脑机接口行业深度研究报告
时间:2022-6-27 16:44       作者:洪恩标牌工艺厂       阅读:5327       频道:元宇宙专题VR分析前沿科技报告


作者 | 智银资本

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一、脑机接口行业概况

1.1.脑机接口定义及分类

脑机接口的英文为brain computer interface(BCI)或者brain—machine interface (BMI),指在人或动物脑(或者脑细胞的培养物)与外部设备间建立的直接连接通路。

该技术从采集到的脑信号中提取特征,转换成控制信号去控制外部设备,以研究、替换、改善、恢复、增强和补充病人丧失的某些功能,又把结果反馈给作为使用者的病人。在单向脑机接口的情况下,计算机不能同时发送和接收信号,而双向脑机接口允许脑和外部设备间的双向信息交换。一般认为脑机接口须满足4个条件:其工作依靠对脑活动的直接测量;结果反馈给使用者;实时运作;依赖于有意识的控制。

图表1:脑机接口的基本组成框图



数据来源:www.engineering.com,智银医药资料库

图表2:脑机接口简易分类汇总



数据来源:脑机接口技术的应用、产业转化和商业价值 ,知网,智银医药资料库

1.2.脑机接口发展历程

早在1929年,Hans Berger就实现对人脑神经电信号的无创记录。这被广泛认为是脑机接口的神经生理学发端。至此,一门交叉学科逐步踏上发展壮大的历程:

(1)学术探索阶段:20世纪30年代,脑机接口开始走入人们的视线。当时,Hans Berger首先发明能够用来记录脑信号的仪器,1969年,Jacques Vida第一次使用脑机接口这一名词。1973年,Vidal博士通过对大脑和计算机之间通讯的研究,开启脑机接口研究时代。

(2)科学论证阶段:1969年,研究员埃伯哈德·费兹设计游戏,让猴子通过特定思考来触发仪表盘的指针转动,从而获得游戏奖励,此后科学家尝试通过解码大脑电信号准确方便地控制外部设备,脑机接口迈入科学论证阶段。

(3)商业化落地阶段:随着科技设备逐步成熟,脑机接口应用逐步多元。2004年,BrainGate实现侵入式治疗瘫痪病人,之后BrainCo、NeuraLink等公司也发布商业化产品。此外,Facebook也在2022年收购CTRL-Labs进入脑机接口领域,我们预计前沿有望与Oculus 虚拟现实VR结合,优化用户体验。而在国内清华于2022年实现协助渐冻人意念打字。越来越多的曾经反复幻想的场景正在逐渐实现。

图表3:脑机接口发展重大事件



数据来源:中国信通院,智银医药资料库

1.3.脑机接口技术路径

脑机接口是一个闭环的神经信息通信和控制系统。实现神经信息通信和控制的闭环离不开 4 个步骤:信号采集、信号报告解码成指令、将指令编码成行为、实时反馈回大脑。

脑机接口(BCI)技术路径分为侵入式与非侵入式两种。最初的概念早在上个世纪70年代就已提出。

图表4:脑机接口技术路径分类



数据来源:ResearchGate,KenResearch、智银医药资料库

侵入式脑机接口,是将收集颅内神经信号的电极等传感设备植入到大脑皮层中,或者贴合到大脑硬膜上。以这种方式不仅可以大大提高神经信号的信噪比,而且还可获得细胞水平的空间分辨率和微秒级别的时间分辨率,在直接性和精确性方面的优势非常明显,但安全风险性较大。这方面的研究工作也开展得比较早、比较多。例如,1999年美国杜克大学的 Miguel Nicolelis 团队就已在猴子的大脑中植入电极,可据此控制光标的运动。又如Utah Array的侵入式BCI技术,已可植入256个电极。事实上,早在1964年,就有人工耳蜗,2008年也有人工视网膜。这些都是早已商业化并已造福于人类的侵入式脑机接口设备。

然而侵入式脑机接口目前还只作用在局部大脑皮层,在相近地区植入太多的电极或采集更精准的信号带来的边际效应是递减的。更可行的办法是采集多个区域的信号,但带来的问题是大脑被暴露在更多的风险中,这是一个两难的选择。

非侵入式的脑机接口技术是目前最常采用的脑信号采集路径,也是在商业化探索中更有望率先落地的技术路径。虽然采集的信号强度远远弱于侵入式脑机接口方案,信噪比低,时空分辨率更模糊,但因为这种方案不会对脑组织造成创口伤害,因此在普惠式应用方面更有潜力。非侵入式脑机接口当下的研究重点,一方面在于信号监测和报告设备及算法的改进,另一方面在于与多种潜在应用场景深度结合,探索应用潜力。

非侵入式的脑机接口技术包括脑电波(EEG)信号采集设备和f混合现实MRI(功能性磁共振成像),前者时间分辨率高,后者空间分辨率较高,但设备昂贵。

图表5:不同脑机接口信号采集路径的时空分辨率对比



数据来源:龚怡宏等,认知科学与脑机接口概率,西南电子科技大学出版社,2022、智银医药资料库

空间分辨率低但成本较便宜的EEG脑电设备,主要由电极帽和脑电信号采集与放大器组成,早已商业化,2004年就已应用于屏幕光标上下左右的意念控制,2010年清华大学也利用SSVEP(稳态视觉诱发电位),实现仿人机器人的意念控制,其中也采用远距离无线传输技术。目前EEG设备也应用于通过脑电信号拨打电话、操纵游戏、操纵机械臂、意念控制无人机、无人车和助老助残等。这方面比较成熟落地的方法包括ERP(如P300)、SSVEP和运动想象等。

