脑机接口作为前沿技术热点，华为也来“抢食”。

近日，华为技术有限公司与天津大学公开一项名为“人机交互方法、人机交互装置及存储介质”的新专利，也就是人们说的“脑机接口”技术。

从摘要信息来看，该技术提供一种人机交互方法，该方法包括：显示人机界面，该人机界面包括可操作对象和视觉刺激区域；对该可操作对象执行第一操作命令，其中，该第一操作命令根据第一信号确定，该第一信号为用户注视第一区域产生的脑电信号，该第一区域为该视觉刺激区域周围的多个区域中的区域，该用户注视该多个区域中不同的区域产生不同的脑电信号，该不同的脑电信号指示执行与该可操作对象相关的不同的操作命令。

此技术能够使用户无需直视视觉刺激且快速下发不同的操作命令，提高用户体验。

那么，脑机接口究竟是一个什么样的赛道呢？

脑机接口的定义

大脑和意识的物理本质是电活动，大脑不同状态下脑电信号特点各异，使脑电分析成为可能。解读脑信号是搭建脑机接口系统的关键环节。脑信号的解读通过事先在脑信号与思维任务之间建立映射模型，实时处理在线记录的脑信号并将其转化为机器指令从而控制外部设备。与此同时，大脑实时接收脑机接口的反馈结果。

脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI）狭义上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（PNS）和肌肉的交流与控制通道，通过测量和采集中枢神经系统（CNS）活动，并将其直接转译为可被外界人工设备识别的信号或指令，从而实现大脑与外部设备的直接交流与控制（输出式BCI）。

除了狭义上的输出式BCI，广义的BCI还包括输入式BCI和交互式BCI。其中，输入式BCI主要由外部设备或机器绕过外周神经（PNS）或肌肉系统直接向大脑输入电、磁、声和光的刺激等或神经反馈，以调控中枢神经活动。交互式BCI则是通过输出式BCI和输入式BCI由神经反馈构成交互式的闭环系统。

最初研究脑机接口的主要驱动力是期望将其用作运动障碍患者的新型辅助技术。随着脑机接口的快速发展也逐渐激发了其他领域的强烈兴趣。目前，脑机接口的应用范围已远远超出了临床医学领域，拓展应用到情绪识别、虚拟现实和游戏等非医学领域。

脑机接口的种类

据脑机接口信号采集过程对大脑的侵入程度，可以被分为侵入式和非侵入式。

1）侵入式：需要借助一定形式的外科手术来实现，其过程为移除一部分颅骨，在大脑中植入电极或植入物，再将移除的颅骨部分放回原处。因为大脑没有内部疼痛感受器，所以记录本身并不会带来痛苦。主要技术为皮层脑电（ECoG）和单个神经元记录（Spikes）。

2） 非侵入式：无需动手术，直接从大脑外部采集大脑信号。常用的非侵入式信号有头皮脑电（EEG）、功能近红外光谱(fNIRS)、功能性磁共振成像(fMRI)、脑磁 (MEG)等。

未来脑机技术的创新发展按照信息传输方向分类，或将是从脑到机、机到脑、脑到脑和脑机融合四个方向发展。

脑机接口产业链

脑机接口产业链分为上游硬件层，中游软件层和下游的各类应用。

1.上游

硬件层包括脑电采集设备和外控设备，而 脑电采集设备包括核心部件和器件、电极、芯片、电源和材料； 外控外联设备包括机械臂、仿生手、无人机等。

2.中游

软件层包括生物信号分析、核心算法、通信计算和安全隐私。脑机理认知方面一定程度上也属于软件仿真和实现的重要方面。随着对脑机理的不断认知，采集获取的数据量越来越庞大，未来将陆续面临数据压缩算法和存储技术，以及高通量高速数据无线传输等方面的挑战。此外，基于脑电的信息认证及信息安全、隐私保护也将是软件层重点研究和解决的问题。

3.下游

1）脑机接口技术在医疗健康领域有广阔的应用前景。主要包括： 肢体运动障碍诊疗、意识与认知障碍诊疗、精神疾病诊疗、感觉缺陷诊疗和癫痫和神经发育障碍诊疗，医疗健康领域是目前脑机接口最大的市场应用领域，也是增长最快的领域。

