2022-2023年脑机接口行业洞察报告PPT

2022-10-1720XX年汇报人：郑铭淑2022-2023年脑机接口行业洞察报告目录contens01行业发展概述02行业环境分析03行业现状分析04行业格局及发展趋势中国相对于美国等西方国家对脑机接口技术的研究起步较晚，但重视程度不分伯仲。在十四五规划和2035年远景目标纲要中提出，人工智能和脑科学为国家战略科技力量，而脑机接口技术为其中的关键技术之一。材料的改进与更迭侵入式脑机接口的材料易同人体发生排异，后期可能会形成瘢痕组织影响信号采集，且坚硬的材料会在后期移动中对大脑造成损失。未来会更注意材料的安全性、生物相容性、材料柔软度。摘要页增强脑机接口在信号采集及处理技术为保证高采集通量以及采集的信号的高信噪比和分辨率，需要对脑电采集技术不断升级;在信号处理过程中，需要增强数据分析能力并增加脑电信号转化为计算机语言的成功率和精准度。第一章行业发展概述01行业定义脑机接口（BrainComputerInterface，BCI），指在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接，实现脑与设备的信息交换。这一概念其实早已有之，但直到上世纪九十年代以后，才开始有阶段性成果出现。脑机接口，有时也称作“大脑端口”directneuralinterface或者“脑机融合感知”brain-machineinterface，它是在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备间建立的直接连接通路。在单向脑机接口的情况下，计算机或者接受脑传来的命令，或者发送信号到脑（例如视频重建），但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。脑机接口工作流程包括脑电信号的获取、信号处理（特征提取和分类判断）、信号的输出和执行，最终再将信号反馈给大脑。在信息采集层面，脑机接口可分为侵入式、部分侵入式和非侵入式。脑机接口行业定义哈佛大学的GarrettStanley试图解码猫的丘脑外侧膝状体内的神经元放电信息来重建视觉图像;杜克大学的MiguelNicolelis是支持用覆盖广大皮层区域的电极来提取神经信号、驱动脑机接口的代表;其它设计脑机接口算法和系统来解码神经元信号的实验室包括布朗大学的]ohnDonoghue、匹兹堡大学的AndrewSchwartz、加州理工的RichardAnderson。布朗大学研究团队完成首个大脑运动皮层脑机接口设备植入手术，能够用来控制鼠标。行业发展历程1999-2006年匹兹堡大学神经生物学家宣称利用脑机接口，猴子能用操纵机械臂给自己喂食，这标志着该技术发展已经容许人们将动物脑与外部设备直接相连。脑机接口设备已能够胜任更复杂和广泛的操作，得以让瘫痪病人对机械臂进行操控,自己喝水、吃饭、打字与人交流。2008-2012年巴西世界杯开幕式,高位截瘫青年JulianoPinto在脑机接口与人工外骨骼技术的帮助下开出一球。NathanCopeland用意念控制机械手臂和美国总统奥巴马握于。2012-2016年1月,Chmielewski作为约翰斯霍普金斯大学一项脑机接口研究的参与者，通过一次长达10小时的手术,将六个微电极阵列(MEA)植入大脑两侧。随后，研究者一直试图通过不断的改善和训练，让他获得同时控制两个假肢的能力。8月29日，埃隆马斯克自己旗下的脑机接口公司Neuralink举行发布会,找来“三只小猪"向全世界展示了可实际运作的脑机接口芯片和自动植入手术设备。2019-2020年产业链上游脑机接口行业上游龙头企业已开始对产业链进行延伸，逐渐进军原材料生产领域，以规避高额进口原料的成本支出，攫取上游毛利。此外，伴随着上游原料生产企业的重组进程加快以及中国市场参与者技术水平的提高，脑机接口行业上游原材料供应有望朝着专业化和规模化的方向继续发展，逐渐抢夺外资企业在行业内的话语权。产业链上游脑机接口行业中游企业原材料大部分依靠进口，主要原因是下游消费终端为保障科研成果，对行业产品的质量稳定性要求较高，因此，中游科研用制备厂商更倾向于选择仪器先进、供应链稳定的进口原材料供应商。企业产品价格主要受市场供求关系的影响。由于脑机接口企业的产品毛利较高，原材料价格波动不会对企业的盈利能力产生重大影响。