1.4.脑机接口产业链报告

产业化的落地,需要产业链的全方位协同支持——以专注于自主研发脑电采集设备、脑机接口专用芯片、脑电数据算法等上游厂商为产业构建核心基础。

以专注于脑电采集平台搭建、用户需求挖掘、科研机构、医疗机构,以及国家政策等中游厂商、机构为产业发展提供中坚力量。

以医疗单位、科研单位、教育产品、电子娱乐消费产品等下游厂商为产业最终落地服务于终端用户。

而当下因受到技术、伦理、产业链发展尚不成熟等限制,国内的脑机接口产业仍以科研院所为主,以及有限的设备产商参与其中。在产业方面,均以脑机接口技术中的脑电采集系统设备的研发生产为主,且进口厂商的脑电采集系统设备在整个市场占有垄断性地位。

图表6:脑机接口产业链



数据来源:量子位,智银医药资料库

1.4.1.上游

脑机接口行业的上游主要为提供脑电采集设备、BCI芯片、脑电数据算法等基础设施的企业,这类公司由于较早进入脑机接口领域,且自身研发实力较强,所以选择从电极材料、芯片、软件算法等技术含量较高的底层开始全栈自研,从而形成壁垒及核心优势。这类公司投资回收周期长至10年以上,并且需要神经科学在内的诸多学科及领域的人才,因此,资本和人才的门槛极高,护城河也极深。这类公司的关键竞争力在于底层自研的技术能力。

图表7:国内外脑机接口主要芯片厂商

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数据来源:公开资料整理,企查查,智银全球生物医药项目库

由于国内脑机接口行业规模还很小,行业参与者更多地想用合作、开放而非竞争,解决行业目前首要的生存问题。

目前行业的一大生存难题在于产业链发展不够完善 ,缺乏专有供应商。芯片领域可以视为我国脑机接口产业链中最为薄弱的环节,受制于德州电气(信号处理芯片TI AD1299)、意法半导体(程序控制单片机STM32)等国外厂商。

前沿脑机接口公司在抢夺细分市场 、关键技术能力上,可能会出现明显竞争。在科研用脑电采集设备和睡眠检测两大重点细分市场中,TOP公司的市场占有率都超过70%。同时,在各公司的前沿规划中,材料科学、微电子、芯片已成为共同的技术焦点。在率先完成领头布局,争夺完核心技术人才后,脑机接口领头公司的垄断效应可能会进一步增强。

1.4.2.中游

脑机接口的中游主要为专注于脑电采集平台搭建、用户需求挖掘、科研机构、医疗机构,以及国家政策等厂商、机构,是产业发展的中坚力量。这类企业直接对外售卖产品,是最易产生行业影响力的角色。但由于只能基于设备产品的检测输出结果进行二次开发,这类公司无法决定产品的性能、功能、价格等,在发展的自由度上相对受限。主要品牌、产品和应用领域如下图所示:

图表 8:脑机接口中游产业与产品

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数据来源:公开资料整理,企查查,智银全球生物医药项目库

BrainGate

成立于2001年,致力于研发针对中风、渐冻症等疾病的脑机接口设备,使瘫痪的病人可以交流、移动,也是脑机接口领域著名的公司之一。

早在2008年,BrainGate就曾实现通过收集神经活动对机械臂的控制。BrainGate的96个电极基本上记录与思维命令相关的神经活动,然后外部计算机将这些神经信号转换为机器人手臂的命令,然后机器人手臂进行动作。最近一代的BrainGate2将大脑控制“行为”延伸至病患瘫痪部位本身。

研发团队包括神经科学、临床医学、工程学、计算机科学等领域的专家。与BrainGate合作的单位包括布朗大学、斯坦福大学、马萨诸塞总医院、美国退伍军人事务协会等。研究领域包括:辅助沟通、机芯修复、神经、神经技术、神经治疗学、言语恢复。

图表9:研究领域概况

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数据来源:Braingate官网,智银全球生物医药项目库

2022年,BrainGate 公司展示全新的 “无线脑机接口”(BWD)系统,这项技术没有传统脑机接口繁冗的电缆束缚,并且能够以 “全宽带保真度” 和 “单神经元分辨率” 来传输大脑信号。换言之,它能够实现高带宽、高精度的无线信号传输。它由两部分构成,一部分是位于大脑皮质内的电极阵列,另一部分是位于体外的无线发射器。无线发射器固定在使用者的头部,与大脑运动皮层内的电极阵列相连。其中,无线发射器是一个 5cm 大小、43g 重的小型装置,代替传统脑机接口用于传输来自大脑内部传感器信号的电缆。

图表10:无线脑机接口使用图

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数据来源:Braingate官网,智银全球生物医药项目库

这套被称为 BWD 的无线脑机接口系统是由布朗在布朗工程学院教授 Arto Nurmikko 实验室首次开发的,能够在极小的功耗下传输高保真信号。试验数据表明,两个设备同时开启从 200 个电极上以每秒 48 兆位的速度记录神经信号,续航时间超过 36 小时。拥有功耗低、待机长的优点,前沿无线脑机接口设备有望取代有线。

1.4.3.下游

脑机接口行业的下游以医疗、教育、游戏、智能家居、军事等应用领域为主。

(1)医疗领域:对于医学健康诊疗应用方向,因脑机接口技术在临床诊断评估、康复调节治疗等领域有着成熟的应用方案与发展前景,所以医疗健康领域是脑机接口技术目前最直接、最主要的应用领域,其也是目前商业化程度最高、最被各界看好的脑机接口产业化落地场景之一。