2）在娱乐领域，脑机接口呈现出与玩具、VR/AR 结合的发展特征。

3）脑机接口技术在教育领域的应用包括注意力监测、压力监测、教学设计、智能学习和记忆增强，甚至会颠覆现有教育模式。

4）被动式脑机接口技术在应急管理部门、安防、电力、铁路、交通等行业也具有广阔应用前景。其中疲劳监测是热点方向。

脑机接口技术应用前景

大脑是人类思想、情感、感知、行动和记忆的源泉，大脑的复杂性赋予人类智慧。近年来，研究大脑认知的神经科学已经在分子细胞、关键元器件、软硬件开发、应用系统、仪器仪表等多方面取得进展和突破，这使得脑机接口产业的商业应用逐渐成为可能。

脑机接口是指在人或动物的脑与具有处理或计算能力的设备之间，创建用于信息交换的连接通路，实现信息交换及控制。按照信号采集方式不同，脑机接口主要分为植入和非植入两种技术路线。

植入式脑机接口是有创方式，是指对深入到颅骨以下的组织进行信号采集和记录。常见技术手段包括皮层脑电图、单个神经元的动作电位和局部场电位。也有技术以介入为手段，以创伤性较小的方式将电极送入颅内血管来采集脑电信号。

植入式脑机接口记录的信号时空分辨率高、信息量大，能够对复杂任务进行实时、精确控制，主要应用在医疗领域，最有可能率先落地并带来市场收益的是神经替代、神经调控相关技术和产品。其中，神经替代脑机接口技术国内外都已经进入科研临床阶段，主要针对感觉和/或运动神经损伤人员（如瘫痪、失语和失明患者）做基本功能替代或功能重建。

非植入式脑机接口采用无创采集技术在头皮表面或附近采集大脑响应信号。常用技术手段包括脑电图、功能近红外光谱、脑磁图、功能核磁共振成像。非植入式脑机接口由于安全无创，因此得到了广泛的研究与产业应用，但受限于在脑外采集信号的强度与噪声干扰，目前可实现的脑机交互性能有限。

非植入式脑机接口技术可应用在更广泛的生活生产领域，正逐步在康复训练、教育娱乐、智能生活、生产制造等领域实现应用。产业界在非植入脑机接口领域普遍重视面向产业和消费领域的研究，配合虚拟现实、增强现实、眼动仪、外骨骼等外设，利用非植入式脑机接口系统开展多场景应用探索。

总结来说，脑机接口在医疗领域，教育娱乐、智能生活、生产制造，以及目前备受关注的元宇宙领域都将有很好的应用。未来随着应用逐步拓展，脑机接口的市场规模将会不断提升。据麦肯锡报告，预计2030-2040期间脑机接口相关市场规模将可达700亿到2000亿美元。

国内多家A股上市公司已布局

作为未来新科技，脑机接口产业链十分复杂。华安证券研报指出，脑机接口设备主要包括脑电采集设备、BCI芯片、处理计算机以及数据集&处理算法、操作系统级分析软件、外部嵌套设备等。脑电采集设备主要采用电极帽/微探针/微电极，BCI需要实现脑电信号的预处理、信号通信甚至部分信号处理环节。由于目前业界对脑信号的模拟和“写入”了解非常不充分，目前脑机接口活动尚未实现完全闭环。

对于可关注的方向上，华安证券认为，脑机接口产业链发展仍在初期阶段，上游设备尚未实现标准化量产，自研BCI芯片和算法成为核心技术壁垒。BCI芯片高门槛体现在模拟电路设计挑战大、低功耗要求高以及同时具备无线能量传输的无线通信技术。无线通信能力将是脑机接口芯片重要功能模块，基于低功耗/低延迟的蓝牙、私有协议、UWB技术有望成为主流备选方案，脑机接口市场的打开将为商用芯片/通信IP打开全新市场空间。