产业链上游脑机接口行业下游企业市场空间广阔、销售范围广、用户分散、单批数量少、销售单价高等特点。随着全球范围内生物医药行业研究的深入及产业化程度的提升，中国行业产品种类进一步丰富，应用领域持续增加，个性化、高端化的产品将逐渐获得更广阔的应用空间。第二章行业环境分析02010203行业政策环境1863计划和973计划“863”与“973”计划分别为国家高科技发展重点计划与国家重点基础研究发展计划，将“脑功能和脑重大疾病的基础研究"、"神经发育的基础研究"列入其中。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》将“脑科学与认知“列入基础研究的8个科学前沿问题之一。"十三五规划"中确定脑科学为重大科技创新项目和工程之一，将围绕"脑与认知"。"脑机智能"和"脑的健康"3个核心问题，统筹安排脑科学的基础研究、转化应用和相关产业发展，形成“一体两翼”的布局，并搭建相关关键技术平台。国务院国务院国务院上海市发布全球有影响力科技创新中心建设二十二条，将脑科学与人工智能列为重大基础工程之首。行业政治环境杭州西湖区率先布局脑机智能产业，全力打造脑机智能产业链。西湖区脑机智能项目旨在探索以国有企业为主体、产学研深度融合的新路径，助力西湖区打造全国性的校地合作示范区，真正实现产学研深度融合，帮助优秀企业和科研团队在区内落地发展。明确提出了脑与认知、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该行动方案重点工作指出“面向养老、健康服务领域,布局机器学习。《“十三五”国家基础研究专项规划》《北京市机器人产业创新发展行动方案(2019-2022年)》上海市杭州市脑机接口行业政策支持十四五规划政府报告国家政策领导讲话国务院发布政策、十四五规划、政府报告、领导讲话等都有对脑机接口行业做了一些纲领性的指导，合理的解读能够为脑机接口行业做了好的发展指引。行业政策支持脑机接口行业社会环境中国人口基数庞大且老龄化日趋严重，高交通事故率导致慢性病患病率与残疾人群连年增长，庞大的患者群体基数扩大了对脑机接口的需求，未来将进一步推动行业发展。社会各界对脑科学尤其是脑机接口行业中的各产业、学校、研究所给予了充分的发展支持，促进了区域发展，在北京、上海、浙江和广东形成了集聚效应。全国从事脑科学领域的企业主要分布在北京、上海、浙江以及广东。较高群聚效应的原因在于各省市为社会上的产业、学校、研究所提供了地方性的政策与经济支持，给予了更多的发展支持，促进区域内关联企业地蓬勃发展。行业社会环境行业社会环境全球脑科学创业企业获融阶段多集中于中早期，中国市场位列全球第二，其中的脑机接口为此赛道最热细分领域，火热的投融资市场将盘活中小企业，利于行业长远发展。从全球融资端看∶全球脑科学领域的创业公司多获融于中早期，说明创业企业仍在快速发展中，资本的助力让企业未来有更大发展速度；拆分成各国家看∶美国脑科学创业企业获融数量占比高达60.4%，中国脑科学创业企业获融占比位列第二，占据6.2%左右的份额；拆分中国脑科学市场∶医疗级和消费级脑机接口市场占据中国脑科学领域相关企业及融资量的前二，脑机接口领域拥有广阔发展空间，火热的投融资市场盘活中小企业，利于行业长远发展。行业社会环境第三章行业发展现状03行业现状目前，脑机接口的发展阶段还处在实验室展示的水平，离真正的商业化还有很长的距离。自20世纪70年代第一次提出脑机接口的概念以来，许多国家实验室通过不断的研究和探索，研发了多种脑机接口的实现方式，也在不断拓展脑机接口技术的应用领域。目前，各国实验室对脑机接口的研究主要集中在临床医学上对残障人士的康复训练，如交流和运动恢复等。随着对技术的进一步研究，还将广泛应用于教育、军事、娱乐、智能家居等领域。未来，脑机接口将成为一种全新的控制和通信方式。人们不仅可以借助脑机接口技术完成身体方面的康复，还可以提高认知能力、记忆力和专注力等能力。同时、非侵入式脑机接口也将从简单的运动区域分析发展至更多脑区的运动区域分析。行业现状中国虽相对于美国等西方国家对脑机接口技术的研究起步较晚，但同样重视对其相关技术的研究，尤其是脑科学与类脑研究。2016年，中国"脑计划"启动，其主要包括两个方向∶以探索大脑秘密并攻克大脑疾病为导向的脑科学研究，以及以建立并发展人工智能技术为导向的类脑研究。