图表 11:脑机接口下游应用场景——医疗健康

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 数据来源:脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书(2022)整理、智银医药资料库

(2)教育领域:人的大脑活动所产生的电信号会在人的大脑皮层叠加出不同的脑电信号,一般认为不同的脑电信号频率对应着不同的人脑状态。针对这项特点科学家们提出使用脑电信号来监测儿童的脑活动状态,以此来观测儿童在执行任务、学习知识等动作时的脑部活动。

代表公司——BrainCo公司针对教育产业开发“Focus”系列头环,可以实现对人的注意力监测。

(3)游戏领域:开发商将BCI技术应用于游戏软件的开发中,他们开发出通过大脑的脑电波来控制意念的小游戏,例如在头戴式虚拟现实VR设备上安装脑机接口,与传感器的输入一起为用户提供更好的游戏体验。

代表公司——维尔福集团 Valve,1996 年成立于华盛顿州西雅图市,是一家专门开发电子游戏的公司,代表作品有半条命, 反恐精英,求生之路,刀塔 2,军团要塞等其一直在与 OpenBCI 进行合作。OpenBCI 在 2022 年 11 月发布一款名为 Galea 的头显设计,其可以用于 Valve Index 等头显设备。

(4)消费电子领域:随着社会的发展进步,BCI技术也为广大电子爱好者带来福音。机器人、无人机、虚拟现实VR等消费电子产品可将脑机接口、特别是非侵入式脑机接口作为新的人机交互界面。谷歌公司开发的智能头显开创全新的电子市场。

代表公司——晒帝智能科技有限公司,该公司联合实验室暨华南理工大学彭华明教授及其团队共同交流探讨智能家居趋势及新设备研发规划。

(5)军事领域:从信息提取功能上来看,脑机接口可以实现士兵与军事设备之间的高效、安全的通信。2008年,美国斥资400万美元来研发用脑电波进行信息交流技术,使一个战士的意识通过脑电波传给另一位战士,而不用进行语言交流。从其衍生功能的角度上来看,脑机接口对操控无人战机、无人战车直至实现无人战场都有着非凡的意义。在2013年3月,英国研究人员就开发第一种用于控制飞船模拟器的脑机接口装置,戴在头上后便可通过意念控制飞船飞行。脑机技术可在众多武器设备中投入使用,极大程度上提高武器的打击性能,引领武器设备的一场革命。

代表公司——halo 公司,该设备将弱电脉冲发送到消费者的大脑中,以提高身体训练的效率。该产品基于神经反应的理念,即在运动之前使用电刺激,增加大脑中的可塑性。公司表示,当与身体训练配对时,设备将增加强度、耐力和肌肉记忆力。

1.5.中国脑计划中的脑机接口研究规划

脑机接口技术所带动的是一个全新的行业,而对于一个新兴行业,我们需要建立建全脑机接口产业相关的伦理、法规制度作为行业发展基本规范保障,从而形成脑机接口产业全生态可持续健康发展。我国非常重视脑科学与类脑研究,并将其上升为国家战略。中国脑计划——脑科学与类脑科学研究(Brain Science and Brain-Like Intelligence Technology)自2022年启动,中国“脑计划”分两个方向:以探索大脑秘密并攻克大脑疾病为导向的脑科学研究和以建立并发展人工智能技术为导向的类脑研究。2022年四部委联合印发《“十三五”国家基础研究专项规划》明确提出脑与认知、脑机智能、脑的健康三个核心问题。目前的布局可用“一体两翼”来概括,即以研究脑认知的神经原理为“主体”,其中又以绘制脑功能联结图谱为重点,而研发脑重大疾病诊治新手段和脑机智能新技术为“两翼”。作为“一体两翼”布局的其中“一翼”,脑机智能的关键技术研发和产业发展备受重视。

图表12:中国脑计划框架图

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数据来源:前瞻产业研究院,智银医药资料库

脑机接口技术是脑与机智能的桥梁和融合的核心技术,也可能是脑重大疾病诊治的新手段(如深部脑刺激等),还可作为研究大脑的一种工具。

在十四五规划和2035年远景目标纲要中,人工智能和脑科学为国家战略科技力量,规划中进一步指出需要加强原创性和引领性科技攻关,集中优势资源攻关科技前沿领域。其中类脑计算和脑机融合技术研发是重要领域之一,而脑机接口技术是脑机智能融合技术的关键之一。脑机智能融合系统可广泛应用于神经康复,包括认知监测和神经调控等方面,其也广泛应用于动物机器人等生物智能领域。



二、全球脑机接口行业市场情况

2.1.全球脑机接口市场规模

根据Grand View Research统计数据显示,2022年全球脑机接口的市场规模达到15.2亿美元,预计在预测期间内以17.16%的复合年增长率(CAGR)成长。

脑机接口(BIC)市场的主要驱动因素包括神经假体疾病的患病率增加,全球老年人口基数的增加以及促进瘫痪患者沟通和移动的快速技术发展。此外,该技术在虚拟游戏,家庭控制系统和军事通信中的使用增强市场的适用性,推动其增长。COVID-19大流行严重影响市场。全球脑机接口市场报告,在大流行期间对其供应链产生影响。这是因为他们的大多数材料都是单一来源的,需要很长的资格认证期。

图表13:2022-2030全球脑机接口市场规模预测

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数据来源:Grand View Research,智银医药资料库

2010年后,由于脑机接口技术成熟度提升,产品和服务广泛被市场接受,不断有新公司进入该领域,全球脑机接口企业的年新增数量从2001年的3家,逐步发展成2022年的12家。随着脑机接口企业增长加速,加入者不断增多,产业迈入蓬勃发展阶段。

