腦機(jī)接口：人腦與數(shù)字世界的融合

技術(shù)發(fā)展史

對(duì)BCI的研究可以追溯至1924年德國(guó)精神病學(xué)家漢斯·伯杰（Hans Berger）發(fā)明了腦電圖（EEG），作為非侵入性的大腦監(jiān)測(cè)技術(shù)。直至70年代，美國(guó)學(xué)者首次正式提出BCI的概念，并嘗試用計(jì)算機(jī)處理EEG信號(hào)。截至20世紀(jì)末期，BCI仍處于以基礎(chǔ)研究為主的鋪墊階段。

21世紀(jì)初，BCI技術(shù)研究逐步轉(zhuǎn)向以醫(yī)療為主的應(yīng)用領(lǐng)域，成果產(chǎn)出集中于美國(guó)的各個(gè)校園，歷經(jīng)50多年的研究，BCI技術(shù)得 到了迅速發(fā)展，目前正處于產(chǎn)業(yè)落地階段。技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略布局從以往多國(guó)政府、科研院所之間轉(zhuǎn)向了市場(chǎng)和企業(yè)，各大企業(yè)紛紛投資研發(fā)BCI技術(shù)。

應(yīng)用領(lǐng)域

BCI的技術(shù)應(yīng)用最初在醫(yī)療健康領(lǐng)域，由20世紀(jì)70年代首次開(kāi)發(fā)了用于癲癇治療的植入性BCI，針對(duì)于神經(jīng)功能障礙患者實(shí)施腦功能監(jiān)測(cè)和控制，起到了輔助溝通及運(yùn)動(dòng)功能、慢性疼痛管理、癲癇治療、精神治療以及意識(shí)與認(rèn)知診斷治療的功效，在技術(shù)成熟度和高度專(zhuān)業(yè)化的協(xié)同作用下，醫(yī)療健康是BCI目前離商業(yè)化最近的應(yīng)用領(lǐng)域。

隨著技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，BCI技術(shù)預(yù)期應(yīng)用于游戲、教育、智能家居、自動(dòng)駕駛甚至軍事等領(lǐng)域，BCI技術(shù)的發(fā)展可以最大化地泛化大腦功能，使各個(gè)領(lǐng)域更具便捷性。

BCI通過(guò)實(shí)現(xiàn)多感官體驗(yàn)和深度社交互動(dòng)，可以最大化滿(mǎn)足游戲娛樂(lè)的沉浸感和吸引力；教育方面，通過(guò)監(jiān)測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和與VR的結(jié)合，為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案和更為身臨其境的學(xué)習(xí)環(huán)境；另外可以實(shí)現(xiàn)改善智能家居和自動(dòng)駕駛的體驗(yàn)感；至于軍事領(lǐng)域，BCI具有更廣泛的應(yīng)用前景。BCI可以幫助士兵提高戰(zhàn)場(chǎng)意識(shí)、增強(qiáng)決策能力，以及實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的武器控制。此外，BCI還可以用于軍事訓(xùn)練和康復(fù)等領(lǐng)域，提高軍事行動(dòng)的效率和效果。

研究面臨的問(wèn)題

當(dāng)前BCI研究面臨的問(wèn)題，包括技術(shù)短板效應(yīng)明顯、安全問(wèn)題和倫理問(wèn)題。

技術(shù)短板效應(yīng)明顯

作為跨學(xué)科研究促動(dòng)的行業(yè)之一，BCI技術(shù)的發(fā)展需要多個(gè)學(xué)科發(fā)展的共同支撐，然而任何一個(gè)學(xué)科的落后都會(huì)造成短板效應(yīng)，制約BCI技術(shù)發(fā)展。

對(duì)大腦反饋刺激和工作機(jī)制的神經(jīng)科學(xué)研究受限。解決“從腦到機(jī)”方向的輸出、解讀問(wèn)題，以及控制的效率和準(zhǔn)確率則會(huì)遙遙無(wú)期。

若生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展不夠，可能導(dǎo)致在BCI設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造方面遇到瓶頸，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。