随着巨头不断推进产业发展，脑机接口这一前沿技术俨然成为新风口，已经引来多家A股上市公司布局。

据报道，科大讯飞在2017年与华南理工大学成立了脑机协同混合智能技术及应用联合实验室，在2018年与同济大学合作推进“脑智同飞”联合研究中心、与北京师范大学共同合作发布了“讯飞教育脑计划”、在上海成立了科大讯飞（上海）人工智能及脑科学研究院等，开展了前瞻布局研究。

三七互娱近期也投资了一家脑机接口企业，投资标的是华南脑控（广东）智能科技有限公司。官网显示，华南脑控一家专注脑机智能技术研究与应用的人工智能前沿高科技企业。

此外，汤姆猫在今年2月与第三方合作设立上海金科汤姆猫生命科技有限公司，负责推进脑机接口、脑功能数据分析、数字游戏疗法等业务。据悉，该公司与浙江大学生物医学工程研究所等科研机构签署了合作协议，共同推进脑机接口等领域的产学研工作。

脑机接口技术进展和挑战

面对广阔的应用前景，国内外诸多企业已经入局该领域，包括IBM、高通、Facebook等传统科技企业，以及众多初创公司，包括国外的Neuralink、Blackrock Neurotech、Synchron等，以及国内的科大讯飞、三七互娱、BrainCo、博睿康、NeuraMatrix、脑陆科技等。

目前多家企业已经取得一定进展。NeuraLink是由包括马斯克在内的八位创始人于2016年创立的公司，其开发的脑机接口设备于2020年7月获得了FDA的突破性设备认定，2021年获得许可进行人体实验。这款设备类似一枚硬币，将在头骨上制造一个直径约一英寸的洞，连电池、蓝牙、导电充电器和电极一起植入大脑的运动皮层。

Synchron被称为“支架”的设备可以插入大脑，而不会穿透头骨或损伤人体组织。医生可以在病人的颈部做一个切口，通过颈静脉导管将支架送入位于运动皮层内的血管。今年7月，纽约西奈山医疗中心的医生将一个由电线和电极组成的1.5英寸长的植入物插入一名ALS（肌萎缩性侧索硬化症）患者的脑部血管。这是Synchron在美国进行的第一次手术。

Blackrock Neurotech的技术涵盖材料、可植入电子产品、小型化、系统集成和监管等。2021年该公司宣布其开创性脑机接口设备MoveAgain已被FDA授予突破性设备。该设备可以让无法移动的患者只需通过思考即可控制鼠标光标、键盘、移动设备/平板电脑、轮椅或假肢。

今年6月，我国自主研发的国内首款介入式脑机接口在北京成功完成动物试验。该试验的介入式脑机接口由南开大学人工智能学院教授段峰团队牵头，与上海心玮医疗科技股份有限公司联合研发。该试验突破了介入式脑电电极、血管内脑电采集等核心技术，完成了支架、导管等神经介入器械产品研制，解决了传统侵入式脑机接口对脑区造成不可逆损伤的弊端。

脑机接口已经成全球科技前沿热点，在面向未来的科技创新发展中占有重要地位。然而脑机接口的产业链也很复杂，其中很多环节仍然面临诸多挑战。

比如采集芯片，其微型化设计是植入式脑机接口系统核心挑战之一。针对各项问题，国内外许多团队也提出了各自的解决方案，比如，针对芯片微型化的问题，放大器与DAC结合的数字-模拟混合反馈技术可大幅缩小采集芯片的片上面积。比如对于采集芯片的超低功耗需求，有团队设计了基于反相器结构的超低压展波放大器，非常适合植入式场景。

小结

华为向来注重在先进技术方面的投入，脑机接口作为前沿技术热点，自然也是其研究的重点领域之一。不仅仅是华为，众多科技企业都在加强对脑机接口的布局。很明显，当前正是脑机接口从科学研究到产业落地的关键时期，接下来随着众多巨头企业的研发和产业化推进，脑机接口技术将会逐步实现应用落地，脑机接口的市场规模也将随着不断扩大。

文章来源： 核芯产业观察，钱眼信息，上游新闻