图表14:2001-2022年历年新增脑机接口企业

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数据来源:智银医药资料库

2.2.全球脑机接口市场规模分布

从脑机接口市场规模分布来看,为更好地对全球脑机接口市场规模进行结构性报告,下文将全球脑机接口市场分别按照产品、应用、区域三个维度进行划分:

(1)产品:在产品的基础上,市场可以分为侵入性,部分侵入性和非侵入性BCI。2022年,全球非侵入式脑机接口占脑机接口市场规模的86%(在美国,更是非侵入式主导,占据95%),侵入式+部分侵入式脑机接口占14%。

图表15:2022年全球脑机接口市场规模分布

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数据来源:智银医药资料库

脑机接口全球top10的企业中7家在美国,其余企业分布在欧洲和加拿大。只有NeuraLink、Kernel和BrainGate三家企业专注于侵入式脑机接口的研究,其余七家全部是非侵入式的研究。

图表16:top10最受关注脑机接口公司

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资料来源:36Kr,智银全球生物医药项目库

(2)应用:根据应用,市场已细分为医疗保健,智能家居控制,通信控制,娱乐游戏等。

图表17:脑机接口各应用发展及市场规模

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 数据来源:BNCI Horizon 2022,智银医药资料库

在最终用途的基础上,全球市场已进一步细分为医疗,军事和其他领域。医疗最终用途细分市场在2022年主导市场,由于其在援助残疾患者方面的应用,其占全球收入的最大份额超过45.5%。BCI技术有助于患有帕金森病,癫痫,瘫痪和阿尔茨海默氏症等疾病的患者独立进行活动,例如手术轮椅,假肢和各种其他仪器。军事应用占比为20%,主因美国国防部高级研究计划局(D增强现实ARPA)对脑机接口投入较大,并且该技术已经被美国军方用来训练士兵的认知和决策能力。

图表18:2022年全球脑机接口市场规模分布

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 数据来源:Grand View Research、智银医药资料库

(3)区域:北美在2022年占最大的收入份额,超过40.00%,这主要是由于该地区的高研发投资和大量针对大脑设备进行的临床试验。此外,美国老龄化问题导致癫痫,瘫痪和阿尔茨海默氏症,脑损伤等脑疾病的患病率较高,根据美国阿尔兹海默症协会发布的报告称,阿尔兹海默症患者占美国老年人群体的1/9,超过600万人,到2050年预计达到1300万,新冠疫情致使美国阿尔兹海默症和痴呆症患者死亡人数上升16%。该地区神经退行性疾病的发病率上升预计将推动市场增长。

图表19:美国人口老龄化情况 



数据来源;美国人口普查局、智银医药资料库

亚太地区的市场预计将在前沿表现出最快的复合年增长率。医疗保健支出的增加以及患者意识的提高都将推动亚太地区对脑机接口技术的需求。亚太地区的制造场地成本较低,并且拥有优惠的税收政策,这吸引外国参与者投资利润丰厚的脑机接口市场,同时密集的研发导致许多创新产品的推出。例如,2022年5月,Compumedics与中国的Health 100合作,来改进其在睡眠技术中的产品组合。2022年3月,Integra获得日本DuraGen Dural再生矩阵的批准,这有助于公司的区域扩张。

2.3.脑机接口市场增长的驱动因素

2.3.1.全球各类心理疾病病发病率驱动

由于日渐严峻的全球经济局势和长期困扰人类的新冠病毒影响,根据澳大利亚昆士兰大学在医学杂志《柳叶刀》上发表的一项研究表明,新冠疫情导致世界各地的重度抑郁症和焦虑症激增。

研究显示,如果没有COVID-19,模型估计表明,2022年全球将有1.93亿例重度抑郁症病例(每10万人2471例)。然而,实际报告显示有2.46亿例(每10万人3153例),增加了28%。新增病例中超过3500万是女性,男性接近1800万。

如果没有COVID-19,模型估计表明,2022年全球将有2.98亿例焦虑症(每10万人3825例)。实际报告显示,2022年有3.74亿例(每10万人4802例),增加了26%。新增病例中有近5200万为女性,男性约为2400万。

图表20:2022年全球重度抑郁症(A)和焦虑症(B)患病情况

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数据来源:柳叶刀,智银医药资源库

受疫情打击最严重的国家患病率上升幅度最大。

作为全球中枢神经领域最常见的疾病之一,全球抑郁症的病患人数已超过 3 亿人。该疾病是全球各地的首要致残原因,也是导致全球疾病负担的一个重大因素。据 IQIVA 数据显示:2022 年,抗抑郁药在美国的市场规模已达到 47.4 亿美元,从 2022 年至 2022 年以 7.3%的年复合增长率上升。

相较国内市场,根据 2022 年中国科学院心理研究所发布2022 版“心理健康蓝皮书”——《中国国民心理健康发展报告(2022-2022)》显示,2022 年,青少年抑郁检出率为 24.6%。其中,轻度抑郁检出率为 17.2%,高出 2009 年 0.4 个百分点;重度抑郁与 2009 年保持一致。因此,全球运用脑机接口对心理疾病进行诊断、干预和治疗是市场扩大的增长因素。

图表21:2009年和2022年青少年抑郁患病率

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 数据来源:中国国民心理健康(2022-2022)、智银医药资料库

随着抑郁症问题愈发严重以及愈来愈受到关注,我国抗抑郁药市场也迎来增长。根据米内网数据显示,2022年,我国公立医疗机构终端抗抑郁化药销售额达到90.3亿元,较2022年增长超10%,2022年销售在88亿元左右。