在2021年3月提出的《中华人民共和国国民经济和社会发展第土四个五年规划和2035年远景目标纲要》中同样提出，人工智能和脑科学为国家战略科技力量，而脑机接口技术是其中的关键技术之一。行业现状2019年，全球脑机接口市场规模达12亿美元，到2027年市场规模达36亿美元.年复合增长率约为17%。近年来，脑机接口市场仍主要以医疗为主，同时，受到技术及安全等因素的制约，脑机接口主要以非侵入式接口为主。未来，脑机接口在教育、游戏、智能家居、军事领域的应用占比将逐步提升。2020年，非侵入式脑机接口占脑机接口市场规模的86%。目前、受到脑机接口技术和伦理、安全等因素的制约，无论是各国科研院所还是企业，研究重点都侧重非侵入式脑机接口，对非侵入式脑机接口的研发投入也远高于侵入式脑机接口;2020年，脑机接口在医疗领域的市场规模占比达62%，主要为脑机接口在医疗器械上的应用。而非医疗领域的市场主要为教育和智能家居市场游戏领域暂无明晰的商业化应用。01020304行业现状智能方面Intelligence旨在脑机协同智能，其包含生物学意义上的智能系统和物理机层面上的智能系统。目前，很多场合都在使用HumanAl的概念，即有人参与的Al，而非Al完全代替人。目前全世界每年有100万人需要做截肢手术，紧接着就是安装假肢，而通过人的大脑控制假肢才能完成最精细的动作，而非完全交给人工智能系统。因此，两个系统的协同运作是目前主要的研究方向。接口方面Interface旨在脑和机连通起来，最初研发的目的是给残障人士提供外部交流的机会。如今，很多实验室已开发了对假肢和外骨骼进行控制的系统，当下这种系统即使使用无创技术也可实现连续的控制;除了脑机连接外，也有人关注脑和脑的直接通讯。美国华盛顿大学开发了用于两个人之间通过颅内刺激传递信号进行通讯的系统，现在已经发展到可以连接到更多人的地步。热点三行业产品质量整体提高热点二科研服务市场持续增长热点一脑机接口应用领域广泛脑机接口行业具有市场空间广阔、销售范围广、用户分散、单批数量少、销售单价高等特点。脑机接口行业技术提升，多元化科研服务平台持续扩张，促进高价值服务企业品牌形成。行业产品化发展，集研发、生产、销售于一体的综合性科研服务企业逐渐增多。脑机接口行业产品质量有待提升制约脑机接口行业发展。行业内产品质量参差不齐，导致研究结果可靠性难以保证，产品丧失市场竞争力。脑机接口行业难形成统一的监督管理规范,产品质量主要靠企业自主检测保障，监管难度大。中国脑机接口行业产品主要集中在中低端领域，高端领域被外资企业垄断，产品品质有待进一步提升。行业热点关键词关键词关键词关键词社会各界对脑科学尤其是脑机接口行业中的各产业、学校、研究所给予了充分的发展支持，促进了区域发展，在北京、上海、浙江和广东形成了集聚效应。社会支持行业驱动因素1政策支持中国相对于美国等西方国家对脑机接口技术的研究起步较晚，但重视程度不分伯仲。在十四五规划和2035年远景目标纲要中提出，人工智能和脑科学为国家战略科技力量，而脑机接口技术为其中的关键技术之一。关键词关键词关键词关键词中国人口基数庞大且老龄化日趋严重，高交通事故率导致慢性病患病率与残疾人群连年增长，庞大的患者群体基数扩大了对脑机接口的需求，未来将进一步推动行业发展。庞大的社会需求行业驱动因素2投融资火热盘活中小企业全球脑科学创业企业获融阶段多集中于中早期，中国市场位列全球第二，其中的脑机接口为此赛道最热细分领域，火热的投融资市场将盘活中小企业，利于行业长远发展。第四章行业前景趋势04ABC脑机接口技术是多学科交叉的研究领域，其涉及的学科包含信息工程、计算机工程、生物工程、运动康复和神经学等多个科学领域。脑机接口的发展需要多个学科发展的共同支撑，然而任何一个学科的落后都会造成短板效应，制约脑机接口技术的发展。跨学科的复杂性行业发展问题脑机接口在非技术类问题上也存在诸多难点,主要为安全和伦理问题,包括黑客攻击、意念控制、数据窃取,甚至人性问题、伦理问题、审查问题等等。脑机接口的落地势必伴随着一些列相关法律法规的出台，方可规模化应用。安全伦理问题从脑机接口技术的角度来看，医学上神经元数量庞大且复杂，当前对大脑反馈剌激和大脑工作机制的研究十分有限。同时，对脑机接口技术的研究尚处在解决“从脑到机"方向的输出和控制问题,但控制的效率和准确率很低。