电极。该电极能够形成稳定、持久和无缝的组织界面，与来自传统皮质内电极的刺激相比，这些设备传递的电脉冲与神经元信号模式和振幅更接近。此外该电极还具有高生物相容性和精确时空刺激控制，可促进开发新的大脑刺激疗法。

2023年8月25日，中国科学院自动化研究所徐波教授及其合作者研发出一种基于神经调制依赖可塑性的新型类脑学习方法，可有效解决目前人工神经网络中普遍存在的灾难性遗忘问题，有望进一步引导新型类脑芯片的设计。该方法基于大脑复杂神经调节通路的结构，以期望矩阵编码的形式建立神经调节通路的数学模型，接收到刺激信号后，产生不同强度的多巴胺监督信号，进一步影响局部突触和神经元的可塑性。

2023年9月24日，深圳大学医学部生物医学工程学院梁臻老师课题组提出一种实用的基于原型特征学习和配对学习的迁移学习框架，称为PR-PL。PR-PL首先通过学习具有泛化性的EEG原型特征来表征不同情绪，并将情绪多分类问题转化为配对学习进行训练，以提高模型对噪声标签的容忍度，然后基于对齐的特征表示，引入自适应配对学习方法编码样本之间的相似关系，并减轻标签噪声对建模的影响。为测试该模型的性能，研究者在两个公开情感数据库进行了四种不同的方法进行交叉验证，结果表明PR-PL在所有四种交叉验证范式中均取得了优越的结果。

2023年10月27日，脑机海河实验室、中国电子信息产业集团联合研发的新一代8通道脑电采集国产芯片在津研发成功。该芯片拥有完全自主知识产权，其模拟数字转换器动态范围提升至125分贝以上，放大器低噪声技术将输入等效噪声减小至0.8微伏（峰峰值）以下，低功耗设计技术将单通道功耗减小至4毫瓦以下，且在信噪比、功耗、输入阻抗等核心指标方面具有显著优势。

2023年10月27日，之江实验室公布一种微型化脑电信号放大器专利，该专利能减小输入电容，进而减小芯片面积。

三、关于脑机接口的一些观点

脑机接口的研究领域扩展至以抑郁症等精神类疾病诊疗为代表的情绪型脑机接口。脑机接口的过往研究主要集中在运动控制和言语沟通康复方面，帮助患者通过意念控制肢体或发声，目前已经取得了显著进展。随着对大脑功能和情绪机制的深入了解，情绪型脑机接口成为该领域的重要研究方向。情绪型脑机接口可以通过脑电信号等生理指标来准确判断患者的情绪状态，起到情绪识别和情绪调节作用，从而具有重要的临床价值。目前情绪型脑机接口技术目前仍处于研究阶段，未来有望成为情绪障碍治疗领域的重要工具。

柔性电极是脑机接口发展的必然趋势，此外植入式电极的长期稳定性仍然是重要难题。柔性电极是近年来研究的热点，因其能更好地适应大脑的形状和运动，减少对脑组织的损伤。目前柔性电极在性能和可靠性方面有了显著的提升，但是如何保证电极的长期稳定性是技术发展的关键难题。炎症反应、免疫反应和机械应力会严重影响电极的寿命。

各国的脑机接口出口管制会越来越严格。脑机接口在军事情报、安全等领域的应用潜力，引发了各国政府和监管机构对出口管制的关注。目前美国已经把脑机接口列为出口管控技术，未来随着技术的进步和应用领域的扩大，不同国家脑机接口的出口管制可能会变得更加严格。