图表22:我国公立医疗机构终端抗抑郁化药销售额

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数据来源:前瞻产业研究院,智银医药资料库

2.3.2.全球技术研发驱动应用场景多样

全球通过脑科学研究解决各类应用场景的需求正处于喷井期。根据刘洁等对类脑智能研究热点及趋势的研究发现,BCI 论文产出在 2022-2022 年间持续增长,共发文 6351 篇。其中,2022 年之前增长较为缓慢,2022-2022 年、2022-2022 年连续出现较大的增长,增幅达到 35.46%和 28.95%。

图表23 :2010-2022 年全球类脑智能研究

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数据来源:刘洁,吴慧.类脑智能研究热点及趋势(2022)、智银医药资源库

2.4.全球脑机接口行业投融资VC融资现状

脑机接口技术整体成熟度低,还处在市场培养阶段,商业模式不清晰,研发成本高,周期长,短期内难以盈利,大高额的研发投入让大多数公司处于早期的融资VC融资阶段。

广阔的商业化前景引起资本的关注,脑机接口相关的融资VC融资事件时有发生。从脑机接口企业投融资VC融资情况来看,2022年是分水岭,之前的市场投融资VC融资活动活跃度较低,2022年后投融资VC融资交易进入活跃期。

2022至2022年,全球投融资VC融资交易量年均18.2起,年均投资额1.94亿美元,比2022年之前增长明显。

图表24:2008-2022年脑机接口公司投融资VC融资交易年均次数和金额

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数据来源:中国信息通信研究院官网,智银医药资料库

2008至2022年间,美国脑机接口企业获投总额占全球84.8%。全球脑机接口公司获投金额最多的十家中有九家来自美国。瑞士以8.64%处第二位,中国为2.63%位居第三。日本、以色列、韩国、比利时等也有少量初创企业获得投资。美国新创企业是目前的重点投资对象。

图表25:全球脑机接口投资占比

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数据来源:智银医药资料库



三、国内脑机接口行业市场情况

3.1.国内脑机接口市场规模

由量子位智库统计并预测,截止 2022 年,我国脑机接口应用场景近十亿元,其中,应用于消费医疗场景的市场占比约 80%,剩余市场由各科研单位构成。量子位预计于2040年脑机接口上游相关探针、芯片等软设备系统设备市场规模达560 亿,年化复合增长率达 21%,其中应用于消费领域的市场规模增长约 50 倍。

图表26:中国脑机接口上游市场规模

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数据来源:量子位智库,智银医药资料库

图表27:2040年我国上游市场规模预测

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数据来源:量子位智库,智银医药资料库

中国脑机接口市场规模正持续快速增长。目前中国的脑机接口市场规模在十亿元,还不到全球市场规模的十分之一。量子位预计2040年综合市场规模更会达到千亿元,年均复合增长率在26%。其中,科研级综合市场规模15亿元,占1.2%;消费级综合市场规模1245亿元,占98.8%,其中高级人机交互830亿元,占66.9%,日常评估保健415亿元,占33.4%。随着预计中国脑机接口市场不仅增长速度将领先全球,而且在全球市场中的比重也会明显上升。

图表28:中国脑机接口综合市场规模

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数据来源:量子位智库,智银医药资料库

图表29:国内脑机接口市场规模预测

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数据来源:量子位智库,智银医药资料库

3.2.国内脑机接口企业融资VC融资情况

随着开放生态和基础设施的逐渐形成,也会有越来越多以市场需求为导向的应用类脑机接口公司出现。在率先完成领头布局,争夺完核心技术人才后,脑机接口领头公司的垄断效应可能会进一步增强。部分规模较大的公司还会针对高潜力新场景连接其它行业合作伙伴,一起进行产品定制,抢占新赛道。截止到2022年年底,中国累计有16家BCI企业获得融资VC融资,单次融资VC融资最高达到5亿人民币,部分企业已获得多次融资VC融资。从获得融资VC融资企业的主要业务看,大部分企业的产品聚焦在非侵入式BCI,包括可穿戴的BCI设备、脑疾病的影像诊断、脑认知康复等。但也有企业尝试在侵入式BCI领域布局,如Neura Matrix(宁矩科技)主要以侵入式BCI软设备产品研发为主。

2022年伊始,中国脑机接口迎来第一起融资VC融资,脑虎科技NeuroXess获得盛大资本,涌铧投资,联新资本,红杉种子基金。

脑智创联的Pre-A轮融资VC融资9700万人民币,这是一个很好的开端。

图表30:2022-2022年中国脑机接口行业投融资VC融资情况

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数据来源:智研咨询,智银医药资料库

图表31:2022-2022年中国脑机接口行业投融资VC融资情况

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数据来源:智研咨询,智银全球生物医药项目库

而从国内脑机接口领域资本趋势来看,各地域间差异明显,国内医疗+脑机接口融资VC融资主要集中在江苏、广东、北京等地。江苏省是国内医疗+脑机接口领域投资最为火热的地区。

图表32:国内各地融资VC融资事件数盘点

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数据来源:动脉橙产业智库,智银医药资料库

3.3.国内企业竞争发展格局

博睿康

是一家以自主创新的“脑-机接口”技术为核心,专业从事脑-机接口系统相关设备的研发、生产、销售以及技术服务的高新技术企业,致力于为神经科学创新研究和临床神经疾病诊断、治疗与康复研究提供专业、完整的解决方案。公司核心团队成员有来自脑机接口全球Top5的清华大学神经工程实验室以及临床神经领域的医疗市场从业者。博睿康自主开发的NEUSEN W系列放大器采用无线便携式设计,具有优异的电磁兼容性能和抗运动干扰能力,同时拥有中国唯一的无线同步专利技术,可搭建各种便携式脑机接口系统。