若計(jì)算機(jī)技術(shù)不夠先進(jìn)，軟硬件設(shè)備性能低下，難以實(shí)現(xiàn)高精度的信號(hào)采集和處理。算法的研發(fā)不夠成熟，會(huì)使BCI難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的控制和反饋。

若生物材料學(xué)發(fā)展受制，侵入式接口則需面臨對(duì)腦部損傷的問(wèn)題，刺激的準(zhǔn)確性亦會(huì)受制。

安全問(wèn)題

安全問(wèn)題使BCI技術(shù)受到更多制約。BCI設(shè)備可以收集并傳輸用戶(hù)的大腦信號(hào)，這些信號(hào)可能包含用戶(hù)的私人思想和感受。如果這些信號(hào)被惡意第三方剽竊、攔截，可能會(huì)導(dǎo)致隱私泄露和數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)；除此之外，身心健康問(wèn)題亦值得重視，BCI設(shè)備的植入和佩戴存在潛在感染、組織損傷風(fēng)險(xiǎn)，長(zhǎng)期使用BCI設(shè)備可能對(duì)使用者的心理健康產(chǎn)生成癮、依賴(lài)等負(fù)面影響。

倫理問(wèn)題

包括潛在的思維控制和公平公正問(wèn)題。BCI技術(shù)使得用戶(hù)可以利用思維控制外部設(shè)備。這種能力亦可能被惡意利用；此外，BCI技術(shù)也可能引發(fā)有關(guān)公平和公正的討論，如利用BCI技術(shù)增強(qiáng)人類(lèi)能力是否公平等，是否從更深刻的意義上加劇數(shù)字鴻溝，導(dǎo)致社會(huì)不公平現(xiàn)象進(jìn)一步加深。

產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)結(jié)構(gòu)

隨著科技的不斷發(fā)展，BCI技術(shù)逐漸成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。浙商證券預(yù)計(jì)，未來(lái)幾年BCI 產(chǎn)業(yè)將得到進(jìn)一步的完善和發(fā)展，為多個(gè)行業(yè)帶來(lái)革命性的變革。

上游：BCI核心技術(shù)的研發(fā)位，集中在硬件層面，如傳感器、微電極、信號(hào)處理算法等。此外，這一環(huán)節(jié)還包括了BCI系統(tǒng)的關(guān)鍵硬件和軟件組件的制造。上游市場(chǎng)致力于開(kāi)發(fā)更高效、更精確的BCI系統(tǒng)，企業(yè)分布占8%。

中游：包括BCI系統(tǒng)的集成和生產(chǎn)。企業(yè)負(fù)責(zé)將上游的硬件和軟件組件整合到完整的BCI系統(tǒng)中，并進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。此外，中游市場(chǎng)還包括了BCI系統(tǒng)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)者，為特定應(yīng)用場(chǎng)景開(kāi)發(fā)定制化的軟件和解決方案，企業(yè)分布占30%。

下游：包括醫(yī)療、教育、游戲等領(lǐng)域的企業(yè)和機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)將BCI系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際場(chǎng)景中，為用戶(hù)提供服務(wù)，企業(yè)分布占62%。

市場(chǎng)結(jié)構(gòu)方面，2023年，非侵入式BCI占BCI市場(chǎng)規(guī)模的86%。目前，受到BCI技術(shù)和倫理、安全等因素的制約，無(wú)論是各國(guó)科研院所還是企業(yè)，研究重點(diǎn)都側(cè)重非侵入式BCI，對(duì)非侵入式BCI的研發(fā)投入也高于侵入式BCI。

市場(chǎng)規(guī)模猛增

2023年，全球BCI市場(chǎng)規(guī)模達(dá)19.8億美元，預(yù)計(jì)到2027年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)33億美元，7年間年復(fù)合增長(zhǎng)率約為14%。 近年來(lái)，BCI市場(chǎng)仍主要以醫(yī)療為主，下游份額占比56%，其他領(lǐng)域包括消費(fèi)、工業(yè)、教育等；受到技術(shù)及安全等因素的制約， BCI主要以非侵入式接口為主。