研究“从机到脑"的问题难度更大，原因是目前神经科学相对于神经编码的具体方式还处于未知状态。此外，在信号采集的过程中，非侵入式接口存在采集信号差的问题,而侵入式接口需面临对脑部损伤的问题，随着接口植入时间延长，穿刺电极被炎症细胞覆盖会导致信号丢失。技术成熟度极低脑机接口行业发展建议发展建议1发展建议2发展建议3建立道德风险体系与伦理标准加强政府、使用终端与各类企业间的联系，根据行业道德风险形成约束体系、制定一套伦理标准，保障脑机接口技术在研发、生产、流通以及使用过程中的合规性。加强核心产业发展,适应多应用场景中国市场起步较晚,且在芯片研发等核心技术环节与国际水平尚有落差，受近年利好政策推动等多重因素影响，行业将迎来高成长爆发期;未来核心技术的落地将形成系列产品以适用于多应用场景。突破人才壁垒和核心零部件壁垒一方面，脑机接口技术是一门交叉学科，需要多方面的人才，包括神经学、人工智能、材料学、生物学等等，然而国内外高校并没有开设脑机接口相关的专业课，这也导致了脑机接口领域人才的匮乏;另一方面，脑机接口的信号采集涉及到各种材料和零部件，以及芯片算法等软硬件相结合的技术，技术要求极高。目前，脑机接口平台的核心零部件仍依靠进口，其国产化水平在未来有待提升。中国要想在脑机接口领域迎头赶上，甚至弯道超车，赢在脑机接口产业发展初期参与其中，加强核心零部件的国产化率。行业建议行业发展趋势1材料的改进与更迭侵入式脑机接口的材料易同人体发生排异，后期可能会形成瘢痕组织影响信号采集，且坚硬的材料会在后期移动中对大脑造成损失。未来会更注意材料的安全性、生物相容性、材料柔软度。增强脑机接口在信号采集及处理技术为保证高采集通量以及采集的信号的高信噪比和分辨率，需要对脑电采集技术不断升级;在信号处理过程中，需要增强数据分析能力并增加脑电信号转化为计算机语言的成功率和精准度。行业发展趋势2信号处理方法技术的进步高度复杂的信号处理方法技术的进步以及对大脑信号以及活动特征的日益了解是丰富脑机接口技术市场格局的两项关键技术发展。依赖活动的大脑可塑性的不断进步也带来了新的发展途径辅助技术的范围不断扩大是研究脑机接口技术市场的关键驱动力。机器人与人工智能技术发展中国康复机器人行业的发展将推动脑机接口技术在下游应用端不断纵向加深，人工智能市场的高速扩张将提升识别脑信号的精确度与处理脑信号的速度。脑机接口行业标准化与定制化界限被打破，未来趋于融合。标准化加微定制的产品战略，有效平衡企业操作层面与消费者需求层面的矛盾让消费者既拥有足够的确定性，也有足够的弹性。脑机接口行业大数据应用使得实际操作和施工赋能方式深入介入，使得平台从简单的流量供给入口转变为工具供给、技术供给、工人供给的模式。中国消费升级倒逼脑机接口行业提高服务质量，用户需求从获取公司信息并与公司对接畅通转变为更加注重体验注重实际的效果，满足用户需求，提供个性化定制服务，成为脑机接口行业新的发展方向。行业面临洗牌标准化趋势融合行业平台职能转化注重用户体验由于新冠疫情对经济的巨大冲击，各行各业都面临资源重新洗牌，因此脑机接口行业也进入洗牌期。下游企业缺乏核心技术。投资融资主要集中于行业主流企业，对中小企业面临巨大挑战。脑机接口行业发展前景趋势行业发展前景趋势脑机接口行业投资风险服务更新速度不够，不能及时适应用户的需求。服务更新慢实体经济遭遇疫情“黑天鹅”疫情持续，对经济持续冲击。另一个是“灰犀牛”，债务衰退，在这次应对疫情的过程中，各国都用了非常多的财政政策，发了很多国债，全球范围内国债水平相对于GDP上升了18%，而且以后的利率水平还会提升。黑天鹅/灰犀牛为用户提供专业的信息获取与共享服务不能满足信息化需求。信息不对称产品质量不够完善，有待提高，产量不达标产品质量25%85%8%75%行业投资风险美国为脑科学领域研究的超级大国，拥有远超于中国的研究机构以及发表论文数量;但因行业的前瞻性与高技术性，全行业的技术研究多以高校为主、企业为辅。全球脑机接口行业起步较早，已涌现一批商业化落地的系列产品，并影响到医疗、军事、娱乐游戏等领域;部分企业具有独特商业模式，在芯片、VR等技术上深挖亮点，做精做专。行业竞争格局美国为脑科学领域研究的超级大国，拥有远超于中国的研究机构以及发表论文数量;但因行业的前瞻性与高技术性，全行业的技术研究多以高校为主、企业为辅。全球脑机接口行业起步较早，已涌现一批商业化落地的系列产品，并影响到