强脑科技(BrainCo)

是一家非侵入式脑机接口技术解决方案供应商,也是首家入选哈佛大学创新实验室(Harvard Innovation Lab)的华人团队。核心团队成员大多来自于哈佛大学、麻省理工学院、中科院等全球顶尖科研院所,在脑机接口领域拥有十年以上的经验。2022年BrainCo研发一款名为BrainRobotics的智能仿生手,是世界首款深度融合人工智能算法、用肌肉神经信号控制的智能假手。这款假手拥有着10个活动关节和6个驱动自由度,可实现5根手指的独立运动和手指间的协同操作。BrainRobotics智能仿生手被美国《时代》杂志评为2022年度百大最佳发明,并评价为“开创脑机接口领域的先河”。除此之外,BrainCo旗下还有Focus专注力提升系统、Focus专注云课堂等脑机接口技术产品。

脑虎科技(NeuroXess)

依托中科院上海微系统和信息技术研究所强大等科研力量,在侵入式脑机接口领域已经完成核心技术突破以及关键器件制造。现有产品的主材料,采用的是蚕丝蛋白这一中国传统的材料,具有柔软、在体安全性高等独特的优势,目前已有产品在部分性能上超过Neuralink,已经完成动物试验,并通过相关伦理审批。成立几个月,脑虎科技已完成总数达到9700万元人民币的天使轮及Pre-A轮融资VC融资。

图表33:脑虎科技与Neuralink的比较

脑机接口行业深度研究报告 脑机接口行业深度研究报告w38.jpg

数据来源:36Kr,智银医药资料库

NeuraMatrix

是清华大学孵化企业,创始团队为国内兼具脑机接口芯片设计+生物材料+软设备业内顶级专家。两位联合创始人长期从事可植入生物材料研发和集成电路研发,专注于各类低噪声低功耗传感接口系统设计。采用的是侵入式技术,公司定位于新一代脑机接口平台开发,规划版图涵盖脑机接口芯片、系统化设备、软硬一体化平台,以及针对医疗、科研等行业的专用解决方案。公司不仅在产品信号采集精度上可以与Neuralink对标,还能做到产品系统功耗降低一个数量级,整机体积大幅减小。同时,NeuraMatrix的无线传输采用的是医用频段而非蓝牙,使得产品采集的脑电数据传输量更大,并可以“无缝对接”医疗器械。

回车科技

专注于非植入式脑机接口技术的研发及应用,研发可穿戴式智能设备,结合“情感云”计算平台,为客户提供从芯片模组到云端算法的全套解决方案。“情感云”平台可汇集合作伙伴,共同收集大量数据并优化算法,促进整个行业产品迭代。现落地产品包括“情感云”与虚拟现实VR设备、减压头环、人工智能AI等的联动。公司于2022年达到收支平衡,目前营收超过千万人民币,年增长率超过100%。



四、国科康成

4.1.公司背景

4.1.1.公司概况

国科康成成立于2022年,是中国科学院苏州生物医学工程技术研究所投资的高新技术企业,公司聚焦智能医学影像和智慧医疗健康产业,开展智能辅助诊疗解决方案和产品的研发及产业化,为医疗机构和医疗影像厂商提供3D建模设计、智能辅助诊断、手术计划导航等专科影像产品,为智慧医疗、移动医疗和健康管理等行业提供智慧医疗健康大数据管理报告产品。

截至 2022 年,国科康成现有产品中涵盖智能介入手术导航机器人系统和无创高分辨脑机接口系统两大管线。公司的康成睿医系列智能医学影像辅助诊疗产品和康成智医系列智慧医疗大数据产品已在多家医疗卫生机构、医疗器械企业、大学科研院所等销售使用。

4.1.2.项目创始人团队

戴亚康(创始人),拥有大于18年医学影像智能辅助诊疗技术研究经验,博士,中科院苏州医工所研究员、博导,医学影像技术部门副主任;美国北卡大学生物医学工程博士后;美国明尼苏达大学生物医学工程博士后;中科院医学影像处理工学博士。发表SCI论文 60 余篇,授权专利及软著共 50 余项,获中科院人才计划、江苏省333工程人才、江苏省六大人才高峰等10余项人才科技奖励。拥有中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医学影像技术研究室的百人计划研究员带领的智能医学影像辅助诊疗技术团队。

国科康成由生物医学工程、软件工程和临床医学等多学科专家组成的研发团队,包括中科院百人研究员1名、研究员1名,副研究员3名,博士8名、硕士16名在内的学历层次高、研发能力强的技术专家。

4.2.项目背景

中国正以史上最快的速度步入老龄化社会,到2027年,中国将从一个“老龄化”社会转变为一个“老龄”社会。我国老年人口呈现基数大、比例高、增长快等特点。

图表34 2022-2050中国老年人口预测



数据来源:智银医药资料库,智银资本

中国老龄化问题导致癫痫,瘫痪和阿尔茨海默氏症,脑卒中,脑损伤等脑疾病的患病率较高,重大脑疾病所造成的庞大医疗负担也越来越严重。我国每年新发脑卒中患者200 万人,是全世界最高卒中发病率的国家之一,其中,70%-80%的患者因为残疾不能独立生活。目前卒中患者早期康复率非常低,而一周内接受康复治疗的比例仅10%左右。

日益加剧的老龄化趋势以及肢体残疾的庞大基数,临床康复治疗手段以及康复辅助设备存在巨大的缺口,而脑机接口技术的应用为我国乃至世界的康复治疗带来希望。

图表35:脑卒中引起的能力损伤



数据来源:智银医药资料库,智银资本

2022年2月,中国有8500万残疾人,约占中国总人口的比例的6.20%,其中肢体残疾患者约有2000万人。《第四次中国城乡老年人生活状况抽样调查》显示,截止至2022年,我国失能、半失能老人有4063万人,占老年人口18.3%。我国许多老人都面临中风和其他各种疾患的困扰,而康复治疗是极其重要的内容,肢体康复群体每年大于800万例,总规模达千亿元。

图表36:肢体康复群体分布图



数据来源:智银医药资料库,智银资本

术后康复群体、残疾人群体、慢性病患者群体、年老体弱群体呈现不同水平增长趋势,而残疾人年均成本包括并发症住院、康复理疗、并发症药物、定期检查,总额高达135000元。

图表37:肢体康复群体分布图



数据来源:智银医药资料库,智银资本

我国现有7000余家康复医疗机构,但能提供康复训练的仅占1/3不到。我国康复医疗产业的发展较晚,正处于成长阶段前沿的发展空间较大。随着新兴技术的发展和其在医疗领域应用加深,多类企业深入布局康复医疗行业的上下游,研发康复医疗信息化、远程康复、康复机器人、数字疗法、脑机接口等产品和解决方案,助力康复医疗行业发展。

脑机接口在医疗健康的应用短期以监测和改善为主,中期以替代为主,长期以增强治疗为主。综合技术研发难度和临床风险,目前主要基于监测、改善/恢复在癫痫、脑卒中中开展临床应用。中期将基于替代功能,在脊髓侧索硬化症、重症肌无力症、肢体重度障碍治疗方面尝试开展临床应用。前沿随着侵入式BCI系统的技术突破,基于增强功能对阿尔茨海默症、帕金森病、脊髓肿瘤等脑疾病治疗将成为新的临床应用场景。

对于脑机接口,政府部门加大科研经费支持和审批政策创新,科研院校加大理论研究和专利申请,孵化器完善企业成长所需配套服务,创新企业加快产品研发和上市推广,医院做好临床试验配合和产品应用,投资机构加强资本投入和产业链资源整合。

4.3.核心项目

无创高分辨脑机接口系统

无创高分辨脑机接口系统的项目致力于突破性地实现在非侵入式脑机接口信号采集条件下的高时空分辨编解码,其创新之处在于:一方面,研制无创抗扰脑机接口信号采集设备,通过使用生物兼容性强的高质量传感电极和直流耦合前级放大全频带动态低增益采集等尖端技术,解决当前无创脑机接口信号采集设备所面临的易受伪迹、噪声等干扰制约信号质量,降低脑机接口编解码时空分辨率的难题,实现无创脑机接口信号地高质量采集,为高时空分辨编解码提供高信噪比的数据基础;另一方面,研究异构融合脑结构信息和脑功能信息的高时空分辨编解码方法,通过将空间分辨率较低的无创脑机接口信号异构精准映射到高空间分辨率的脑结构,实现无创脑机接口信号空间分辨率的数十倍提升,从而极大地提升无创脑机接口编解码的时空分辨率。

图表38:应用产品



数据来源:国科康成官网、智银全球生物医药项目库

4.4.无创高分辨脑机接口系统估值

按照国科康成 2022 年-2022年无创高分辨脑机接口管线产品销售规律,预估 2022 年产品全国市场的市占率为0.60%左右,考虑到国科康成前沿收购计划对于销售渠道拓展,预计无创高分辨脑机接口系统市场占有率将稳步上升,于 2026 年达到1.42亿销售目标(影像类销售目标3.50亿元的 40%)。于2032年达到 15%,则前沿无创高分辨脑机接口系统的销售峰值约为2.91亿元。

图表39:无创高分辨脑机接口系统估值



数据来源:脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书、智银全球生物医药项目库、智银资本

4.5.企业市场进展和发展计划

4.5.1.市场进展

2022年8月,获迈迪思创1000万投资。国科康成现已累计合同金额近3000万,主要涉及医疗教学、器械绑定、技术服务等。已经完成了上千万的天使轮融资VC融资,2022年将启动A轮融资VC融资。

细分市场覆盖多个病种,适用于介入科、泌尿外科、神经外科、骨科、消化科、肿瘤外科、肝胆外科等。

将立足长三角区域拓展,在浙江大学丽水医院(影像介入消融)、南京鼓楼医院三叉神经痛介入消融、上海六院和诺普生物(尿道重建和结石穿刺导板设计)、徐州医科大学(大白鼠脑部组织分割建模)、中山大学(肝脏分割)、南京医科大学(心脏主动脉自动分割)、广西医科大学(胃壁半自动分割)等机构进行合作。

4.5.2.企业发展计划

力争五年实现五亿销售

影像类产品占比70%,营收3.5亿,大数据类产品占比20%,营收1亿,其他项目收入、技术服务等10%,营收5000万。

建立全国销售网络

立足于江苏省,逐步拓展长三角区域,在全国各要点城市布局,建立完善全网销售渠道,实现全国范围内的产品销售。

4.6.对标企业——臻泰智能

臻泰智能是一家以技术驱动的脑机接口医疗产业化公司,专注于脑控医疗康复系统的临床应用研究,产品线布局涉及脑控康复机器人及脑控虚拟现实VR/增强现实AR、BCI-人工智能AI系统等底层技术开发,通过脑机接口系统刺激脑损伤患者的神经通路,从而达到康复训练、辅助行走、自主交互等功能。

该企业现阶段,以脑机接口、虚拟现实和康复机器人三大技术为核心,已推出脑控主被动康复训练系统解决方案,服务周期可覆盖患者早、中、晚全康复阶段,通过患者治疗全过程的脑电信号特征,有效量化评估康复训练效果,并以此设计针对性康复训练策略。

从打法的角度来看,臻泰智能是优先从三甲医院落地,建立标杆客户,逐渐慢慢渗透至社区、家庭等基层市场。目前,团队已在西安、杭州的三家三甲医院进行临床测试。臻泰智能产品线可覆盖患者全康复周期需求,并具有完善的脑电康复评估方案,能快速落地并铺开市场。为了降低服务门槛,让更多病患得到及时救治,臻泰智能除直销器械外,还推出了租赁服务等模式。

现阶段,臻泰智能康复机器人产品已开展两年临床测试,平均每两个月完成一次系统迭代升级。在正式进入市场前,团队已通过多项专业资质认定,接下来将推进医疗器械注册与生产许可资质申请,加快产品上市,预计产品将于明年正式上线,已有意向客户十余家。目前,该项目已启动新一轮Pre-A轮融资VC融资,资金将主要用于产品注册和临床测试,加速产品落地和市场推广等方面。

4.7.国科康城企业亮点

先进算法优势

面向影像科、介入科、内/外科等科室拥有包括:标准的医学 DCM 文件/数据接口、体渲染/面渲染/融 合显示及交互算法、影像二维/三维测量和统计算法、影像二维 /三维编辑算法、多模态影像精确配准/自动分割算法、基于机 器/深度学习的 人工智能AI 分类算法、最优路径规划及自动定位导航算法、脑电图报告与脑机接口编解码算法等。

赛道长期坚持

国科康成长期坚持脑机接口等赛道,不断挖掘纵深,稳步推进技术研发和迭代,不断抢占市场的份额,最终将国科康成的诊疗系统打造成为中国领先的介入诊疗产品。

国科康成拥有丰富的产品线,可直接销售先取得一部分资金帮助公司运转。企业的智能医学影像辅助诊疗产品和智慧医疗大数据产品已在多家医疗卫生机构、医疗器械企业、大学科研院所等销售使用。

市场推广优势

2022 年国科康成拓张市场,其产品已经应用在健康管理、养老机构、三甲医院等众多机构中,本地已与苏大附一院、苏大附二院、苏州科技城医院等建立良好合作,逐步拓展至长三角核心区域,已与浙江大学丽水医院、南京鼓楼医院、上海 六院和诺普生物等建立联系。

专业班底人员

国科康成由生物医学工程、软件工程和临床医学等多学科专家组成的研发团队,包括中科院百人计划研究员1名、研究员1名,副研究员3名,博士8名、硕士16名在内的学历层次高、研发能力强的技术专家。



五、国内脑机接口市场现状与挑战

以科研院所为主,侧重非侵入式脑机接口研究

我国开展脑机接口研究较早,清华大学、北京师范大学、北京理工大学、中国科学院自动化研究所等高校和科研院所在学术科研方面表现积极。因受到技术、伦理等多重限制,侵入式脑机接口领域的研究投入小于非侵入式脑机接口,研究机构和企业数量也远少于非侵入式脑机接口。虽然主要集中在非侵入式脑机接口的研究,但国内研究团队在侵入式脑机接口方面所开展的研究也颇值得关注。例如清华大学实现首个基于无创医学影像技术导引的微创脑机接口系统。

不过,我国在侵入式神经接口设备领域尚处于发展初期,在应用层面上虽然有部分产品可以与欧美医疗公司临床产品相媲美,但在核心范式、核心芯片、核心通信协议、核心算法、核心材料器件等方面仍存在较严重短板。不过在产业界方面,博睿康、浙江强脑科技、脑陆科技等公司在脑电信号采集、神经义肢、脑机编解码芯片和云计算等领域取得领先态势。

产品认证和监管尚处于初级阶段,临床应用有限

脑机接口技术的医疗应用要完成从科研成果到新型人工智能医疗器械的产品转化,通过国家相关机构的审评认证是不可或缺的环节。我国国家药监局实行开辟“创新医疗器械绿色通道”等多项措施,成立人工智能医疗器械创新合作平台,以加强监管,加快审批流程,不断完善行业标准,加速人工智能医疗产品的上市进度。

尽管如此,与人工智能辅助诊断、智能医疗机器人等应用领域相比,脑机接口产品通过相关机构认证的数量屈指可数。

在我国,博睿康科技取得包括高频高导联数字脑电图机、医用事件相关电位仪在内的脑机接口相关产品的医疗器械注册证。然而,国内还缺乏类似IpsiHand这种真正意义上的脑机接口设备。

从产品的成熟度来看,国内的脑机接口技术都处于初级阶段,前沿尚需更加完善的制度和标准来规范产品上市进程,对产品的安全性、有效性进行合理全面的认证。

安全伦理问题

BCI 的推行在技术层面之余,仍需要在法律和社会层面进行讨论。以下三点是学者们普遍讨论的焦点问题,如何确保“BCI 技术的发展应该为人所用,而不是被其所控”。BCI 用户会担心该技术能够“读出”他们的心理活动,其中是否会涉及泄露中枢神经信息的隐私。侵入式 BCI 需要在用户大脑中植入芯片,那么如何把握脑-机融合的程度。脑机接口的广泛应用不仅需要产学结合、产业和市场推动,同时,相对应的社会问题更需要着重关注。

附注

图40:近年来我国脑机接口技术相关政策



数据来源:全球脑科学价值趋势报告 2022-2022年,智银医药资料库

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(完)

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文 | 智银资本

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